CN111092482B - 电力控制器 - Google Patents

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Abstract

以低成本提供了一种电力控制器，其具有高电力提取效率，并且不需要掌控所有的太阳能电池的发电量的控制装置。针对各太阳能板(2)设置多个DC/DC转换器(111)，并且DC/DC转换器被配置为转换太阳能板(2)的输出电力。充电器(12)包括与多个DC/DC转换器(111)的输出连接的输入，并且被配置为在充电期间转换输入电压同时将输入电压维持为下限电压(V1)。控制装置(114)独立地控制各个DC/DC转换器(111)。各个控制装置(114)被配置为进行控制以使DC/DC转换器(111)的输出电压从下限电压(V1)逐渐增大，测量每次输出电压增大时的太阳能板(2)的输出电力，并且搜索在测量的输出电力最大时的输出电压且维持该输出电压。

Description

电力控制器
技术领域
本发明涉及一种电力控制器。
背景技术
近年来，太阳能电池已经朝着零二氧化碳排放积极发展。其中，已经提出了利用最大电力点追踪(MPPT)控制来提高电力提取效率的太阳能电池系统(参见下面列出的专利文献1、2)。MPPT控制用于操作诸如逆变器和转换器这样的电力转换器，该电力转换器转换太阳能电池的输出电力，从而产生太阳能电池的最大输出电力。在这些太阳能电池系统中，MPPT控制相对于各个太阳能电池单独地进行，而不是相对于多个太阳能电池共同进行MPPT控制。
然而，虽然能够通过对各个太阳能电池进行MPPT控制而产生各个太阳能电池的最大电力，但是还需要在随后考虑组合来自太阳能电池的电力。由于该目的，能够提供一种用于掌控所有的太阳能电池的发电量的控制装置，该控制装置可以控制来自各个电力转换器的输出电压从而维持最大电力。
然而，在该情况下，控制装置需要掌控所有太阳能电池的发电量，导致该装置复杂化并且引起成本的增加。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：JP H7-302130 A
专利文献2：JP 2012-199519 A
发明内容
要解决的问题
鉴于上述问题，本发明的目的是提供一种具有高电力提取效率的电力控制器。
解决问题的方案
为了实现上述目的，在一个方面中，本发明提供了一种被配置为从多个太阳能电池提取电力的电力控制器，包括：多个转换器，该多个转换器设置为用于多个所述太阳能电池的各太阳能电池，并且被配置为转换所述太阳能电池的输出电力；充电器，该充电器包括与所述多个转换器的输出连接的输入，并且被配置为在充电期间将输入电压维持为基准电压的状态下转换所述输入电压；和多个控制装置，该多个控制装置被配置为独立地控制所述多个转换器中的各个转换器，其中，所述多个控制装置中的各个控制装置被配置为进行控制从而：使得所述转换器的输出电压从所述基准电压逐渐增大；测量每次所述转换器的输出电压增大时的所述太阳能电池的输出电力；并且搜索在测量的所述输出电力最大时的输出电压并且维持该输出电压。
所述多个控制装置中的各个控制装置可以被配置为进行控制，使得当所述转换器的输出电流等于或大于上限电流时，所述转换器操作以提供恒定电流，并且所述基准电压可以被设定为等于或大于，作为减小所述转换器的输出电压且增大所述转换器的输出电流的结果，当所述输出电流已经达到所述上限电流时，所得到的输出电压。
所述电力控制器可以还包括：存储装置，该存储装置被配置为存储所述太阳能电池的转换效率；和计算装置，该计算装置被配置为基于所述转换效率计算所述太阳能电池的最大电力，其中，所述多个控制装置被配置为进行控制，从而在测量的输出电力是通过所述计算装置计算的最大电力的状态下维持所述转换器的输出电压。
发明的有益效果
根据上述实施例，控制装置将转换器的输出电压从基准电压逐渐增大，并且搜索太阳能电池的输出电力最大的点。因此，转换器的输出电压能够比充电期间的充电器的输入电压(基准电压)高，使得来自转换器的输出电流能够输入到充电器。此外，由于各个控制装置独立地控制转换器，所以不需要掌控所有的太阳能板的发电量的控制装置，从而能够以低成本提供具有高电力提取效率的电力控制器。
附图说明
图1是示出根据本发明的电力控制器的一个实施例的框图；
图2图示出图1所示的太阳能板的安装的实例；
图3是示出关于图1所示的太阳能板的各个辐照度的输出特性的曲线图；
图4是示出图1所示的DC/DC转换器的输出电流-输出电压特性的曲线图；
图5是示出图1所示的DC/DC转换器的输入和输出特性的曲线图；以及
图6是示出图1所示的控制装置的操作的流程图。
参考标记列表
1 电力控制器
2 太阳能板(太阳能电池)
12 充电器
111 DC/DC转换器(转换器)
114 控制装置(存储装置、计算装置)
V2 下限电压(基准电压)
11 上限电流
具体实施方式
下面将参考附图说明根据本发明的电力控制器1。
图1所示的电力控制器1是控制来自多个太阳能板(太阳能电池)2的电力并且对辅助装置电池3和/或高压电池4充电的装置。如图2所示，太阳能板2定位在车身的各个部分，诸如车顶、车门和发动机罩。太阳能板2的尺寸和入射光的量根据安装位置而改变。在图3中示出太阳能板2的输出特性。
如图3所示，太阳能板2的发电量与入射光的量基本成比例。另外，当输出电流小时，太阳能板2的输出电压随着输出电流变大而缓慢减小，但是当输出电流大时，太阳能板2的输出电压随着输出电流变大而迅速减小。
辅助装置电池3由例如12V电池构成。高压电池4由电压比辅助装置电池3的电压高的电池构成。
如图1所示，电力控制器1包括：多个太阳能发电装置11，该多个太阳能发电装置11为多个太阳能板2的各太阳能板而设置，并且被配置为控制太阳能板2的发电量；和充电器12，该充电器12被配置为控制电池3、4的充电。
各个太阳能发电装置11包括DC/DC转换器111、测量电路112、113以及被配置为控制DC/DC转换器111的控制装置114。
DC/DC转换器111是具有平滑电容器和/或开关元件(未示出)的公知的DC/DC转换器，并且被配置为转换太阳能板2的输出电力(直流电力)并且将其输出。
测量电路112测量太阳能板2的输出电压和输出电流(即，DC/DC转换器111的输入电压和输入电流)，并且将它们供给到稍后描述的控制装置114。测量电路113测量DC/DC转换器111的输出电压和输出电流，并且将它们供给到稍后描述的控制装置114。
