CN116839122A - 一种光伏空调器系统和光伏空调器系统的控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种光伏空调器系统和光伏空调器系统的控制方法，光伏空调器系统包括：空调器本体；太阳能光伏板，太阳能光伏板用于为空调器本体供电；蓄电池储能装置，蓄电池储能装置包括电池组、电池管理系统和温控组件；其中，电池组用于为空调器本体供电，温控组件用于调节电池组的温度，电池管理系统用于监测并管理电池组和温控组件的工作状态。本发明解决现有技术中光伏空调器系统无法对电池组的温度进行控制，从而降低电池组工作效率、安全性和寿命的技术问题。
Description
技术领域
本发明涉及空调器技术领域，具体而言，涉及一种光伏空调器系统和一种光伏空调器系统的控制方法。
背景技术
太阳能被称为最理想的新能源，具有无枯竭危险的优势。太阳能具有安全可靠、无噪声、无污染排放、绝对干净，不受资源分布地域的限制等优势，光伏系统在实际生活应用中具有举足轻重的作用。
但是，在实际使用过程中，存在这样一个问题：现有技术中光伏空调器系统无法对电池组的温度进行控制，在工作时电池组会产生热量，长时间的运行可能会造成电池组的温度过高，存在安全隐患，容易造成电池组的自燃；在气温降低时，电池组内部的化学反应速率就会变慢，电池组的工作效率低，同时长时间处于低温环境下会影响电池组的性能和寿命。
发明内容
本发明解决空调器现有技术中光伏空调器系统无法对电池组的温度进行控制，从而降低电池组工作效率、安全性和寿命的技术问题。
为解决上述问题，本发明提供一种光伏空调器系统，光伏空调器系统包括：空调器本体；太阳能光伏板，太阳能光伏板用于为空调器本体供电；蓄电池储能装置，蓄电池储能装置包括电池组、电池管理系统和温控组件；其中，电池组用于为空调器本体供电，温控组件用于调节电池组的温度，电池管理系统用于监测并管理电池组和温控组件的工作状态。
与现有技术相比，采用该技术方案所达到的技术效果：太阳能光伏板用于采集太阳能，并将采集到的太阳能转换为电能为空调器本体供电；电池组为空调器本体提供电能；电池管理系统用于实时监控电池组的各种状态指标，包括：电压、电流、荷电状态、温度等，同时电池管理系统还能够监测并管理温控组件；设置温控组件用于在监测到电池组的温度过高或过低时，通过温控组件调节电池组的温度，避免电池组的温度过高或过低，从而进一步提高电池组的工作效率、安全性及其使用寿命。
在本发明的一个实例中，温控组件包括冷凝管，冷凝管缠绕至电池组的外侧。
与现有技术相比，采用该技术方案所达到的技术效果：温控组件可以是缠绕在电池组外侧的冷凝管，可以对电池组的温度进行良好的调节；通过控制冷凝管内冷凝液的温度改变冷凝管的温度，从而调节电池组的温度。
在本发明的一个实例中，光伏空调器系统还包括：角度调节装置，角度调节装置连接至太阳能光伏板的底部，角度调节装置用于调节太阳能光伏板的角度；逆变器，逆变器用于将太阳能光伏板输出的第一直流电和/或电池组输出的第二直流电转化为供空调器本体输入的交流电。
与现有技术相比，采用该技术方案所达到的技术效果：角度调节装置连接至太阳能光伏板的底部，负责驱动太阳能光伏板与太阳光保持垂直状态，从而充分利用太阳光，使太阳能光伏板的输出电能保持在最大功率点；通过逆变器将直流电转变为交流电，便于后续交流电的使用。
又一方面，本发明实施例还提供了一种光伏空调器系统的控制方法，用于光伏空调器系统中，控制方法包括：电池管理系统对电池组的温度进行监测，判断电池组的温度是否处于目标温度条件；在电池组的温度未处于目标温度条件的情况下，调节温控组件以调节电池组的温度；当电池组的温度小于第一温度阈值时，温控组件为电池组升温；和/或当电池组的温度大于第二温度阈值时，温控组件为电池组降温；其中，目标温度条件为电池组的温度大于等于第一温度阈值，且小于等于第二温度阈值。
