CN114094688B - 太阳能无人机mppt冗余备份系统及mppt切换方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种太阳能无人机MPPT冗余备份系统及MPPT切换方法，太阳能无人机MPPT冗余备份系统，包括：第一光伏模组、第二光伏模组，用于接收并转化太阳能；第一MPPT控制器，与第一光伏模组连接，用于控制第一光伏模组以最大功率输出；第二MPPT控制器，与第二光伏模组连接，用于控制第二光伏模组以最大功率输出；功率母线，与第一MPPT控制器、第二MPPT控制器连接，用于接收第一光伏模组、第二光伏模组的输出并提供至太阳能无人机；第一切入控制器，与第一光伏模组、第二MPPT控制器连接，用于在接收第二MPPT控制器输出的第一使能信号后控制第一光伏模组与第二MPPT控制器接通。解决了现有无人机能源系统中因MPPT控制器的意外故障导致飞机返航，能量利用效率低的问题。

Description

太阳能无人机MPPT冗余备份系统及MPPT切换方法

技术领域

本发明涉及太阳能无人机能源系统领域，具体涉及一种太阳能无人机MPPT冗余备份系统及MPPT切换方法。

背景技术

太阳能无人机能源系统承担着太阳能无人机的能源供给任务。通过采集太阳光能，及预先储存的能量，维持无人机的飞行需求并提供载荷所需能量，完成飞行任务。因此，能源系统设计是否合理，对无人机系统具有决定性的意义。太阳能电池系统是能源系统的输入源头主要由太阳能电池(光伏模组)和MPPT控制器(最大功率点跟踪控制器)组成。太阳能电池是能源采集装置，通过采集太阳光能，经过光电转换给机载用电设备供电以及储能电池充电。MPPT控制器用于实现太阳能电池最大功率点跟踪，将太阳能电池吸收的太阳光能转换成按最大功率输出的电能。

其中，MPPT控制器是太阳能无人机能源系统的重要组成部分。太阳能无人机的能量主要源于太阳能电池吸收的太阳光以及蓄电池组存储的能量。太阳能电池将太阳光能转换成电压、电流变化的电能，通过MPPT控制器，转变为电压稳定的电能汇入太阳能无人机的电源母线。但本申请发明人在实现本申请实施例中发明技术方案的过程中，发现上述技术至少存在如下技术问题：

一方面，太阳能电池的使用寿命往往长于MPPT控制器，在飞行任务中，因为MPPT控制器的意外故障导致的飞机返航和飞行任务延缓等情况时有发生；另一方面，即便MPPT控制器的故障不足以致使飞机立即返航，其因故障引起的最大功率跟踪误差也降低了能量利用效率，大幅缩短飞行时长，带来安全隐患。

发明内容

鉴于上述因MPPT控制器的意外故障导致飞机返航，能量利用效率低，存有飞行隐患的问题，提出了本发明以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的太阳能无人机MPPT冗余备份系统及MPPT切换方法。

依据本发明的一个方面，提供一种太阳能无人机MPPT冗余备份系统，包括：

第一光伏模组、第二光伏模组，用于接收并转化太阳能；第一MPPT控制器，与所述第一光伏模组连接，用于控制所述第一光伏模组以最大功率输出；第二MPPT控制器，与所述第二光伏模组连接，用于控制所述第二光伏模组以最大功率输出；功率母线，与所述第一MPPT控制器、第二MPPT控制器连接，用于接收所述第一光伏模组、第二光伏模组的输出并提供至太阳能无人机；第一切入控制器，与所述第一光伏模组、第二MPPT控制器连接，用于在接收所述第二MPPT控制器输出的第一使能信号后控制所述第一光伏模组与所述第二MPPT控制器接通。

所述太阳能无人机MPPT冗余备份系统还包括：第二切入控制器，与所述第二光伏模组、第一MPPT控制器连接，用于在接收所述第一MPPT控制器输出的第一使能信号后控制所述第二光伏模组与所述第一MPPT控制器接通。

所述太阳能无人机MPPT冗余备份系统还包括第一导通控制器，与所述第一光伏模组、功率母线连接，用于在接收到所述第二MPPT控制器输出的第一使能信号后断开所述第一光伏模组与功率母线的导通；第二导通控制器，与所述第二光伏模组、功率母线连接，用于在接收到所述第一MPPT控制器输出的第一使能信号后断开所述第二光伏模组与功率母线的导通。

