CN111277034A - 一种车载式太阳能光伏发电系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及光伏发电系统技术领域,且公开了一种车载式太阳能光伏发电系统,包括太阳能发电组件、控制器、功率跟踪器、储蓄电池、电池管理单元、汽车电源、继电器1、继电器2、电机控制器和车轮电机;太阳能发电组件与控制器通讯连接,控制器通过功率跟踪器与储蓄电池通讯连接。该车载式太阳能光伏发电系统,通过控制器对储蓄电池的充、放电条件加以规定和控制,并按照负载的电源需求控制太阳能电池板和储蓄电池对负载的电能输出,它是整个系统的核心控制部分,保证系统能正常、可靠地工作,延长系统部件的使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及光伏发电系统技术领域,具体为一种车载式太阳能光伏发电系统。
背景技术
近些年,各国的经济以前所未有的速度提升,人们的生活水平也处于快速上升趋势,人们交通出行也在向方便舒适的方向发展,所以汽车工业不断发展,现在汽车已经开始在社会上普及开来,甚至在人们的生活中慢慢地成为了必需品,环境造成了一定的污染,随着各国汽车使用量的不断增加,各地能源供应压力不断增大甚至未来会出现短缺,环境问题也随之日益严重,如今,太阳能技术也逐渐被应用到汽车领域中,以太阳能为动力装置的太阳能发电机的汽车已经问世。
太阳能汽车是一种靠太阳能来驱动的汽车,相比传统热机驱动的汽车,太阳能汽车是真正的零排放,太阳能汽车也是电动汽车的一种,所不同的是电动汽车的储蓄电池靠工业电网充电,而太阳能汽车用的是太阳能电池,太阳能汽车使用太阳能电池把光能转化成电能,电能会在储电池中存起备用,用来推动汽车的电动机,由于太阳能车不用燃烧化石燃料,所以不会放出有害物,正因为其环保的特点,太阳能汽车被诸多国家所提倡,太阳能汽车产业的发展也日益蓬勃。
但是如果用太阳能为整个汽车供电,由于太阳能发电系统的效率相对较低,有时会导致其无法为汽车提供充足的电力,所以用来为部分设备进行供电,但太阳能发电系统中储蓄电池在长时间使用中,会造成过冲、过放等问题,导致储蓄电池的寿命减少,为此我们一种车载式太阳能光伏发电系统。
发明内容
针对现有技术存在的上述不足,本发明提供了一种车载式太阳能光伏发电系统。
本发明提供如下技术方案:一种车载式太阳能光伏发电系统,包括太阳能发电组件、控制器、功率跟踪器、储蓄电池、电池管理单元、汽车电源、继电器1、继电器2、电机控制器和车轮电机;
太阳能发电组件与控制器通讯连接,控制器通过功率跟踪器与储蓄电池通讯连接,通过控制器对储蓄电池的充、放电条件加以规定和控制,并按照负载的电源需求控制太阳能电池板和储蓄电池对负载的电能输出,功率跟踪器通过控制输出的电压和电流的方法,可使太阳能最大功率输出;
储蓄电池与电池管理单元通讯连接,通过电池管理单元对储蓄电池充放电进行监控管理,在节约汽车能源的同时对太阳能不断进行有效监控,在电量不足时可切断太阳能储蓄电池供电;
汽车电源通过继电器2与电机控制器通讯连接,储蓄电池通过继电器1与电机控制器通讯连接,电机控制器与车轮电机通讯连接,继电器1和继电器2可在控制下实现汽车电源和储蓄电池之间进行切换对汽车电力系统进行供电。
优选的,所述储蓄电池采用镍氢或锂电池。
优选的,功率跟踪器采用MPPT控制技术。
优选的,MPPT在精度方面对控制系统和传感器要求较高,跟踪MPPT点所耗费的时间较长,因此采用步长改进的电导增量法来实现太阳能对储蓄电池进行充电时太阳能输出功率最大点的跟踪。
优选的,太阳能发电组件通过DC-DC转换器将收集的太阳能转化为电能给储蓄电池充电,储蓄电池直接输出电压比较低,直接使用时没有办法满足负载的需要,通过升压变换器,将直流电压升高,然后再通过充电控制电路来给储蓄电池充电,供电动车使用。
