CN106020327B - 一种mppt调节电路及调节方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种MPPT调节电路及调节方法，该MPPT调节电路包括充电控制模块和MPPT调节模块；充电控制模块由太阳能电池板的分压电路和MPPT控制电路组成；MPPT调节模块由运算电路、MCU控制器以及蓄电池的充电电压采样电路和充电电流采样电路组成；分压电路的输出端和MCU控制器的输出端分别与运算电路的输入端连接，运算电路的输出端与MPPT控制电路的MPPTSET端连接；充电电压、电流采样电路的输出端分别与MCU控制器的输入端连接，将蓄电池的充电电压和充电电流上传至MCU控制器，MCU控制器根据充电电压和充电电流调节其输出端的输出值，以使充电控制模块动态调节太阳能电池板的MPPT点，使得太阳能电池板在不同的温度环境下始终工作在最大功率点附近，以达到最高充电效率。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能电池技术领域，尤其涉及一种MPPT调节电路及调节方法。
背景技术
光伏发电作为清洁能源发电的重要一支，近年来呈现蓬勃的发展趋势。由于太阳能电池板的工作原理特性——在系统的外界环境(温度，日照，角度等)条件下，不同的阵列输出电压可以得到不同的输出功率，为了尽可能的输出电能，光伏系统必须对系统进行最大功率点跟踪(MPPT，Maximum Power Point Tracking)控制。
MPPT系统是一种通过调节电气模块的工作状态，使太阳能电池板能够输出更多电能的电气系统，能够将太阳能电池板发出的直流电有效地贮存在蓄电池中。MPPT的出现主要是应对不同的温度情况，不同的温度下，太阳能电池板都对应一个可以输出最大功率的电压。但是一天中，环境温度是动态变化的，所以要想达到最大太阳能电池板的最大功率输出，就需要动态的调节太阳能电池板的输出电压，以使得太阳能电池板在不同的温度环境下，获得最大的功率输出。
图1为现有充电控制电路，现有充电控制电路中的MPPT点通过分压模块分压获得，充电控制电路中的MPPTSET将电阻R3与R4的分压电压与基准电压1.2V进行比较，通过内部的逻辑控制电路，调节太阳能电池板的输出电压，使得太阳能电池电压*R4/(R3+R4)＝1.2V。电路通过R3和R4的比值，控制太阳能电池板的MPPT点。即太阳能电池板电压＝1.2V/R4*(R3+R4)。
但是，现有电路中，一旦R3和R4的比值确定后，MPPT点的电压便确定了，该电路将无法应对温度变化的情况。即现有充电控制电路仅是静态的MPPT电路，无法追踪太阳能电池板的温度变化。
发明内容
鉴于上述问题，本发明提出了一种MPPT调节电路及调节方法，以使太阳能电池板在不同的温度环境下始终工作在最大功率点附近，以达到最高充电效率。
根据本发明的第一方面，提供了一种MPPT调节电路，所述调节电路包括：充电控制模块和MPPT调节模块；
所述充电控制模块由太阳能电池板的分压电路和MPPT控制电路组成；所述MPPT调节模块由运算电路、MCU控制器以及蓄电池的充电电压采样电路和充电电流采样电路组成；
所述分压电路的输出端和所述MCU控制器的输出端分别与所述运算电路的输入端连接，所述运算电路的输出端与所述MPPT控制电路的MPPTSET端连接；
所述充电电压采样电路的输出端、所述充电电流采样电路的输出端分别与所述MCU控制器的输入端连接，用于将所述蓄电池的充电电压和充电电流上传至所述MCU控制器，以供所述MCU控制器根据所述充电电压和充电电流计算所述蓄电池的当前充电功率，并在所述当前充电功率没有达到当前温度环境对应的充电功率最大值时，MCU控制器通过调节其输出端的输出值，以使充电控制模块调节太阳能电池板的输出电压，直到蓄电池的充电功率达到当前温度环境对应的充电功率最大值。
其中，所述运算电路为减法运算电路；
所述减法运算电路的第一输入端与所述分压电路的输出端连接，所述减法运算电路的第二输入端与所述MCU控制器的输出端连接，所述减法运算电路的输出端与所述MPPT控制电路的MPPTSET端连接。
其中，所述减法运算电路包括电压跟随器电路和减法电路；
所述电压跟随器电路的输入端与所述分压电路的输出端连接，所述电压跟随器电路的输出端与所述减法电路的反向输入端连接，所述MCU控制器的输出端与所述减法电路的正向输入端连接，所述减法电路的输出端与所述MPPT控制电路的MPPTSET端连接。
其中，所述运算电路为加法运算电路；