所述太阳能无人机MPPT冗余备份系统还包括第一反向截止单元，与所述第一导通控制器、第二MPPT控制器连接，用于保证所述第一导通控制器和所述第一切入控制器不会同时导通；第二反向截止单元，与所述第二导通控制器、第一MPPT控制器连接，用于保证所述第二导通控制器和所述第二切入控制器不会同时导通。

所述第一切入控制器包括：启动判断单元以及缓冲开启单元；所述启动判断单元用于在接收第二MPPT控制器输出的第一使能信号后输出第二使能信号，所述第二使能信号用于驱动缓冲开启单元；所述缓冲开启单元用于在接收所述第二使能信号后调节所述第一光伏模组的输出功率用以缓慢导通所述第一光伏模组与第二MPPT控制器的连接。

还提供一种太阳能无人机MPPT切换方法，包括：

接收第一MPPT控制器的第一故障信号，所述第一故障信号表示第一MPPT控制器与第一光伏模组断开连接；

响应于所述第一故障信号获取冗余请求，所述冗余请求表示请求所述第二MPPT控制器向第一切入控制器输出第一使能信号以接通所述第一光伏模组与第二MPPT控制器；

发送所述冗余请求至所述第二MPPT控制器。

所述太阳能无人机MPPT切换方法还包括：

接收第一MPPT控制器的第二故障信号，所述第二故障信号表示第一MPPT控制器限制所述第一光伏模组的输出功率低于最大功率；

响应于所述第二故障信号获取截断请求和所述冗余请求，所述截断请求表示请求所述第二MPPT控制器向第一导通控制器输出第一使能信号以断开所述第一光伏模组与功率母线的导通；

发送所述截断请求、冗余请求至所述第二MPPT控制器。

在发送所述冗余请求至所述第二MPPT控制器时，还包括：

第一切入控制器接收所述第二MPPT控制器输出的第一使能信号，接通所述第一光伏模组、第二MPPT控制器。

在发送所述截断请求、冗余请求至所述第二MPPT控制器时，还包括：

第一导通控制器接收所述第二MPPT控制器输出的第一使能信号，断开所述第一MPPT控制器与第一光伏模组的导通。

在第一切入控制器接收所述第二MPPT控制器输出的第一使能信号时，还包括：

启动判断单元接收所述第一使能信号后输出第二使能信号；

所述第二使能信号驱使缓冲开启单元启动，使所述第一光伏模组、第二MPPT控制器导通，并从低到高调节所述第一光伏模组输出的输出功率。

在输出第二使能信号时，还包括：

启动判断单元接收所述第一使能信号，判断所述第一使能信号是否大于或等于预设阈值，所述预设阈值是所述第一使能信号的设计电压值与误差允许值的差值；

若否，截止所述第一使能信号；

若是，输出第二使能信号。

本发明的有益效果为：本发明结构设计合理巧妙，实现了太阳能无人机MPPT控制器的冗余备份；在系统工作异常情况下实现了太阳能无人机中对光伏模组所连接的MPPT控制器的切换，解决了因MPPT控制器的意外故障导致的飞机返航和飞行任务延缓的问题，同时不影响后续太阳能能量的拾取；缓冲开启单元依次调节占空比的方式，不破坏MPPT控制器自身的动态参数装订功能，避免了瞬时大功率直接接入MPPT控制器所可能产生的系统紊乱、MPPT控制器损坏等隐患；另外，本太阳能无人机MPPT冗余备份系统不会对无人机添加累赘，空间利用率高，在轻量化设计上起到了促进作用，提高能量利用率，有效延长飞行时长；在切换第一MPPT控制器/第二MPPT控制器的前后，重量不会发生改变，以避免重量的改变对飞行控制的影响。