控制装置114由公知的微机构成，诸如CPU、ROM和RAM。控制装置114被配置为将脉宽调制的脉冲输入到DC/DC转换器111的开关元件，使得太阳能板2的输出电力(即，输出电流×输出电压)对应于最大电力点PA、PB、PC(图3)。在图4中示出被布置为由该控制装置114控制的DC/DC转换器111的输出特性。
如图4所示，控制装置114被配置为当由测量电路113测量的输出电压已经达到预定的上限电压V1时操作DC/DC转换器111提供恒定电压。此外，控制装置114被配置为当由测量电路113测量的输出电流已经达到预定的上限电流I1时操作DC/DC转换器111提供恒定电流。此外，通过控制装置114的控制，DC/DC转换器111的输出电流随着输出电压从上限电压V1减小而增大。
如图1所示，多个DC/DC转换器111的输出连接于DC总线BDC，并且输入到稍后描述的充电器12。充电器12的输出连接于电池3、4并且对电池3、4充电。充电器12包括DC/DC转换器121、测量单元122、123以及被配置为控制DC/DC转换器121的控制装置124。
DC/DC转换器121是具有平滑电容器和/或开关元件(未示出)的公知的DC/DC转换器，并且被配置为转换来自DC总线BDC的输入电力并且将其输出。
测量电路122测量来自DC总线BDC的输入电压和输入电流，并且将它们供给到稍后描述的控制装置124。测量电路123测量DC/DC转换器121的输出电压和输出电流，并且将它们供给到稍后描述的控制装置124。
控制装置124由公知的微机构成，诸如CPU、ROM和RAM。在图5中示出被布置为由该控制装置124控制的DC/DC转换器121的输入和输出特性。
当由测量电路122测量的输入电压(即，DC总线电压VDC)等于或小于下限电压(基准电压)V2时，控制装置124断开开关元件，并且不进行DC/DC转换器121的电压转换。在充电期间，控制装置124控制DC/DC转换器121，使得输入电压对应于下限电压V2。
一旦电池3、4充电并且输出电压(即，电池电压)接近完全充电状态，控制装置124就控制DC/DC转换器121以使得输出电压恒定。从而，停止电池3、4的充电，所以DC/DC转换器121的输出电流减小。当DC/DC转换器121的输出电流减小时，输入电压增大并且变为上限电压V1。上限电压V1与图4所示的上限电压V1是相同的值。因此，DC/DC转换器121的输入电压变得比DC/DC转换器111的输出电压高，从而不从DC/DC转换器111流出输出电流。即，来自DC/DC转换器111的输出电流停止，而充电器12不通知控制装置114接近完全充电状态。
在该实施例中，如图4所示，将下限电压V2预先设定为输出电压VA，在额定光量A下，作为减小DC/DC转换器111的输出电压且增大DC/DC转换器111的输出电流的结果，当输出电流达到上限电流I1时得到该输出电压VA。从而，将下限电压V2设定为等于或大于输出电压VB、VC，在比额定光量A小的额定光量B、C下，作为减小DC/DC转换器111的输出电压且增大DC/DC转换器111的输出电流的结果，当输出电流达到上限电流I1时得到所述输出电压VB、VC。
接着，将参考图6所示的流程图说明如上所述地配置的电力控制器1的操作。首先，当充电时，控制装置114控制为使得DC/DC转换器111的输出电压的目标值Vg变为下限电压V2(步骤S1)。接着，将由测量电路112测量的太阳能板2的输出电压V和输出电流I输入到控制装置114，并且控制装置114通过将输入的输出电压V乘以输入的输出电流I而计算当前的输入电力P1(步骤S2)。
然后，控制装置114将当前的输入电力P1设定为最后的输入电力P2(步骤S3)。接着，控制装置114控制为使得DC/DC转换器111的输出电压的目标值Vg增大ΔV(步骤S4)。由测量电路112测量的太阳能板2的输出电压V和输出电流I输入到控制装置114，并且控制装置114通过将输入的输出电压V乘以输入的输出电流I而计算当前的输入电力P1(步骤S5)。然后，控制装置114将当前的输入电力P1与最后的输入电力P2进行比较(步骤S6)。
如果当前的输入电力P1大于最后的输入电力P2(在步骤S6中“Y”)，则控制装置114返回步骤S3。如果当前的输入电力P1等于或小于最后的输入电力P2(在步骤S6中“N”)，则控制装置114判定最后的输入电力P2是最大电力，并且将目标值Vg存储到最后的目标值Vg(步骤S7)，并且结束处理。
根据上述实施例，多个控制装置114独立地控制多个DC/DC转换器111中的各个DC/DC转换器。多个控制装置114中的各个控制装置将DC/DC转换器111的输出电压的目标值Vg从下限电压V2逐渐增大或增加，计算每次目标值Vg增大时的输入电力(即，太阳能板2的输出电力)，并且搜索提供最大的计算输出电力的输出电力的目标值Vg，并且维持该目标值Vg。因此，从下限电压V2开始搜索目标值，从而其将不等于或小于DC总线电压VDC，从而使得来自各个DC/DC转换器111的输出电流能够流经充电器12。此外，由于控制装置114独立地进行控制，所以不需要用于掌控所有的太阳能板2的发电量的控制装置，从而能够以低成本提供具有高电力提取效率的电力控制器1。
根据上述实施例，将下限电压V2设定为等于或大于，作为减小DC/DC转换器111的输出电压且增大DC/DC转换器111的输出电流的结果，当输出电流达到上限电流I1时，所得到的输出电压VA、VB、VC。因此，能够控制DC/DC转换器111不以恒定电流I1操作，即，能够无电流限制地控制DC/DC转换器111，从而进一步提高电力提取效率。
根据上述实施例，DC/DC转换器111的输出电压逐渐增大，并且将此时的太阳能板2的输出电力与增大输出电压之前的太阳能板2的输出电力比较，从而使得太阳能板2的输出电力为最大电力。然而，本发明不限于此。控制装置114可以包括预先存储了太阳能板2的转换效率的存储装置，可以用作计算装置并且可以根据转换效率计算最大电力，可以逐渐增大DC/DC转换器111的输出电压，并且可以将此时的太阳能板2的输出电力与计算的最大电力比较，从而使得太阳能板2的输出电力为最大电力。
因此，更加容易搜索产生最大电力的DC/DC转换器111的输出电压。
本发明不限于上述实施例。能够在不背离本发明的范围的情况下做出和实施各种变型。