与现有技术相比，采用该技术方案所达到的技术效果：电池管理系统用于实时监测电池组的温度，并判断电池组的温度是否处于目标温度条件，当电池组的温度处于目标温度条件下，说明电池组的温度处于合理的温度范围内，在此温度下对电池组不会造成损坏，无需对电池组的温度进行调节；当电池组的温度处于目标温度条件下，说明此时电池组的温度不合理，在此温度环境下容易造成电池组的损坏，需要对电池组的温度进行调节。当电池组的温度小于第一温度阈值时，判断出电池组的温度过低，电池组对外放电能力会大大降低，长时间处于低温环境还会影响电池组的寿命，因此需要通过温控组件对电池组升温以提高电池组的放电能力，保证电池组的性能和寿命；当电池组的温度大于第二温度阈值时，判断出电池组的温度过高，存在安全隐患，容易造成电池组的自燃，因此需要通过温控组件对电池组降温以提高电池组的安全性，避免电池组自燃。
在本发明的一个实例中，控制方法还包括：在电池组的温度处于目标温度条件的情况下，获取电池组的荷电状态、空调器本体的额定工作电压和电池组的输出电压；根据荷电状态、额定工作电压和输出电压，控制光伏空调器系统的工作状态；其中，光伏空调器系统的工作状态包括：空调器本体的供电方式、电池组的充电状态和太阳能光伏板的输出状态。
与现有技术相比，采用该技术方案所达到的技术效果：为了避免电池组出现过充过放现象，提高电池组的性能，通过对电池组的SOC估算来反映电池组的实际可用电量。电池管理系统还能够获取电池组的荷电状态、空调器本体的额定工作电压和电池组的输出电压，通过荷电状态、额定工作电压和输出电压，对光伏空调器系统的工作状态进行控制，从而控制空调器本体的供电方式、电池组的充电状态和太阳能光伏板的输出状态。
在本发明的一个实例中，根据荷电状态、额定工作电压和输出电压，控制光伏空调器系统的工作状态，包括：当荷电状态小于第一荷电阈值时，空调器本体由辅助电源供电；和/或当荷电状态大于等于第一荷电阈值，且小于等于第二荷电阈值时，判断额定工作电压和输出电压的大小关系，根据大小关系控制空调器本体的供电方式。
与现有技术相比，采用该技术方案所达到的技术效果：SOC使用范围的选择对电池组的安全性、性能和寿命有重大影响，因此设定一个SOC最优使用范围能够提高电池组的安全性和寿命。当SOC<SOC1时，不论U空调器和U电池组的数值，电池组处于亏电模式，不允许空调器本体使用电池组工作，即不允许电池组向空调器本体放电，此时空调器本体需要借助辅助电源工作；当SOC1≤SOC≤SOC2时，电池组处于正常模式，但仍需要进一步判断U空调器和U电池组以确定电池组是否可以为空调器本体供电。
在本发明的一个实例中，在荷电状态大于等于第一荷电阈值，且小于等于第二荷电阈值的情况下，根据大小关系控制空调器本体的供电方式，包括：当额定工作电压小于等于输出电压时，空调器本体由电池组和太阳能光伏板供电；和/或当额定工作电压大于输出电压时，空调器本体由辅助电源供电，并控制电池组的充电状态。
与现有技术相比，采用该技术方案所达到的技术效果：由于当空调器本体的额定工作电压过低会造成空调器本体运行不正常，因此为了保证空调器本体正常运行，需要电池组的输出电压达到空调器的额定工作电压。在SOC满足SOC∈[SOC1,SOC2]的情况下，当U空调器≤U电池组时，允许电池组配合太阳能光伏板参与为空调器本体供电；当U空调器>U电池组时，空调器本体由辅助电源供电，并控制电池组的充电状态。该空调器本体通过太阳能光伏板及其电池组组合方式最大限度利用太阳能为空调器本体提供稳定的电源，同时降低对电网的依赖度，节约火力发电的成本。
在本发明的一个实例中，在额定工作电压大于输出电压的情况下，控制电池组的充电状态，包括：根据太阳能光伏板的发电量和空调器本体所需的供电量，控制电池组的充电状态；当太阳能光伏板的发电量大于空调器本体所需的供电量时，控制太阳能光伏板为电池组充电。
与现有技术相比，采用该技术方案所达到的技术效果：当太阳能光伏板输出的电量富余时，即当太阳能光伏板输出的电能大于空调器本体的用电需求时，电池管理系统可以控制太阳能光伏板向电池组充电，将太阳能光伏板输出的多余电能储存在电池组中，进而提高了能源利用率。