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

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例中一种太阳能无人机MPPT冗余备份系统的结构示意图；

图2是本发明实施例中一种太阳能无人机MPPT切换方法的流程图；

图3是本发明实施例中一种太阳能无人机MPPT切换方法的流程图；

图4是本发明实施例中一种太阳能无人机MPPT切换方法的流程图；

图5是本发明实施例中一种太阳能无人机MPPT切换方法的流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参见图1，本发明实施例提供一种太阳能无人机MPPT冗余备份系统，包括：第一光伏模组4、第二光伏模组5，用于接收并转化太阳能；第一MPPT控制器2，与所述第一光伏模组4连接，用于控制所述第一光伏模组4以最大功率输出；第二MPPT控制器3，与所述第二光伏模组5连接，用于控制所述第二光伏模组5以最大功率输出；功率母线1，与所述第一MPPT控制器2、第二MPPT控制器3连接，用于接收所述第一光伏模组4、第二光伏模组5的输出并提供至太阳能无人机；第一切入控制器6，与所述第一光伏模组4、第二MPPT控制器3连接，用于在接收所述第二MPPT控制器3输出的第一使能信号后控制所述第一光伏模组4与所述第二MPPT控制器3接通。

所述太阳能无人机MPPT冗余备份系统还包括：第二切入控制器7，与所述第二光伏模组5、第一MPPT控制器2连接，用于在接收所述第一MPPT控制器2输出的第一使能信号后控制所述第二光伏模组5与所述第一MPPT控制器2接通。

具体地，所述第一光伏模组4通过第一切入控制器6与所述第二MPPT控制器3的直流输入端连接，所述第二光伏模组5通过第二切入控制器7与所述第一MPPT控制器2的直流输入端连接；且所述第一MPPT控制器2的信号输出端与所述第二切入控制器7的使能端连接，所述第二MPPT控制器3的信号输出端与所述第一切入控制器6的使能端连接。所述第一MPPT控制器2、第二MPPT控制器3为最大功率点跟踪控制器，通过测量太阳能电池电压、电流和功率，以及比较它们之间的变化关系，决定当前功率点与峰值点的位置关系，然后控制电流电压向最大功率点移动，使当前的输出功率点与最大功率点保持一直，达到最大功率追踪的目的。而所述第一光伏模组4、第二光伏模组5一般指的是太阳能电池。其中，本发明设置了若干相对应设置的第一MPPT控制器2、第二MPPT控制器3，以及分别通过所述第一MPPT控制器2、第二MPPT控制器3与所述功率母线1连接的第一光伏模组4、第二光伏模组5，实现MPPT控制器的冗余备份；当第一光伏模组4通过第一切入控制器6与第二MPPT控制器3连接，第二光伏模组5通过第二切入控制器7与第一MPPT控制器2连接时，第一MPPT控制器2与第二MPPT控制器3便组成了相互备份的关系，其中，第一MPPT控制器2与第二MPPT控制器3备份原理相同；第一MPPT控制器2、第二MPPT控制器3任一出现故障时，均能通过第一切入控制器6/第二切入控制器7的介入使第一MPPT控制器2、第二MPPT控制器3中未出现故障的一项负担起另外一项出现故障的MPPT控制器的工作；由于MPPT控制器的工作是测量光伏模组输出的电压、电流、功率，以控制电流电压向最大功率点移动这么一个过程，第一光伏模组4、第二光伏模组5的并联输入，从本质来说，不会增加MPPT控制器的工作量，用于支撑一次未完成的飞行任务绰绰有余；进而解决了因MPPT控制器的意外故障导致的飞机返航和飞行任务延缓的问题，也就是说本发明在系统工作异常情况下能够自由切换MPPT控制器，且不影响太阳能源的拾取。另外，对于MPPT控制器的故障不足以致使飞机立即返航，但输出功率已对最大输出功率发生偏移的情况，也可通过上述方法，用另一MPPT控制器替代故障的MPPT控制器进行工作，以保证最大输出功率的正常追踪，保证良好的能量利用率，避免因能量利用率的降低导致意料之外的供电不足，使得飞行时长的判断错误，避免此引起的安全隐患、及能量利用效率低的问题。

另外，上述第一光伏模组4、第二光伏模组5、第一MPPT控制器2、第二MPPT控制器3在未出现故障时，均正常运作，向功率母线1提供稳定的功率，在使用时，不会出现多余的非故障器件未进行工作的情况发生；换言之，本太阳能无人机MPPT冗余备份系统不会对无人机添加累赘，提高了无人机的空间利用率，在轻量化设计上起到了促进作用，提高能量利用率，有效延长飞行时长。况且，本太阳能无人机MPPT冗余备份系统，在切换第一MPPT控制器2/第二MPPT控制器3的前后，重量不会发生改变，进而避免重量的改变对飞行控制的影响。

