CN114759645A - 输入电压前馈的太阳能充电控制系统、充电器和储能装置 - Google Patents

输入电压前馈的太阳能充电控制系统、充电器和储能装置 Download PDF

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Abstract

本发明实施例公开了一种输入电压前馈的太阳能充电控制系统、充电器和储能装置。输入电压前馈的太阳能充电控制系统包括：太阳能充电控制模块，太阳能充电控制模块包括最大功率点追踪子模块。输入电压前馈模块，输入电压前馈模块包括第一运算子模块和输入电压前馈子模块，输入电压前馈子模块将输入电压侧参考输出电流发送到太阳能充电控制模块。太阳能充电控制模块根据输入电压侧参考输出电流调节太阳能充电控制模块的输出值。本发明实施例利用以输入电压作为输入量的输入电压前馈模块对输入电压反应迅速灵敏的特点迅速调节输出值，从而避免输出值过大，拉低太阳能充电控制系统的输入一侧电压，保证充电控制系统正常运行。

Description

输入电压前馈的太阳能充电控制系统、充电器和储能装置
技术领域
本发明实施例涉及充电技术，尤其涉及一种输入电压前馈的太阳能充电控制系统、充电器和储能装置。
背景技术
太阳能电池板是一种将光能转换为电能的装置，它只要满足一定照度条件的光照度，瞬间就可输出电压及在有回路的情况下产生电流。太阳能电池板可以产生电能而无法储存电能，因此可以将太阳能电池板产生的电能通过对蓄电池充电的方式储存在蓄电池里，太阳能充电器就是一种能够将太阳能电池产生的电能通过控制电路储存到蓄电池的装置。
然而，当太阳能充电器的输出端负载突然增大时，充电器的输入端(即太阳能电池板端)电流也将突然增大，这将导致充电器输入电压大幅降低，从而导致充电器一直重启而无法正常工作。
基于此，现有的太阳能充电器会引入最大功率点追踪(MPPT)功能。MPPT可以通过占空比的扰动调节输出负载，进而调节输入功率。这种方式虽能实时扫描太阳能电池板的输出功率从而控制太阳能电池板尽可能地工作在最大功率点上。但MPPT的扫描速度较慢，当输出负载突然增大时，MPPT的缓慢响应无法及时降低输出电流，进而减小输入电流以稳定输入电压。这将导致充电器输入电压被拉至很低致使内部电路不能正常供电，从而导致控制器一直重启而无法正常工作的问题。
发明内容
本发明提供一种输入电压前馈的太阳能充电控制系统、充电器和储能装置，以稳定充电控制系统的输入电压，保证充电控制系统正常运行。
第一方面，本发明实施例提供了一种输入电压前馈的太阳能充电控制系统，包括：
太阳能充电控制模块，所述太阳能充电控制模块包括最大功率点追踪子模块；
输入电压前馈模块，所述输入电压前馈模块包括第一运算子模块和输入电压前馈子模块，所述第一运算子模块获取参考输入电压，并从所述太阳能充电控制模块获取反馈输入电压，所述第一运算子模块根据所述参考输入电压和所述反馈输入电压确定误差输入电压，所述输入电压前馈子模块根据所述误差输入电压确定输入电压侧参考输出电流，将所述输入电压侧参考输出电流发送到所述太阳能充电控制模块；
其中，所述太阳能充电控制模块根据所述输入电压侧参考输出电流调节所述太阳能充电控制模块的输出值。
可选的，所述太阳能充电控制模块还包括第二运算子模块、输出电流环补偿子模块、脉冲宽度调制传递函数子模块和直流转直流功率转换传递函数子模块；
所述第二运算子模块根据所述输入电压侧参考输出电流确定误差输出电流；
所述输出电流环补偿子模块根据所述误差输出电流确定补偿输出值；
所述脉冲宽度调制传递函数子模块根据所述补偿输出值确定占空比；
所述直流转直流功率转换传递函数子模块根据所述占空比确定输出电压和输出电流。
可选的，所述最大功率点追踪子模块根据采样输入电压和采样输入电流确定追踪参考输出电流，所述第二运算子模块还根据所述追踪参考输出电流确定所述误差输出电流。
可选的，所述太阳能充电控制模块还包括输出电压环补偿子模块，所述输出电压环补偿子模块根据误差输出电压确定输出电压侧参考输出电流，所述第二运算子模块还根据所述输出电压侧参考输出电流确定所述误差输出电流。
可选的，所述太阳能充电控制模块还包括第三运算子模块和输出电压采样系数子模块，所述输出电压采样系数子模块根据所述输出电压确定反馈输出电压，所述第三运算子模块根据所述反馈输出电压和参考输出电压确定所述误差输出电压。