在本发明的一个实例中，根据荷电状态、额定工作电压和输出电压，控制光伏空调器系统的工作状态，还包括：当荷电状态大于第二荷电阈值时，判断空调器本体的运行状态是否为目标运行状态；根据运行状态控制太阳能光伏板的输出状态；当空调器本体未处于目标运行状态时，对太阳能光伏板的输出电流进行限制；和/或当空调器本体处于目标运行状态时，对太阳能光伏板的输出电流不进行限制；其中，目标运行状态为同时满足：空调器本体处于运行状态，空调器本体的功率大于等于功率阈值。
与现有技术相比，采用该技术方案所达到的技术效果：在荷电状态大于第二荷电阈值的情况下，电池组的实际可用电量以达到一定值，此时需要通过空调器本体的运行状态的判断对太阳能光伏板的输出电流进行控制，避免输出电流过大导致电池组损坏。
在本发明的一个实例中，控制方法还包括：通过光伏空调器系统的角度调节装置，实时调节太阳能光伏板的角度；设定初始状态参数；其中，初始状态参数包括目标转动角度、有效工作起始时间、有效工作结束时间、累计转动次数、累计转动时长、实际转动角度和累计转动角度；接收转动指令，判断累计转动角度和目标转动角度之间、累计转动时长和有效工作结束时间之间的大小关系；当累计转动角度小于等于目标转动角度，且累计转动时长小于等于有效工作结束时间时，实时调节太阳能光伏板的角度；和/或当累计转动角度大于目标转动角度，且累计转动时长大于有效工作结束时间时，结束实时调节太阳能光伏板的角度。
与现有技术相比，采用该技术方案所达到的技术效果：角度调节装置用于调节太阳能光伏板的角度，使太阳能光伏板追随太阳的方向转动，配合光伏空调系统的MPPT控制器控制太阳能光伏板保持在最大功率点。角度调节装置优选步进电机，调节精度高。
在本发明的一个实例中，控制方法还包括：采集太阳能光伏板的输出电压和输出电流；计算太阳能光伏板的电压变化量、电流变化量以及步长变化值；对电压变化量、电流变化量的值进行判断，实时调节电导增量法的步长变化值，进而调节光伏发电系统的输出电压，使太阳能光伏板的实际功率工作点处于最大功率点。
与现有技术相比，采用该技术方案所达到的技术效果：为保证太阳能光伏板的输出功率最大，通过基于基于电导增量法的MPPT控制技术控制太阳能光伏板的实际功率工作点处于最大功率点。
采用本发明的技术方案后，能够达到如下技术效果：
(1)设置温控组件用于在监测到电池组的温度过高或过低时，通过温控组件调节电池组的温度，避免电池组的温度过高或过低，从而进一步提高电池组的工作效率、安全性及其使用寿命；
(2)温控组件可以是缠绕在电池组外侧的冷凝管，可以对电池组的温度进行良好的调节；通过控制冷凝管内冷凝液的温度改变冷凝管的温度，从而调节电池组的温度；
(3)角度调节装置连接至太阳能光伏板的底部，负责驱动太阳能光伏板与太阳光保持垂直状态，从而充分利用太阳光，使太阳能光伏板的输出电能保持在最大功率点；
(4)该空调器本体通过太阳能光伏板及其电池组组合方式最大限度利用太阳能为空调器本体提供稳定的电源，同时降低对电网的依赖度，节约火力发电的成本。
附图说明
图1为本发明实施例二提供的一种光伏空调器系统的控制方法的流程图之一。
图2为本发明实施例二提供的一种光伏空调器系统的控制方法的流程图之二。
图3为本发明实施例二提供的一种光伏空调器系统的控制方法的流程图之三。
图4为本发明实施例二提供的一种光伏空调器系统的控制方法的流程图之四。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，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作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。
【实施例一】
参见图1，本发明提供一种光伏空调器系统，包括：空调器本体、太阳能光伏板和蓄电池储能装置；太阳能光伏板用于为空调器本体供电；蓄电池储能装置包括电池组、电池管理系统和温控组件；其中，电池组用于为空调器本体供电，温控组件用于调节电池组的温度，电池管理系统用于监测并管理电池组和温控组件的工作状态。