所述加法运算电路的第一输入端与所述分压电路的输出端连接，所述加法运算电路的第二输入端与所述MCU控制器的输出端连接，所述加法运算电路的输出端与所述MPPT控制电路的MPPTSET端连接。
其中，所述MCU控制器，包括控制单元以及与所述控制单元连接的第一AD输入模块、第二AD输入模块和DA输出模块；
所述第一AD输入模块与所述充电电压采样电路的输出端连接，所述第二AD输入模块与所述充电电流采样电路的输出端连接，所述DA输出模块与所述运算电路的输入端连接。
其中，所述充电电流采样电路采用电流检测放大器实现。
其中，所述分压电路由第一电阻和第二电阻组成，所述第一电阻的第一端与所述太阳能电池板的正极相连接，所述第一电阻的第二端与所述第二电阻的第一端相连接，所述第二电阻的第二端与所述太阳能电池板的负极相连接，所述第一电阻与所述第二电阻的连接点作为所述分压电路的输出端。
其中，所述MPPT控制电路为采用BQ24650芯片实现的MPPT控制电路。
根据本发明的第二方面，提供了一种基于如上所述的MPPT调节电路的MPPT调节方法，该方法包括：
充电电压采样电路、充电电流采样电路分别采集蓄电池的充电电压和充电电流，并上传至MCU控制器；
MCU控制器根据所述充电电压和充电电流计算所述蓄电池的当前充电功率，并判断所述当前充电功率是否为当前温度环境对应的充电功率最大值；
若当前充电功率不是当前温度环境对应的充电功率最大值，则MCU控制器调节其输出端的输出值，以使充电控制模块调节太阳能电池板的输出电压，直到蓄电池的充电功率达到当前温度环境对应的充电功率最大值。
其中，所述判断所述当前充电功率是否为当前温度环境对应的充电功率最大值，包括：
所述MCU控制器通过调节其输出端的输出值，判断输出值调节后所述蓄电池的充电功率是否大于所述蓄电池的当前充电功率，若是，则确定所述当前充电功率不是当前温度环境对应的充电功率最大值。
本发明实施例提供的MPPT调节电路及调节方法，通过在现有充电控制模块中设置MPPT调节模块，并通过MPPT调节模块对其输出端的输出值的调节，使充电控制模块调节太阳能电池板的输出电压，直到蓄电池的充电功率达到当前温度环境对应的充电功率最大值，实现动态调节太阳能电池板的MPPT点，使得太阳能电池板在不同的温度环境下始终工作在最大功率点附近，以达到最高充电效率。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
图1为现有充电控制电路的电路原理图；
图2为本发明实施例一种MPPT调节电路的电路结构示意图；
图3为本发明实施例的MPPT调节电路中充电电流采样电路的电路原理图；
图4为本发明另一实施例一种MPPT调节电路的电路结构示意图；
图5为本发明实施例的MPPT调节电路中减法运算电路的电路原理图；
图6为本发明实施例一种MPPT调节方法的流程示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
如图2所示，本发明实施例提出的MPPT调节电路，包括充电控制模块1和MPPT调节模块2；
本实施例中的充电控制模块1由太阳能电池板的分压电路11和MPPT控制电路12组成；本实施例中的MPPT调节模块2由MCU控制器21、运算电路22以及蓄电池的充电电压采样电路23和充电电流采样电路24组成；
所述分压电路11的输出端和所述MCU控制器21的输出端分别与所述运算电路22的输入端连接，所述运算电路22的输出端与所述MPPT控制电路12的MPPTSET端连接；
所述充电电压采样电路23的输出端、所述充电电流采样电路24的输出端分别与所述MCU控制器21的输入端连接，用于将所述蓄电池的充电电压和充电电流上传至所述MCU控制器21，以供所述MCU控制器21根据所述充电电压和充电电流计算所述蓄电池的当前充电功率，并在所述当前充电功率没有达到当前温度环境对应的充电功率最大值时，MCU控制器21通过调节其输出端的输出值，以使充电控制模块1调节太阳能电池板的输出电压，直到蓄电池的充电功率达到当前温度环境对应的充电功率最大值。
其中，所述充电电压采样电路23采用电阻分压的方式实现，充电电压采样电路将采用电压上传至MCU控制器21。
其中，所述充电电流采样电路24采用电流检测放大器实现，具体电路原理图如图3所示。其中，R2为电流采样电阻，采样电流通过电流检测放大器处理后上传至MCU控制器21。
其中，所述MPPT控制电路12为采用BQ24650芯片实现的MPPT控制电路。BQ24650芯片实现的MPPT控制电路的具体电路原理图如图1所示。
本发明实施例中，如图4所示，MCU控制器21，包括控制单元211以及与所述控制单元211连接的第一AD输入模块212、第二AD输入模块213和DA输出模块214；