优选的,储蓄电池需要设定储蓄电池在充电时电压的上限阈值和下限阈值,以及欠压保护点和过压保护点。
优选的,控制器对储蓄电池进行三段式充电,带最大功率跟踪充电、限流充电和浮充充电三种阶段充电方式。
与现有技术对比,本发明具备以下有益效果:
该车载式太阳能光伏发电系统,通过控制器对储蓄电池的充、放电条件加以规定和控制,并按照负载的电源需求控制太阳能电池板和储蓄电池对负载的电能输出,它是整个系统的核心控制部分,保证系统能正常、可靠地工作,延长系统部件的使用寿命;
该系统也能够实现太阳能的最大功率点的跟踪,作为蓄电池充电策略的一部分进行MPPT算法的设计,方法简单有效,不但使太阳能发电板得到充分利用,同时还可以提高蓄电池的充电效率,具有一定的推广和参考价值。
附图说明
图1为本发明结构示意图。
具体实施方式
为了使本公开实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本公开实施例的附图,对本公开实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然,所描述的实施例是本公开的一部分实施例,而不是全部的实施例。基于所描述的本公开的实施例,本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例,都属于本公开保护的范围。
为了保持本公开实施例的以下说明清楚且简明,本公开省略了已知功能和已知部件的详细说明,以避免不必要地混淆本发明的概念。
请参阅图1,一种车载式太阳能光伏发电系统,包括太阳能发电组件、控制器、功率跟踪器、储蓄电池、电池管理单元、汽车电源、继电器1、继电器2、电机控制器和车轮电机。
太阳能发电组件与控制器通讯连接,控制器通过功率跟踪器与储蓄电池通讯连接,通过控制器对储蓄电池的充、放电条件加以规定和控制,并按照负载的电源需求控制太阳能电池板和储蓄电池对负载的电能输出,功率跟踪器通过控制输出的电压和电流的方法,可使太阳能最大功率输出。
储蓄电池与电池管理单元通讯连接,通过电池管理单元对储蓄电池充放电进行监控管理,在节约汽车能源的同时对太阳能不断进行有效监控,在电量不足时可切断太阳能储蓄电池供电。
汽车电源通过继电器2与电机控制器通讯连接,储蓄电池通过继电器1与电机控制器通讯连接,电机控制器与车轮电机通讯连接,继电器1和继电器2可在控制下实现汽车电源和储蓄电池之间进行切换对汽车电力系统进行供电。
储蓄电池采用镍氢或锂电池,使用考虑到天气和特殊工况的要求,储蓄电池通常作为辅助能源在太阳能汽车上应用,若按比功率、比能量、充放电循环寿命等各项指标综合比较的结果,镍氢和锂电池最为适合太阳能汽车使用,储能电池的发展趋势是要提高比功率、比能量、循环寿命等技术指标,降低成本,完善电池的能量管理系统,增强稳定性和环保性能。
功率跟踪器采用MPPT控制技术,目前功率跟踪器在控制理论方面的研究主要集中在优化控制、模糊逻辑、人工神经网络控制、自适应控制等,功率跟踪器在电力电子技术应用的研究进展有采用单片机控制直流变换器的占空比来调节光伏阵列的输出、给逆变器输人小正弦信号改变其开关频率来调节光伏阵列端电压和通过DSP控制输出电流、电压来使输出功率达到最大等,对储蓄电池及其能量系统的有效管理、合理匹配及正确使用将大大提高太阳能汽车的续驶里程,提高电池的使用寿命并降低成本。
MPPT在精度方面对控制系统和传感器要求较高,跟踪MPPT点所耗费的时间较长,因此采用步长改进的电导增量法来实现太阳能对储蓄电池进行充电时太阳能输出功率最大点的跟踪。
太阳能发电组件通过DC-DC转换器将收集的太阳能转化为电能给储蓄电池充电,储蓄电池直接输出电压比较低,直接使用时没有办法满足负载的需要,通过升压变换器,将直流电压升高,然后再通过充电控制电路来给储蓄电池充电,供电动车使用。