可选的，所述太阳能充电控制模块还包括输出电流采样系数子模块，所述输出电流采样系数子模块根据所述输出电流确定反馈输出电流，所述第二运算子模块还根据所述反馈输出电流确定所述误差输出电流。
可选的，所述太阳能充电控制模块还包括输入电压采样系数子模块，所述输入电压采样系数子模块根据输入电压确定采样输入电压和所述反馈输入电压。
可选的，所述太阳能充电控制模块还包括输入电流采样系数子模块，所述输入电流采样系数子模块根据输入电流确定采样输入电流。
第二方面，本发明实施例还提供了一种输入电压前馈的太阳能充电器，具有上述任意一种的输入电压前馈的太阳能充电控制系统。
第三方面，本发明实施例还提供了一种太阳能储能装置，包括上述输入电压前馈的太阳能充电器。
本发明实施例中输入电压前馈的太阳能充电控制系统包括：太阳能充电控制模块，太阳能充电控制模块包括最大功率点追踪子模块；输入电压前馈模块，输入电压前馈模块包括第一运算子模块和输入电压前馈子模块，第一运算子模块获取参考输入电压，并从太阳能充电控制模块获取反馈输入电压，第一运算子模块根据参考输入电压和反馈输入电压确定误差输入电压，输入电压前馈子模块根据误差输入电压确定输入电压侧参考输出电流，将输入电压侧参考输出电流发送到太阳能充电控制模块；其中，太阳能充电控制模块根据输入电压侧参考输出电流调节太阳能充电控制模块的输出值。本发明实施例通过输入电压前馈模块确定输入电压侧参考输出电流，太阳能充电控制模块利用以输入电压作为输入量的输入电压前馈模块对输入电压反应迅速灵敏的特点，根据输入电压侧参考输出电流迅速调节太阳能充电控制模块的输出值，从而避免输出值过大，拉低太阳能充电控制系统的输入一侧电压，保证充电控制系统正常运行。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种输入电压前馈的太阳能充电控制系统的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的另一种输入电压前馈的太阳能充电控制系统的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
图1为本发明实施例提供的一种输入电压前馈的太阳能充电控制系统的结构示意图，参见图1。本发明实施例提供了一种输入电压前馈的太阳能充电控制系统，包括：
太阳能充电控制模块1，太阳能充电控制模块1包括最大功率点追踪子模块11；
输入电压前馈模块2，输入电压前馈模块2包括第一运算子模块21和输入电压前馈子模块22，第一运算子模块21获取参考输入电压Vin_ref，并从太阳能充电控制模块1获取反馈输入电压Vin_fb，第一运算子模块21根据参考输入电压Vin_ref和反馈输入电压Vin_fb确定误差输入电压，输入电压前馈子模块22根据误差输入电压确定输入电压侧参考输出电流Io_ref_vi，将输入电压侧参考输出电流Io_ref_vi发送到太阳能充电控制模块1；
其中，太阳能充电控制模块1根据输入电压侧参考输出电流Io_ref_vi调节太阳能充电控制模块1的输出值。
其中，本发明实施例中所提及的模块和子模块可以通过硬件电路实现，也可以通过软件实现。本发明实施例不针对各个模块及其子模块的具体实现方式进行限定。太阳能充电控制模块1用于将太阳能电池板一侧的输入端电压和电流进行升压或降压，并从输出端输出。太阳能充电控制模块1输出端的输出电压可以是恒定值、阶段性变化值或实时变化值，太阳能充电控制模块1输出端的输出电压可以根据实际需要确定。太阳能充电控制模块1输出端的输出电流可以是实时变化值，太阳能充电控制模块1输出端的输出电流可以根据太阳能充电控制模块1输入端的功率和输出端的电压确定。第一运算子模块21可以是加法器。最大功率点追踪子模块11通过调节输出负载，进而调节控制系统的输入端功率(即太阳能电池的输出功率)这种方式实时扫描太阳能电池板的输出功率，从而控制太阳能电池板尽可能地工作在最大功率点上。输入电压前馈子模块22的参考量为参考输入电压Vin_ref，参考输入电压Vin_ref是输入电压的最低限值。正常工作时输入电压高于参考输入电压Vin_ref，输入电压前馈子模块22不起作用。当输出负载突变造成输入电压降低至参考输入电压Vin_ref时，输入电压前馈子模块22快速响应，及时降低输入电压侧参考输出电流Io_ref_vi。太阳能充电控制模块1根据输入电压侧参考输出电流Io_ref_vi的降低而降低控制模块的输出电流等输出值。通过限制输出电流的方式使输入电压稳定在参考输入电压Vin_ref附近，起到输入低压限制作用，保护控制器以正常工作。将输入电压作为前馈加入到控制系统中，通过前馈环路的快速响应可以稳定太阳能电池电压在正常范围内。从而避免输出值过大，拉低太阳能充电控制系统的输入一侧电压。保证充电控制系统正常运行。