具体的，太阳能光伏板用于采集太阳能，并将采集到的太阳能转换为电能为空调器本体供电；同时，在空调器本体未运行或太阳能光伏板发电量大于空调器本体所需电量的情况下，太阳能光伏板输出的电能还能够储存至蓄电池储能装置，在蓄电池储能装置中的电池组容量满足空调器本体运行需求时，能够运行电池组为空调器本体提供电能；电池管理系统用于实时监控电池组的各种状态指标，包括：电压、电流、荷电状态、温度等，同时电池管理系统还能够监测并管理温控组件。在工作时电池组会产生热量，长时间的运行可能会造成电池组的温度过高，存在安全隐患，容易造成电池组的自燃；在气温降低时，电池组内部的化学反应速率就会变慢，电池组对外放电能力会大大降低，电池组的工作效率低，同时长时间处于低温环境下会影响电池组的性能和寿命，因此对电池组进行过热过冷保护非常有必要，设置温控组件用于在监测到电池组的温度过高或过低时，通过温控组件调节电池组的温度，避免电池组的温度过高或过低，从而进一步提高电池组的工作效率、安全性及其使用寿命。
优选的，太阳能光伏板连接电池组，同时也连接空调器本体，通过太阳能光伏板转换出的电能可以为空调器本体供电，在太阳能光伏板输出的电能富余时，还能够存储至电池组，提高了能源利用率。
优选的，可以设置多个太阳能光伏板以形成光伏阵列，以便于更好的采集太阳能用于发电，进一步提高光能利用率。
进一步的，温控组件包括冷凝管，冷凝管缠绕至电池组的外侧。
具体的，温控组件可以是缠绕在电池组外侧的冷凝管，可以对电池组的温度进行良好的调节；通过控制冷凝管内冷凝液的温度改变冷凝管的温度，从而调节电池组的温度。
优选的，冷凝管均匀缠绕至电池组的外侧，提高对电池组温度调节的均匀性，避免电池组各处的温度差值较大。
优选的，冷凝管采用“口”字型冷凝管，进一步提高对电池组温度的调节效率。由于蓄电池形状一般为长方体，通过将蓄电池采用并排排列方式，其结构仍为长方体。考虑电池组需要保持恒温(25℃)，工作性能最佳，因此通过在电池组表面覆盖冷凝器，其结构类似一个封闭“口”字型，即称为“口”字型冷凝管。
进一步的，光伏空调器系统还包括：角度调节装置和逆变器；角度调节装置连接至太阳能光伏板的底部，角度调节装置用于调节太阳能光伏板的角度；逆变器用于将太阳能光伏板输出的第一直流电和/或电池组输出的第二直流电转化为供空调器本体输入的交流电。
具体的，由于目前大多数太阳能电池板采用固定安装，也就是说，太阳能光伏板的角度无法根据太阳光角度的变化而变化，因此太阳能光伏板只能在一定时间范围内以最大效率输出电能，这严重制约着太阳能电池板的工作效率；角度调节装置连接至太阳能光伏板的底部，负责驱动太阳能光伏板与太阳光保持垂直状态，从而充分利用太阳光，使太阳能光伏板的输出电能保持在最大功率点。由于空调器本体一般使用交流电，但由太阳能光伏板和电池组直接输出的为直流电，因此需要将太阳能光伏板输出的第一直流电和/或电池组输出的第二直流电转化为供空调器本体输入的交流电，通过逆变器将直流电转变为交流电，便于后续交流电的使用。
优选的，角度调节装置包括步进电机，调节精度高。
【实施例二】
参见图2，本发明还提供一种光伏空调器系统的控制方法，用于光伏空调器系统中，控制方法包括：
电池管理系统对电池组的温度进行监测，判断电池组的温度是否处于目标温度条件；
在电池组的温度未处于目标温度条件的情况下，调节温控组件以调节电池组的温度；
当电池组的温度小于第一温度阈值时，温控组件为电池组升温；和/或
当电池组的温度大于第二温度阈值时，温控组件为电池组降温；
其中，目标温度条件为电池组的温度大于等于第一温度阈值，且小于等于第二温度阈值。