所述太阳能无人机MPPT冗余备份系统还包括第一导通控制器8，与所述第一光伏模组4、功率母线1连接，用于在接收到所述第二MPPT控制器3输出的第一使能信号后断开所述第一光伏模组4与功率母线1的导通；第二导通控制器9，与所述第二光伏模组5、功率母线1连接，用于在接收到所述第一MPPT控制器2输出的第一使能信号后断开所述第二光伏模组5与功率母线1的导通；第一反向截止单元10，与所述第一导通控制器8、第二MPPT控制器3连接，用于阻止第一光伏模组4的输出经所述第一导通控制器8输送至所述第二MPPT控制器3；第二反向截止单元11，与所述第二导通控制器9、第一MPPT控制器2连接，用于阻止第二光伏模组5的输出经所述第二导通控制器9输送至所述第一MPPT控制器2。

具体地，所述第一导通控制器8的输入端与所述第一光伏模组4的直流输出端连接，所述第一导通控制器8的输出端与所述第一MPPT控制器2的直流输入端连接，所述第二导通控制器9的输入端与所述第二光伏模组5的直流输出端连接，所述第二导通控制器9的输出端与所述第二MPPT控制器3的直流输入端连接；所述第二MPPT控制器3的信号输出端与所述第一导通控制器8的使能端连接，所述第一MPPT控制器2的信号输出端与所述第二导通控制器9的使能端连接。

进一步地，所述第二导通控制器9与所述第一导通控制器8结构相同，实现在第一MPPT控制器2/第二MPPT控制器3发生故障后的及时剔除，一方面避免了有故障的MPPT控制器继续作业，避免能量利用率的降低；另一方面及时的截断才使得MPPT控制器的切换成为可能，否则使得一个光伏模组同时通过两个MPPT控制器接入母功率线，由正常和故障的MPPT控制器同时实施输入功率的最大功率点跟踪，带来额外不必要的隐患。

其中，所述第一MPPT控制器2、第二MPPT控制器3结构相同，MPPT控制器作为现有技术的常规设置，此处便不再深入说明；与现有技术不同的是，本第一MPPT控制器2、第二MPPT控制器3内还设有使能控制单元，该使能控制单元一般为单片机，以第二MPPT控制器3为例，接收能源系统判断出的故障信号(包含第一故障信号：表示第一MPPT控制器2与第一光伏模组4断开连接；第二故障信号：表示第一MPPT控制器2限制所述第一光伏模组4的输出功率低于最大功率)后输出第一使能信号，所述能源系统配备有无人机能源系统常见的CAN数据总线测试模块，上述能源系统判断过程由CAN数据总线测试模块实现。

本实施例中，所述使能控制单元还可以是用于测试另一MPPT控制器的输出功率的分线测试模块，与另一MPPT控制器的输出端连通；在使用时，同步采集另一MPPT控制器的输出功率，将其与预设的故障阈值(其可以是认为设定，还可以是通过其自身获取的n次所述输出功率的平均值与误差允许值的差值)进行比对，若另一MPPT控制器的输出功率小于所述故障阈值，则判断另一MPPT控制器处于故障状态，输出第一使能信号。其内部由ADC采样控制电路、放大电路、比较电路、微控制单元组成，均为电子电学常见电路，此处不再进一步细述。

进一步地，所述第一导通控制器8、第二导通控制器9为氮化镓功率开关。由于氮化镓功率开关具有高的断态击穿强度以及导通状态下的优异沟道导电性，使得开关损耗小，进一步降低本太阳能无人机MPPT冗余备份系统的能量损耗，并且氮化镓功率开关的耐压能力强，使得本系统的可靠性更高，进一步提高无人机飞行的稳定性。

所述太阳能无人机MPPT冗余备份系统还包括第一反向截止单元10，与所述第一导通控制器8、第二MPPT控制器3连接，用于保证所述第一导通控制器8和所述第一切入控制器6不会同时导通；第二反向截止单元11，与所述第二导通控制器9、第一MPPT控制器2连接，用于保证所述第二导通控制器9和所述第二切入控制器7不会同时导通。

具体地，所述第二导通控制器9的使能端与所述第一MPPT控制器2的信号输出端还连接有第二反向截止单元11，通过第一反向截止单元10、第二反向截止单元11的设置，以保证第一MPPT控制器2、第二MPPT控制器3输出的使能信号处于相反的状态，另一方面避免第一MPPT控制器2、第二MPPT控制器3出现输入并联的现象，以保证本系统的使用安全性。