储蓄电池需要设定储蓄电池在充电时电压的上限阈值和下限阈值,以及欠压保护点和过压保护点,储蓄电池电压既不能长期高于一定数值也不能长期低于一定数值,通过保证电压处于正常范围内来保护储蓄电池,并在控制器工作的过程中,时刻监测储蓄电池端电压。
控制器对储蓄电池进行三段式充电,带最大功率跟踪充电、限流充电和浮充充电三种阶段充电方式;
第一阶段:带最大功率跟踪充电
在储蓄电池充电初期,储蓄电池在深度缺电状态,控制器需要采用最快的方式充电,为确保系统以最大功率想储蓄电池充电,可以利用最大功率跟踪程序,在此阶段的储蓄电池电压会以三阶段中最快的速度迅速升高,直到到达设定的此模式下的电压上限值为止,则进入下一充电模式。
第二阶段:限流充电
充电过程中保持电压恒定,此时属于脉宽充电,在初期充电电流较大,电池电压仍然在不断升高,储蓄电池电量增加,同时电池温度开始升高,当一定储蓄电池电量到一定程度充电电流值会开始下降,充电速度降低,当上升到浮充时设定的电压时,开始进入脉宽非常窄的浮充模式。
第三阶段:浮充充电
太阳能在此阶段会继续以很微小的电流给储蓄电池充电,用来补充电池容量满后由于自主放电的电量亏损。
以上实施例仅为本发明的示例性实施例,不用于限制本发明,本发明的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本发明的实质和保护范围内,对本发明做出各种修改或等同替换,这种修改或等同替换也应视为落在本发明的保护范围内。
Claims (7)
1.一种车载式太阳能光伏发电系统,其特征在于:包括太阳能发电组件、控制器、功率跟踪器、储蓄电池、电池管理单元、汽车电源、继电器1、继电器2、电机控制器和车轮电机;
太阳能发电组件与控制器通讯连接,控制器通过功率跟踪器与储蓄电池通讯连接,通过控制器对储蓄电池的充、放电条件加以规定和控制,并按照负载的电源需求控制太阳能电池板和储蓄电池对负载的电能输出,功率跟踪器通过控制输出的电压和电流的方法,可使太阳能最大功率输出;
储蓄电池与电池管理单元通讯连接,通过电池管理单元对储蓄电池充放电进行监控管理,在节约汽车能源的同时对太阳能不断进行有效监控,在电量不足时可切断太阳能储蓄电池供电;
汽车电源通过继电器2与电机控制器通讯连接,储蓄电池通过继电器1与电机控制器通讯连接,电机控制器与车轮电机通讯连接,继电器1和继电器2可在控制下实现汽车电源和储蓄电池之间进行切换对汽车电力系统进行供电。
2.根据权利要求1所述的一种车载式太阳能光伏发电系统,其特征在于:所述储蓄电池采用镍氢或锂电池。
3.根据权利要求1所述的一种车载式太阳能光伏发电系统,其特征在于:所述功率跟踪器采用MPPT控制技术。
4.根据权利要求1所述的一种车载式太阳能光伏发电系统,其特征在于:所述MPPT在精度方面对控制系统和传感器要求较高,跟踪MPPT点所耗费的时间较长,因此采用步长改进的电导增量法来实现太阳能对储蓄电池进行充电时太阳能输出功率最大点的跟踪。
5.根据权利要求1所述的一种车载式太阳能光伏发电系统,其特征在于:所述太阳能发电组件通过DC-DC转换器将收集的太阳能转化为电能给储蓄电池充电,储蓄电池直接输出电压比较低,直接使用时没有办法满足负载的需要,通过升压变换器,将直流电压升高,然后再通过充电控制电路来给储蓄电池充电,供电动车使用。
6.根据权利要求1所述的一种车载式太阳能光伏发电系统,其特征在于:所述储蓄电池需要设定储蓄电池在充电时电压的上限阈值和下限阈值,以及欠压保护点和过压保护点。
7.根据权利要求1所述的一种车载式太阳能光伏发电系统,其特征在于:所述控制器对储蓄电池进行三段式充电,带最大功率跟踪充电、限流充电和浮充充电三种阶段充电方式。
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