Claims (2)

1.一种被配置为从多个太阳能电池提取电力的电力控制器，包括：
为所述多个太阳能电池的各太阳能电池设置的多个转换器，所述多个转换器连接至DC总线，并且所述多个转换器被配置为转换所述太阳能电池的输出电力；
充电器，该充电器包括与所述DC总线的输出连接的输入，并且被配置为在充电期间将DC总线电压维持为基准电压的状态下转换其输入电压；和
多个控制装置，该多个控制装置被配置为独立地控制所述多个转换器中的各转换器，其中，
所述多个控制装置中的各控制装置被配置为进行控制从而：
使所述转换器的输出电压从所述基准电压逐渐增大；
测量每当所述转换器的输出电压增大时的所述太阳能电池的输出电力；并且
搜索测量的所述输出电力最大时的输出电压并且维持该输出电压，
其中，
所述多个控制装置中的各控制装置被配置为进行控制，使得当所述转换器的输出电流等于或大于上限电流时，所述转换器操作以提供恒定电流，并且
所述基准电压被设定为在所述太阳能电池的额定光量中，等于或大于，作为减小所述转换器的输出电压且增大所述转换器的输出电流的结果，当所述输出电流已经达到所述上限电流时，所得到的输出电压。
2.根据权利要求1所述的电力控制器，还包括：
存储装置，该存储装置被配置为存储所述太阳能电池的转换效率；和
计算装置，该计算装置被配置为基于所述转换效率计算所述太阳能电池的最大电力，其中，
所述多个控制装置被配置为进行控制，从而在测量的输出电力是通过所述计算装置计算的最大电力的状态下维持所述转换器的输出电压。
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