图2为本发明实施例提供的另一种输入电压前馈的太阳能充电控制系统的结构示意图，参见图2。在另一些实施例中，太阳能充电控制模块1还包括第二运算子模块12、输出电流环补偿子模块13、脉冲宽度调制传递函数子模块14和直流转直流功率转换传递函数子模块15；
第二运算子模块12根据输入电压侧参考输出电流Io_ref_vi确定误差输出电流；
输出电流环补偿子模块13根据误差输出电流确定补偿输出值；
脉冲宽度调制传递函数子模块14根据补偿输出值确定占空比；
直流转直流功率转换传递函数子模块15根据占空比确定输出电压和输出电流。
其中，第二运算子模块12可以是加法器。第二运算子模块12用于根据第二运算子模块12的输入量进行计算，并对计算后得到的误差输出电流进行输出。其中第二运算子模块12的输入量可以包括输入电压侧参考输出电流Io_ref_vi。输出电流环补偿子模块13根据第二运算子模块12输出的误差输出电流进行计算，得出参考了误差输出电流后的输出电流，即补偿输出值。脉冲宽度调制传递函数子模块14根据补偿输出值的大小确定占空比，并将占空比传送到直流转直流功率转换传递函数子模块15，由直流转直流功率转换传递函数子模块15将占空比转化为输出电压和输出电流。
继续参见图2。在另一些实施例中，最大功率点追踪子模块11根据采样输入电压Vin_sns和采样输入电流Iin_sns确定追踪参考输出电流，第二运算子模块12还根据追踪参考输出电流确定误差输出电流。
其中，采样输入电压Vin_sns和采样输入电流Iin_sns分别是对输入电压和输入电流的采样结果。最大功率点追踪子模块11通过采样输入电压Vin_sns和采样输入电流Iin_sns计算出追踪参考输出电流并传送到第二运算子模块12，第二运算子模块12确定误差输出电流的参考还包括追踪参考输出电流。通过最大功率点追踪子模块11向第二运算子模块12提供追踪参考输出电流，可以使追踪参考输出电流参与到输出电流的决策中。输出电流的调节由追踪参考输出电流决定，即在电池电压未达到最高限值的充电过程中，输出电流最终由最大功率点追踪子模块11进行调节。
继续参见图2。在另一些实施例中，太阳能充电控制模块1还包括输出电压环补偿子模块16，输出电压环补偿子模块16根据误差输出电压确定输出电压侧参考输出电流，第二运算子模块12还根据输出电压侧参考输出电流确定误差输出电流。
其中，输出电压侧参考输出电流为输出电压环补偿子模块16的输出量，通过参考误差输出电压调节输出电流，通过稳定输出电流达到限制输出电压的作用。
进一步的，太阳能充电控制模块1还包括第三运算子模块17和输出电压采样系数子模块18，输出电压采样系数子模块18根据输出电压确定反馈输出电压，第三运算子模块17根据反馈输出电压和参考输出电压Vo_ref确定误差输出电压。
其中，第三运算子模块17可以是加法器。输出电压控制环路包括输出电压环补偿子模块16和输出电压采样系数子模块18。参考输出电压Vo_ref为输出电压的最高限值，当输出电压接近参考输出电压Vo_ref时，占空比减小进而输出电流减小，输出电压稳定在参考输出电压Vo_ref附近，起到输出限压作用，保护蓄电池。
继续参见图2。在另一些实施例中，太阳能充电控制模块1还包括输出电流采样系数子模块19，输出电流采样系数子模块19根据输出电流确定反馈输出电流，第二运算子模块12还根据反馈输出电流确定误差输出电流。
其中，通过将反馈输出电流引入误差输出电流中，可以进一步提高对输出电流的控制，形成以输出电流自身为参考量的闭环控制，提升控制精度。
继续参见图2。在另一些实施例中，太阳能充电控制模块1还包括输入电压采样系数子模块110，输入电压采样系数子模块110根据输入电压Vin确定采样输入电压Vin_sns和反馈输入电压Vin_fb。
其中，输入电压采样系数子模块110用于对输入电压Vin进行采集，输出作为采集结果的采样输入电压Vin_sns和反馈输入电压Vin_fb。提升控制系统的参考量数量，进而提升控制精度。
继续参见图2。在另一些实施例中，太阳能充电控制模块1还包括输入电流采样系数子模块111，输入电流采样系数子模块111根据输入电流Iin确定采样输入电流Iin_sns。