进一步地，所述第一反向截止单元10、第二反向截止单元11为截止二极管，或其它同样能实现反向截止功能的元器件；所述第一反向截止单元10的输入端与所述第二MPPT控制器3的信号输出端连接，所述第一反向截止单元10的输出端与所述第一导通控制器8的使能端连接；所述第二反向截止单元11的输入端与所述第一MPPT控制器2的信号输出端连接，所述第二反向截止单元11的输出端与所述第二导通控制器9的使能端连接。

所述第一切入控制器6包括：启动判断单元以及缓冲开启单元；所述启动判断单元用于在接收第二MPPT控制器3输出的第一使能信号后输出第二使能信号，所述第二使能信号用于驱动缓冲开启单元；所述缓冲开启单元用于在接收所述第二使能信号后将所述第一光伏模组4与第二MPPT控制器3导通，并从低到高调节所述第一光伏模组4的输出功率。

具体地，所述启动判断单元、缓冲开启单元依次连接；所述缓冲开启单元的输入端与所述第一光伏模组4的直流输出端连接，所述缓冲开启单元的输出端与所述第二MPPT控制器3的直流输入端连接；所述启动判断单元的输入端与所述第二MPPT控制器3的信号输出端连接。工作时，启动判断单元根据第二MPPT控制器3输出的第一使能信号生成第二使能信号，所述第二使能信号用于驱动缓冲开启单元；所述缓冲开启单元在接收第二使能信号后将所述第一光伏模组4与第二MPPT控制器3导通，并从低到高调节所述第一光伏模组4的输出功率。其调节输出功率的方法是调节第一光伏模组4的输出占空比，所述输出占空比表示第一光伏模组与第二MPPT控制器的导通时间与接入时间的比率；从0％逐步提升至100％，本实施例中，缓冲开启单元依次调节输出占空比为25％、40％、60％、80％、100％，所述输出占空比的调节通过控制第一光伏模组与第二MPPT控制器的导通时间实现。

具体地，所述启动判断单元用于对第一使能信号的再次检验，其包括依次连接的使能信号收集模块、信号比较模块、以及使能信号输出模块；工作时，第一使能信号从第二MPPT控制器3发出，经使能信号收集模块后输入信号比较模块，将第一使能信号与预设阈值进行比对；在所述第一使能信号大于或等于所述预设阈值时，才控制信号输出模块输出第二使能信号，以驱动缓冲开启单元的启动，使缓冲开启单元与第一光伏模组4连接。避免因外界干扰等情况导致第一切入控制器6接收到因干扰而产生的电压信号，而产生误判，若发生误判，则会导致第一光伏模组4则同时连接到第一MPPT控制器2、第二MPPT控制器3，带来极大的飞行隐患，而本系统中通过所述第一反向截止单元10的设置避免了该隐患。需要注意的是，第二切入控制器7与第一切入控制器6的结构相同，第二切入控制器7的缓冲开启单元的输入端与所述第二光伏模组5的直流输出端连接，第二切入控制器7的缓冲开启单元的输出端与所述第一MPPT控制器2的直流输入端连接；所述启动判断单元的输入端与所述第一MPPT控制器2的信号输出端连接。

进一步地，所述缓冲开启单元实际为调节占空比的元件：PWM芯片；其可以采用SG3525、TL494、UC3825、UC3879等PWM芯片(脉宽调制器)；其原理是按照反馈电流调节脉宽，在脉宽比较器的输入端直接用流过输出电感线圈的信号与误差放大器输出信号进行比较，从而调节占空比使输出的电感峰值电流跟随误差电压变化而变化，从而实现输出功率的可调。通过缓冲开启单元的设置，可根据调节占空比的方式控制第一光伏模组4输出作用在第二MPPT控制器3直流输入端的功率。输入的功率从小到大逐步提升，可有效地避免接入时瞬时的大功率(即便不考虑接入震荡，与第二光伏模组5规格相同的第一光伏模组4在接入后与第二光伏模组5配合输出的总功率也是单个第二光伏模组5可输出的两倍)直接作用到第二MPPT控制器3中造成第二MPPT控制器3的损伤，严重时甚至导致系统的瘫痪，造成不必要的经济损失。