在一个具体的实施例中，电池管理系统用于实时监测电池组的温度，并判断电池组的温度是否处于目标温度条件，当电池组的温度处于目标温度条件下，说明电池组的温度处于合理的温度范围内，在此温度下对电池组不会造成损坏，无需对电池组的温度进行调节；当电池组的温度处于目标温度条件下，说明此时电池组的温度不合理，在此温度环境下容易造成电池组的损坏，需要对电池组的温度进行调节。当电池组的温度小于第一温度阈值时，判断出电池组的温度过低，电池组对外放电能力会大大降低，长时间处于低温环境还会影响电池组的寿命，因此需要通过温控组件对电池组升温以提高电池组的放电能力，保证电池组的性能和寿命；当电池组的温度大于第二温度阈值时，判断出电池组的温度过高，存在安全隐患，容易造成电池组的自燃，因此需要通过温控组件对电池组降温以提高电池组的安全性，避免电池组自燃。
具体控制过程为：当T∈[T1,T2]时，运行电池正常运行，开关继电器正常吸合，否则需要采用“口”字型冷凝管参与工作，以此来维持电池组的温度：当T<T1时，空调器本体运行制热模式，此时给电池组升温，升温过程较短，不影响用户正常使用；当T>T2时，空调器本体运行制冷模式，此时给电池组降温，降温过程较短，不影响用户正常使用。其中，T表示电池组的温度，T1表示第一温度阈值，T2表示第二温度阈值。
优选的，第一温度阈值的优选值为-20℃，第二温度阈值的优选值为50℃；第一温度阈值和第二温度阈值的数值可以由实验测试获取和决定。
进一步的，控制方法还包括：
在电池组的温度处于目标温度条件的情况下，获取电池组的荷电状态、空调器本体的额定工作电压和电池组的输出电压；
根据荷电状态、额定工作电压和输出电压，控制光伏空调器系统的工作状态；
其中，光伏空调器系统的工作状态包括：空调器本体的供电方式、电池组的充电状态和太阳能光伏板的输出状态。
具体的，为了避免电池组出现过充过放现象，提高电池组的性能，通过对电池组的SOC估算来反映电池组的实际可用电量。电池管理系统还能够获取电池组的荷电状态、空调器本体的额定工作电压和电池组的输出电压，通过荷电状态、额定工作电压和输出电压，对光伏空调器系统的工作状态进行控制，从而控制空调器本体的供电方式、电池组的充电状态和太阳能光伏板的输出状态。
优选的，采用卡尔曼滤波法估算电池组的荷电状态，通过此方法实时显示电池组SOC，实时性高。
优选的，在估算荷电状态前，进行电池待机、信号采集和信号调制。电池组待机状态，保持光伏充电或空调放电状态；信号采集过程考虑到电池组是否满足空调器本体开机条件，及其维持电池组足够长使用寿命，需要对电池组电压，电池组电流及电池组温度进行信号采集；信号调制过程将电阻采样获取的模拟信号，经过A/D转换，转换成计算机能够识别的数字信号(0或1)，目的便于进行荷电状态管理。
进一步的，根据荷电状态、额定工作电压和输出电压，控制光伏空调器系统的工作状态，包括：
当荷电状态小于第一荷电阈值时，空调器本体由辅助电源供电；和/或
当荷电状态大于等于第一荷电阈值，且小于等于第二荷电阈值时，判断额定工作电压和输出电压的大小关系，根据大小关系控制空调器本体的供电方式。
具体的，SOC使用范围的选择对电池组的安全性、性能和寿命有重大影响，因此设定一个SOC最优使用范围能够提高电池组的安全性和寿命，SOC最优使用范围为SOC∈[SOC1,SOC2]，此时电池组处于正常模式。当SOC<SOC1时，不论U空调器和U电池组的数值，电池组处于亏电模式，不允许空调器本体使用电池组工作，即不允许电池组向空调器本体放电，此时空调器本体需要借助辅助电源工作；当SOC1≤SOC≤SOC2时，电池组处于正常模式，但仍需要进一步判断U空调器和U电池组以确定电池组是否可以为空调器本体供电。其中，SOC表示电池组的荷电状态，SOC1表示第一荷电阈值，SOC2表示第二荷电阈值，U空调器表示空调器本体的额定工作电压，U电池组表示电池组的输出电压。
优选的，第一荷电阈值的优选值为15％，第二荷电阈值的优选值为80％，第一荷电阈值和第二荷电阈值的数值可以由实验测试获取和决定。
优选的，辅助电源为电网提供的电力。
进一步的，在荷电状态大于等于第一荷电阈值，且小于等于第二荷电阈值的情况下，根据大小关系控制空调器本体的供电方式，包括：
当额定工作电压小于等于输出电压时，空调器本体由电池组和太阳能光伏板供电；和/或