所述第一AD输入模块212与所述充电电压采样电路23的输出端连接，所述第二AD输入模块213与所述充电电流采样电路24的输出端连接，所述DA输出模块214与所述运算电路22的输入端连接。
本发明实施例中，MCU控制器21包括两个AD通道和一个DA通道，两个AD通道分别为AD通道1和AD通道2，分别对应上述的第一AD输入模块212和第二AD输入模块213；一个DA通道即上述的DA输出模块214。
进一步地，参见图4，所述分压电路11由第一电阻R3和第二电阻R4组成，所述第一电阻R3的第一端与所述太阳能电池板的正极相连接，所述第一电阻R3的第二端与所述第二电阻R4的第一端相连接，所述第二电阻R4的第二端与所述太阳能电池板的负极相连接，所述第一电阻R3与所述第二电阻R4的连接点作为所述分压电路11的输出端。
在本发明的一个可选实施例中，所述运算电路22为减法运算电路，所述减法运算电路的第一输入端与所述分压电路11的输出端连接，所述减法运算电路的第二输入端与所述MCU控制器的输出端连接，所述减法运算电路的输出端与所述MPPT控制电路12的MPPTSET端连接。
如图5所示，所述减法运算电路包括电压跟随器电路和减法电路，具体的，所述电压跟随器电路的输入端与所述分压电路的输出端连接，所述电压跟随器电路的输出端与所述减法电路的反向输入端连接，所述MCU控制器的输出端与所述减法电路的正向输入端连接，所述减法电路的输出端与所述MPPT控制电路的MPPTSET端连接。
在本发明的另一个可选实施例中，所述运算电路还为加法运算电路，所述加法运算电路的第一输入端与所述分压电路的输出端连接，所述加法运算电路的第二输入端与所述MCU控制器的输出端连接，所述加法运算电路的输出端与所述MPPT控制电路的MPPTSET端连接。
下面以运算电路22为减法运算电路为例，对本实施例提出的MPPT调节电路的工作原理进行具体说明。
在本实施例中，V太阳能电池板＝(1.2V+DA通道输出值)/R4*(R3+R4)；
其中，1.2V为MPPTSET点的设定值，以保证电路的正常工作；
可见，本发明实施例可以通过MCU动态改变DA通道的输出电压值，进而动态的改变太阳能电池板的输出电压值。具体的，MCU控制器通过AD通道1和AD通道2采样充电的电压和电流，并计算充电的功率，即太阳能电池板的输出功率，然后根据获得的当前功率，判断是否当前温度环境对应的充电功率最大值，如果到达，则保持当前DA通道输出值，保持当前的太阳能电池板电压，如果未达到，将改变DA通道输出值，动态改变太阳能电池板的输出电压。
对于运算电路为加法运算电路时，MPPT调节电路的工作原理与上述减法运算电路的工作原理类似，相关之处参见上述实施例的部分说明即可，对此，本发明实施例不再进行详细说明。
本发明实施例提供的MPPT调节电路，通过在现有充电控制模块中设置MPPT调节模块，并通过MPPT调节模块对其输出端的输出值进行调节，使充电控制模块调节太阳能电池板的输出电压，直到蓄电池的充电功率达到当前温度环境对应的充电功率最大值，实现动态调节太阳能电池板的MPPT点，使得太阳能电池板在不同的温度环境下始终工作在最大功率点附近，以达到最高充电效率。
此外，本发明实施例还提供了一种基于如上实施例所述的MPPT调节电路的MPPT调节方法，如图6所示，该方法包括：
S11、充电电压采样电路、充电电流采样电路分别采集蓄电池的充电电压和充电电流，并上传至MCU控制器；
S12、MCU控制器根据所述充电电压和充电电流计算所述蓄电池的当前充电功率，并判断所述当前充电功率是否为当前温度环境对应的充电功率最大值；
S13、若当前充电功率不是当前温度环境对应的充电功率最大值，则MCU控制器调节其输出端的输出值，以使充电控制模块调节太阳能电池板的输出电压，直到蓄电池的充电功率达到当前温度环境对应的充电功率最大值。
S14、若当前充电功率达到当前温度环境对应的充电功率最大值，则保持MCU控制器的输出端DA的当前输出，以保持当前的太阳能电池板的输出电压。
进一步地，步骤S12中的判断所述当前充电功率是否为当前温度环境对应的充电功率最大值，具体包括：
所述MCU控制器通过调节其输出端的输出值，判断输出值调节后所述蓄电池的充电功率是否大于所述蓄电池的当前充电功率，若是，则确定所述当前充电功率不是当前温度环境对应的充电功率最大值。
此外，若输出值调节后所述蓄电池的充电功率小于所述蓄电池的当前充电功率，则重新对所述输出值进行不同方向的调节，重进进行判断，直到所述蓄电池的充电功率达到当前温度环境对应的充电功率最大值。