其中，输入电流采样系数子模块111用于对输入电流Iin进行采集，输出作为采集结果的采样输入电流Iin_sns。提升控制系统的参考量数量，进而提升控制精度。
本发明实施例还提供了一种输入电压前馈的太阳能充电器，具有上述任意一种输入电压前馈的太阳能充电控制系统。
其中，由于本发明实施例所提供的输入电压前馈的太阳能充电器具有本发明任意实施例所提供的输入电压前馈的太阳能充电控制系统，因此本实施例中的输入电压前馈的太阳能充电器具有与输入电压前馈的太阳能充电控制系统相应的技术特征和有益效果。
本发明实施例还提供了一种太阳能储能装置，包括上述任意一种输入电压前馈的太阳能充电器。
其中，由于本发明实施例所提供的太阳能储能装置包含本发明上述实施例所提供的输入电压前馈的太阳能充电器，因此本实施例中的太阳能储能装置具有与输入电压前馈的太阳能充电器相同的有益效果。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整、相互结合和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种输入电压前馈的太阳能充电控制系统，其特征在于，包括：
太阳能充电控制模块，所述太阳能充电控制模块包括最大功率点追踪子模块；
输入电压前馈模块，所述输入电压前馈模块包括第一运算子模块和输入电压前馈子模块，所述第一运算子模块获取参考输入电压，并从所述太阳能充电控制模块获取反馈输入电压，所述第一运算子模块根据所述参考输入电压和所述反馈输入电压确定误差输入电压，所述输入电压前馈子模块根据所述误差输入电压确定输入电压侧参考输出电流，将所述输入电压侧参考输出电流发送到所述太阳能充电控制模块；
其中，所述太阳能充电控制模块根据所述输入电压侧参考输出电流调节所述太阳能充电控制模块的输出值。
2.根据权利要求1所述的输入电压前馈的太阳能充电控制系统，其特征在于，所述太阳能充电控制模块还包括第二运算子模块、输出电流环补偿子模块、脉冲宽度调制传递函数子模块和直流转直流功率转换传递函数子模块；
所述第二运算子模块根据所述输入电压侧参考输出电流确定误差输出电流；
所述输出电流环补偿子模块根据所述误差输出电流确定补偿输出值；
所述脉冲宽度调制传递函数子模块根据所述补偿输出值确定占空比；
所述直流转直流功率转换传递函数子模块根据所述占空比确定输出电压和输出电流。
3.根据权利要求2所述的输入电压前馈的太阳能充电控制系统，其特征在于，所述最大功率点追踪子模块根据采样输入电压和采样输入电流确定追踪参考输出电流，所述第二运算子模块还根据所述追踪参考输出电流确定所述误差输出电流。
4.根据权利要求2所述的输入电压前馈的太阳能充电控制系统，其特征在于，所述太阳能充电控制模块还包括输出电压环补偿子模块，所述输出电压环补偿子模块根据误差输出电压确定输出电压侧参考输出电流，所述第二运算子模块还根据所述输出电压侧参考输出电流确定所述误差输出电流。
5.根据权利要求4所述的输入电压前馈的太阳能充电控制系统，其特征在于，所述太阳能充电控制模块还包括第三运算子模块和输出电压采样系数子模块，所述输出电压采样系数子模块根据所述输出电压确定反馈输出电压，所述第三运算子模块根据所述反馈输出电压和参考输出电压确定所述误差输出电压。
6.根据权利要求2所述的输入电压前馈的太阳能充电控制系统，其特征在于，所述太阳能充电控制模块还包括输出电流采样系数子模块，所述输出电流采样系数子模块根据所述输出电流确定反馈输出电流，所述第二运算子模块还根据所述反馈输出电流确定所述误差输出电流。
7.根据权利要求2所述的输入电压前馈的太阳能充电控制系统，其特征在于，所述太阳能充电控制模块还包括输入电压采样系数子模块，所述输入电压采样系数子模块根据输入电压确定采样输入电压和所述反馈输入电压。
8.根据权利要求2所述的输入电压前馈的太阳能充电控制系统，其特征在于，所述太阳能充电控制模块还包括输入电流采样系数子模块，所述输入电流采样系数子模块根据输入电流确定采样输入电流。
9.一种输入电压前馈的太阳能充电器，其特征在于，具有如权利要求1-8中任一所述的输入电压前馈的太阳能充电控制系统。
10.一种太阳能储能装置，其特征在于，包括权利要求9所述的输入电压前馈的太阳能充电器。
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