当额定工作电压大于输出电压时，空调器本体由辅助电源供电，并控制电池组的充电状态。
具体的，由于当空调器本体的额定工作电压过低会造成空调器本体运行不正常，因此为了保证空调器本体正常运行，需要电池组的输出电压达到空调器的额定工作电压。在SOC满足SOC∈[SOC1,SOC2]的情况下，当U空调器≤U电池组时，允许电池组配合太阳能光伏板参与为空调器本体供电，该空调器本体通过太阳能光伏板及其电池组组合方式最大限度利用太阳能为空调器本体提供稳定的电源，同时降低对电网的依赖度，节约火力发电的成本；当U空调器>U电池组时，空调器本体由辅助电源供电，并控制电池组的充电状态。
进一步的，在额定工作电压大于输出电压的情况下，控制电池组的充电状态，包括：
根据太阳能光伏板的发电量和空调器本体所需的供电量，控制电池组的充电状态；
当太阳能光伏板的发电量大于空调器本体所需的供电量时，控制太阳能光伏板为电池组充电。
具体的，当太阳能光伏板输出的电量富余时，即当太阳能光伏板输出的电能大于空调器本体的用电需求时，电池管理系统可以控制太阳能光伏板向电池组充电，将太阳能光伏板输出的多余电能储存在电池组中，进而提高了能源利用率。
进一步的，根据荷电状态、额定工作电压和输出电压，控制光伏空调器系统的工作状态，还包括：
当荷电状态大于第二荷电阈值时，判断空调器本体的运行状态是否为目标运行状态；
根据运行状态控制太阳能光伏板的输出状态；
当空调器本体未处于目标运行状态时，对太阳能光伏板的输出电流进行限制；和/或
当空调器本体处于目标运行状态时，对太阳能光伏板的输出电流不进行限制；
其中，目标运行状态为同时满足：空调器本体处于运行状态，空调器本体的功率大于等于功率阈值。
具体的，在荷电状态大于第二荷电阈值的情况下，电池组的实际可用电量以达到一定值，此时需要通过空调器本体的运行状态的判断对太阳能光伏板的输出电流进行控制，避免输出电流过大导致电池组损坏。当空调器本体未处于目标运行状态时，对太阳能光伏板的输出电流进行限制，避免损伤电池组；当空调器本体处于目标运行状态时，对太阳能光伏板的输出电流不进行限制。目标运行状态为同时满足：空调器本体处于运行状态，空调器本体的功率大于等于功率阈值。
优选的，功率阈值的优选值为800W。
进一步的，控制方法还包括：
通过光伏空调器系统的角度调节装置，实时调节太阳能光伏板的角度；
设定初始状态参数；其中，初始状态参数包括目标转动角度、有效工作起始时间、有效工作结束时间、累计转动次数、累计转动时长、实际转动角度和累计转动角度；
接收转动指令，判断累计转动角度和目标转动角度之间、累计转动时长和有效工作结束时间之间的大小关系；
当累计转动角度小于等于目标转动角度，且累计转动时长小于等于有效工作结束时间时，实时调节太阳能光伏板的角度；和/或
当累计转动角度大于目标转动角度，且累计转动时长大于有效工作结束时间时，结束实时调节太阳能光伏板的角度。
在一个具体的实施例中，角度调节装置用于调节太阳能光伏板的角度，使太阳能光伏板追随太阳的方向转动，配合光伏空调系统的MPPT控制器控制太阳能光伏板保持在最大功率点。角度调节装置优选步进电机，调节精度高。
步进电机是将电脉冲信号，转变为角位移或线位移的开环控制电机，又称为脉冲电机。在非超载的情况下，步进电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响。当步进驱动器接收到一个脉冲信号时，它就可以驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度。步进电机控制系统由脉冲信号的产生、信号分配、功率放大、细分驱动四部分组成。基于美国JEWELL角加速度传感器检测到的测量角度，并通过测量后的结果转化为可用的数字量信号传送至主控芯片输入引脚。步进电机控制系统基本组成包括时钟模块负责计时，电源模块负责给步进电机供电，电机控制负责基于主控芯片控制指令发出具体动作。