本发明实施例提供的MPPT调节方法，能够实现对太阳能电池板的MPPT点的动态调节，使得太阳能电池板在不同的温度环境下始终工作在最大功率点附近，以达到最高充电效率。
本发明的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。
此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在下面的权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。
Claims (7)
1.一种MPPT调节电路，其特征在于，所述调节电路包括：充电控制模块和MPPT调节模块；
所述充电控制模块由太阳能电池板的分压电路和MPPT控制电路组成；所述MPPT调节模块由运算电路、MCU控制器以及蓄电池的充电电压采样电路和充电电流采样电路组成；
所述分压电路的输出端和所述MCU控制器的输出端分别与所述运算电路的输入端连接，所述运算电路的输出端与所述MPPT控制电路的MPPTSET端连接；
所述充电电压采样电路的输出端、所述充电电流采样电路的输出端分别与所述MCU控制器的输入端连接，用于将所述蓄电池的充电电压和充电电流上传至所述MCU控制器，以供所述MCU控制器根据所述充电电压和充电电流计算所述蓄电池的当前充电功率，并在所述当前充电功率没有达到当前温度环境对应的充电功率最大值时，MCU控制器通过调节其输出端的输出值，以使充电控制模块调节太阳能电池板的输出电压，直到蓄电池的充电功率达到当前温度环境对应的充电功率最大值；
其中，所述运算电路为减法运算电路；
所述减法运算电路的第一输入端与所述分压电路的输出端连接，所述减法运算电路的第二输入端与所述MCU控制器的输出端连接，所述减法运算电路的输出端与所述MPPT控制电路的MPPTSET端连接；
所述减法运算电路包括电压跟随器电路和减法电路；
所述电压跟随器电路的输入端与所述分压电路的输出端连接，所述电压跟随器电路的输出端与所述减法电路的反向输入端连接，所述MCU控制器的输出端与所述减法电路的正向输入端连接，所述减法电路的输出端与所述MPPT控制电路的MPPTSET端连接；
或，所述运算电路为加法运算电路；
所述加法运算电路的第一输入端与所述分压电路的输出端连接，所述加法运算电路的第二输入端与所述MCU控制器的输出端连接，所述加法运算电路的输出端与所述MPPT控制电路的MPPTSET端连接。
2.根据权利要求1所述的MPPT调节电路，其特征在于，所述MCU控制器，包括控制单元以及与所述控制单元连接的第一AD输入模块、第二AD输入模块和DA输出模块；
所述第一AD输入模块与所述充电电压采样电路的输出端连接，所述第二AD输入模块与所述充电电流采样电路的输出端连接，所述DA输出模块与所述运算电路的输入端连接。
3.根据权利要求1所述的MPPT调节电路，其特征在于，所述充电电流采样电路采用电流检测放大器实现。
4.根据权利要求1所述的MPPT调节电路，其特征在于，所述分压电路由第一电阻和第二电阻组成，所述第一电阻的第一端与所述太阳能电池板的正极相连接，所述第一电阻的第二端与所述第二电阻的第一端相连接，所述第二电阻的第二端与所述太阳能电池板的负极相连接，所述第一电阻与所述第二电阻的连接点作为所述分压电路的输出端。
5.根据权利要求1-4任一项所述的MPPT调节电路，其特征在于，所述MPPT控制电路为采用BQ24650芯片实现的MPPT控制电路。
6.一种基于如权利要求1～5任一项所述的MPPT调节电路的MPPT调节方法，其特征在于，该方法包括：
充电电压采样电路、充电电流采样电路分别采集蓄电池的充电电压和充电电流，并上传至MCU控制器；
MCU控制器根据所述充电电压和充电电流计算所述蓄电池的当前充电功率，并判断所述当前充电功率是否为当前温度环境对应的充电功率最大值；
若当前充电功率不是当前温度环境对应的充电功率最大值，则MCU控制器调节其输出端的输出值，以使充电控制模块调节太阳能电池板的输出电压，直到蓄电池的充电功率达到当前温度环境对应的充电功率最大值。
7.根据权利要求6所述的MPPT调节方法，其特征在于，所述判断所述当前充电功率是否为当前温度环境对应的充电功率最大值，包括：
所述MCU控制器通过调节其输出端的输出值，判断输出值调节后所述蓄电池的充电功率是否大于所述蓄电池的当前充电功率，若是，则确定所述当前充电功率不是当前温度环境对应的充电功率最大值。
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