在缓冲开启单元依次调节第一光伏模组4的输出占空比为100％后，本系统进入正式工作状态；需要注意的是，由于MPPT控制器自身具有I2C功能，简单的说其可以进行数据传输(通过上述使能控制单元/分线测试模块实现)，使得冗余后第二MPPT控制器3可实现动态参数装订，所谓动态参数装订就是在切换MPPT后输入新的电压状态范围、电流阈值、温升保护条件等，换言之，只需要有对其自身输出功率有实时的检测、反馈即可，而MPPT控制器本就有最大功率追踪功能，正常状态下只要输入功率在其可调控的范围内，其输出功率是恒定的，本发明上述提供的缓冲启动单元的目的便是使输入功率逐步提升，且每次提升都在MPPT控制器可调控的范围内，从而不破坏MPPT控制器自身的动态参数装订功能，这样无人机能源系统就能够通过CAN通讯检测(功率母线1功率监控)实现对第二MPPT模组的输出功率监控，保障后续飞行。简而言之，通过缓冲启动单元缓慢增加第一光伏模组的输出功率的方式将第一光伏模组4接入第二MPPT模组，不影响无人机能源系统原本的监控参数，使得无人机在切换MPPT后能更快地回复到故障前的工作状态。

参见图2至图5，还提供一种太阳能无人机MPPT切换方法，包括：

步骤201，接收第一MPPT控制器2的第一故障信号，所述第一故障信号表示第一MPPT控制器2与第一光伏模组4断开连接；

步骤202，响应于所述第一故障信号获取冗余请求，所述冗余请求表示请求所述第二MPPT控制器3向第一切入控制器6输出第一使能信号以接通所述第一光伏模组4与第二MPPT控制器3；

步骤203，发送所述冗余请求至所述第二MPPT控制器3。

所述太阳能无人机MPPT切换方法还包括：

步骤301，接收第一MPPT控制器2的第二故障信号，所述第二故障信号表示第一MPPT控制器2限制所述第一光伏模组4的输出功率低于最大功率；

步骤302，响应于所述第二故障信号获取截断请求和所述冗余请求，所述截断请求表示请求所述第二MPPT控制器3向第一导通控制器8输出第一使能信号以断开所述第一光伏模组4与功率母线1的导通，所述冗余请求表示请求所述第二MPPT控制器3向第一切入控制器6输出第一使能信号以接通所述第一光伏模组4与第二MPPT控制器3；

步骤303，发送所述截断请求、冗余请求至所述第二MPPT控制器3。

具体地，步骤201～203适用于第一MPPT控制器2的故障程度为致使第一光伏模组4、功率母线1可视为断路的情况；步骤301～303适用于第一MPPT控制器2的故障程度为其限制所述第一光伏模组4的输出功率低于最大功率的情况。需要注意的是，步骤201～203、301～303的主体一般为CAN数据总线测试模块或其他可以监控判断第一MPPT控制器2/第二MPPT控制器3是否存在故障的模块。

在发送所述冗余请求至所述第二MPPT控制器3时，还包括：

步骤204，第一切入控制器6接收所述第二MPPT控制器3输出的第一使能信号，接通所述第一光伏模组4、第二MPPT控制器。

在发送所述截断请求、冗余请求至所述第二MPPT控制器3时，还包括：

步骤304，第一导通控制器8接收所述第二MPPT控制器3输出的第一使能信号，断开所述第一MPPT控制器2与第一光伏模组4的导通。

步骤305，第一切入控制器6接收所述第二MPPT控制器3输出的第一使能信号，接通所述第一光伏模组4、第二MPPT控制器。

在第一切入控制器6接收所述第二MPPT控制器3输出的第一使能信号时，还包括：

步骤401，启动判断单元接收所述第一使能信号后输出第二使能信号；

步骤402，所述第二使能信号驱使缓冲开启单元启动，使所述第一光伏模组4、第二MPPT控制器3导通，并从低到高调节所述第一光伏模组4输出的输出功率。

具体地，缓冲开启单元调节第一光伏模组4的输出占空比从％逐步提升至100％。本实施例中，缓冲开启单元依次调节占空比为25％、40％、60％、80％、100％。

在输出第二使能信号时，还包括：

步骤501，启动判断单元接收所述第一使能信号；

步骤502，判断所述第一使能信号是否大于或等于预设阈值，所述预设阈值是所述第一使能信号的设计电压值与误差允许值的差值；

步骤503，若否，截止所述第一使能信号；

步骤504，若是，输出第二使能信号。

具体地，所述设计电压值指的是在设计系统时所设定的电压值，其可以采取普通控制电压的标准，一般选取高电平范围，预设阈值根据第一使能信号的设计电压值改变而改变；需要注意的是，上述方法的前提是第一MPPT控制器2发生故障时，第一光伏模组4切换与其连接的MPPT(第一MPPT控制器2)为第二MPPT控制器3的过程。

进一步地，参见图4，在第二MPPT控制器3输出第一使能信号前，还包括：

分线测试模块同步采集第一MPPT控制器2控制器的输出功率；

判断所述输出功率是否小于预设的故障阈值；

若是，第二MPPT控制器3输出第一使能信号；

若否，返回判断所述输出功率是否小于预设的故障阈值，循环上述步骤。

进一步地，在缓冲开启单元调节占空比为100％后，还包括：

启动判断模组输出第二使能信号，驱使第一开关单元关断、第二开关单元接通。

进一步地，所述故障阈值的设定，可以是：

分线测试模块按设定间隔采集第一MPPT控制器2的输出功率，获得功率平均值，所述功率平均值是获取n次所述输出功率的平均值；本实施例中，n取3。

根据平均值获取所述故障阈值，所述故障阈值是所述平均值与误差允许值的差值。

当第二MPPT控制器3发生故障时，其原理同上。

通过上述方法，实现了太阳能无人机中对光伏模组所连接的MPPT控制器的切换，解决了因MPPT控制器的意外故障导致的飞机返航和飞行任务延缓的问题，同时不影响后续太阳能能量的拾取；另外，缓冲开启单元依次调节占空比的方式，避免了瞬时大功率直接接入MPPT控制器所可能产生的系统紊乱、MPPT控制器损坏等隐患；再者通过分线测试模块对故障的实时监控、以及启动判断单元对第一使能信号的再次检验，提高了本系统的可靠性、稳定性。

在使用时，分线测试模块同步采集第一MPPT控制器2控制器的输出功率；比对所述输出功率与预设的故障阈值；在所述输出功率小于所述故障阈值时(所述故障阈值是第一光伏模组4输出的功率经正常MPPT最大功率追踪后输出的最小功率)，判断第一MPPT控制器2处于故障状态，输出第一使能信号；该第一使能信号分别输送至第一导通控制器8、第一切入控制器6；所述第一导通控制器8接收到第一使能信号后截断第一光伏模组4与第二MPPT控制器3的连通；所述第一切入控制器6由启动判断单元接收所述第一使能信号，比对所述第一使能信号与预设阈值(所述预设阈值是所述第一使能信号的电路设计电压值与误差允许值的差值)；若所述第一使能信号大于或等于所述预设阈值，启动判断单元输出第二使能信号；所述第二使能信号驱使缓冲开启单元启动，第一光伏模组4输出的电能经缓冲开启单元调节占空比后输送至第二MPPT控制器3(其中，缓冲开启单元依次调节占空比为25％、40％、60％、80％、100％)；在缓冲开启单元调节占空比为100％后，本系统进入正常供电状态。

本发明结构设计合理巧妙，实现了太阳能无人机MPPT控制器的冗余备份；在系统工作异常情况下实现了太阳能无人机中对光伏模组所连接的MPPT控制器的切换，解决了因MPPT控制器的意外故障导致的飞机返航和飞行任务延缓的问题，同时不影响后续太阳能能量的拾取；缓冲开启单元依次调节占空比的方式，不破坏MPPT控制器自身的动态参数装订功能，避免了瞬时大功率直接接入MPPT控制器所可能产生的系统紊乱、MPPT控制器损坏等隐患；另外，本太阳能无人机MPPT冗余备份系统不会对无人机添加累赘，空间利用率高，在轻量化设计上起到了促进作用，提高能量利用率，有效延长飞行时长；在切换第一MPPT控制器2/第二MPPT控制器3的前后，重量不会发生改变，以避免重量的改变对飞行控制的影响。

应理解，在本发明的各种实施例中，上述各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。

还应理解，在本发明实施例中，术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系。例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，上述描述的系统、装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另外，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口、装置或单元的间接耦合或通信连接，也可以是电的，机械的或其它的形式连接。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本发明实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以是两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分，或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

本发明中应用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种太阳能无人机MPPT冗余备份系统，其特征在于，包括：

第一光伏模组、第二光伏模组，用于接收并转化太阳能；

第一MPPT控制器，与所述第一光伏模组连接，用于控制所述第一光伏模组以最大功率输出；

第二MPPT控制器，与所述第二光伏模组连接，用于控制所述第二光伏模组以最大功率输出；

功率母线，与所述第一MPPT控制器、第二MPPT控制器连接，用于接收所述第一光伏模组、第二光伏模组的输出并提供至太阳能无人机；

第一切入控制器，与所述第一光伏模组、第二MPPT控制器连接，用于在接收所述第二MPPT控制器输出的第一使能信号后控制所述第一光伏模组与所述第二MPPT控制器接通；

所述第一切入控制器包括：启动判断单元以及缓冲开启单元；

所述启动判断单元用于在接收第二MPPT控制器输出的第一使能信号后输出第二使能信号，所述第二使能信号用于驱动缓冲开启单元；

所述缓冲开启单元用于在接收所述第二使能信号后调节所述第一光伏模组的输出功率用以缓慢导通所述第一光伏模组与第二MPPT控制器的连接。

2.根据权利要求1所述太阳能无人机MPPT冗余备份系统，其特征在于，还包括：

第二切入控制器，与所述第二光伏模组、第一MPPT控制器连接，用于在接收所述第一MPPT控制器输出的第一使能信号后控制所述第二光伏模组与所述第一MPPT控制器接通。

3.根据权利要求2所述太阳能无人机MPPT冗余备份系统，其特征在于，还包括第一导通控制器，与所述第一光伏模组、功率母线连接，用于在接收到所述第二MPPT控制器输出的第一使能信号后断开所述第一光伏模组与功率母线的导通；

第二导通控制器，与所述第二光伏模组、功率母线连接，用于在接收到所述第一MPPT控制器输出的第一使能信号后断开所述第二光伏模组与功率母线的导通。

4.根据权利要求3所述太阳能无人机MPPT冗余备份系统，其特征在于，还包括第一反向截止单元，与所述第一导通控制器、第二MPPT控制器连接，用于保证所述第一导通控制器和所述第一切入控制器不会同时导通；

第二反向截止单元，与所述第二导通控制器、第一MPPT控制器连接，用于保证所述第二导通控制器和所述第二切入控制器不会同时导通。

5.一种太阳能无人机MPPT切换方法，其特征在于，包括：

接收第一MPPT控制器的第一故障信号，所述第一故障信号表示第一MPPT控制器与第一光伏模组断开连接；

响应于所述第一故障信号获取冗余请求，所述冗余请求表示请求第二MPPT控制器向第一切入控制器输出第一使能信号以接通所述第一光伏模组与第二MPPT控制器；

发送所述冗余请求至所述第二MPPT控制器；

第一切入控制器包括：启动判断单元以及缓冲开启单元，在第一切入控制器接收所述第二MPPT控制器输出的第一使能信号时，还包括：

启动判断单元接收所述第一使能信号后输出第二使能信号；

所述第二使能信号驱使缓冲开启单元启动，使所述第一光伏模组、第二MPPT控制器导通，并从低到高调节所述第一光伏模组输出的输出功率。

6.根据权利要求5所述太阳能无人机MPPT切换方法，其特征在于，还包括：

接收第一MPPT控制器的第二故障信号，所述第二故障信号表示第一MPPT控制器限制所述第一光伏模组的输出功率低于最大功率；

响应于所述第二故障信号获取截断请求和所述冗余请求，所述截断请求表示请求所述第二MPPT控制器向第一导通控制器输出第一使能信号以断开所述第一光伏模组与功率母线的导通；

发送所述截断请求和冗余请求至所述第二MPPT控制器。

7.根据权利要求6所述太阳能无人机MPPT切换方法，其特征在于，在发送所述截断请求、冗余请求至所述第二MPPT控制器时，还包括：

第一导通控制器接收所述第二MPPT控制器输出的第一使能信号，断开所述第一MPPT控制器与第一光伏模组的导通。

8.根据权利要求7所述太阳能无人机MPPT切换方法，其特征在于，在输出第二使能信号时，还包括：

启动判断单元接收所述第一使能信号，判断所述第一使能信号是否大于或等于预设阈值，所述预设阈值是所述第一使能信号的设计电压值与误差允许值的差值；

若否，截止所述第一使能信号；

若是，输出第二使能信号。