基于MPPT算法控制的电机驱动器的具体实施步骤如下：①参数初始化：设定θref＝42°，Tstar＝28800，Tstop＝61200，N＝0，Tadd＝300s，T，θ＝0.056°，θadd＝0°；②电机驱动指令：主控芯片负责发送电机转动指令Step＝0(停止)或Step＝1(转动)，其中，主控芯片内置加法器负责进行计数周期(300s)和累计转动次数(N)统计；③判断累计转动角度：主控芯片内置比较器判断当前θadd是否达到42°，若θadd＞42°且T＞61200时，步进电机停止工作，此时开关继电器断开；④电机步进：若Tadd≤300s时，此时需要执行步进电机执行步进动作，同时，累计转动次数N+1；若Tadd＞300s时，此时说明已经完成5分钟转动7步指令，同时，累计转动次数Tadd清零，程序返回至步骤四；⑤角度阈值：当N＝6时，步进电机实际转动角度θ＝0.056°，同时，累计转动次数N清零，程序返回至步骤四。其中，θref表示目标转动角度，Tstar表示有效工作起始时间，Tstop表示有效工作结束时间，N表示累计转动次数，Tadd表示累计转动时长，θ表示实际转动角度，θadd表示累计转动角度。
优选的，目标转动角度、有效工作起始时间和有效工作结束时间的数值可以由用户自行设置，也可由实验获取。
进一步的，控制方法还包括：
采集太阳能光伏板的输出电压和输出电流；
计算太阳能光伏板的电压变化量、电流变化量以及步长变化值；
对电压变化量、电流变化量的值进行判断，实时调节电导增量法的步长变化值，进而调节光伏发电系统的输出电压，使太阳能光伏板的实际功率工作点处于最大功率点。
在一个具体的实施例中，为保证太阳能光伏板的输出功率最大，通过基于基于电导增量法的MPPT控制技术控制太阳能光伏板的实际功率工作点处于最大功率点。
具体的MPPT软件控制算法包括：
步骤一：信号采集。STM32F103RBT6作为主控制芯片负责控制电机转向追踪太阳最大工作点。通过采样电路负责采集太阳能光伏板的输出电压U和输出电流I，采集结果分别记为Un和In。
步骤二：电压判断。STM32F103RBT6主控制芯片通过内置比较器判断上一控制周期采集到的输出电压值U(n-1)和当前输出电压Un之间的差值，记为ΔU，ΔU值可分为如下两种情况：
(1)当ΔU＝0时，需判断当前输出电压In和上一控制周期采集到的输出电压值I(n-1)之间的差值，记为ΔI，此时需要进行步骤三判断。
(2)当ΔU≠0时，需要判断输出电流差值ΔI与输出电压差值ΔU比值来判定最大工作点，此时和/>的大小分两种情况，分别为：
1)当时，通过增加参考电压Uref，减小占空比，Uref＝Uref+ΔU；
2)当时，通过减小参考电压Uref，增大占空比，Uref＝Uref-ΔU；
步骤三：电流判断。根据STM32F103RBT6主控制芯片采集到的电压差ΔU数据，再次判断上次采样输出电流I(n-1)和当前输出电流In采样值。同理，主控制芯片判断上一控制周期采集到的输出电流值I(n-1)和当前输出电压In之间的差值，记为ΔI，ΔI值可分为如下两种情况：
1)当ΔI＝0时，U(n-1)＝Un，I(n-1)＝In，此时说明太阳能光伏板处于稳态工作点，此时本组数据舍弃，继续进行下组数据采集，同时使用当前数据来更新上一组数据值。
2)当ΔI≠0时，输出电压处于稳态工作点处，ΔI可分为如下两种情况：
①：当ΔI>0时，通过增加参考电压Uref，减小占空比，Uref＝Uref+ΔU；
②：当ΔI<0时，通过减小参考电压Uref，增大占空比，Uref＝Uref-ΔU；
步骤四：占空比更新。STM32F103RBT6主控制芯片同时控制方波发生电路，与该电路串接的脉宽调制脉冲形成电路，产生脉宽调制脉冲去减小连接在太阳能电池太阳能电池阵列输出端的BUCK电路的占空比，并使U(n-1)＝Un，I(n-1)＝In。BUCK电路含有输入电容、MOS管、输出滤波电容。输入电容通过接入开关并接于太阳能电池太阳能光伏板输出端；MOS管的控制端与脉宽调制脉冲形成电路的输出端相连，其余两端分别对地并接了一个上述输入电容和一个反接的二极管；输出滤波电容并接着一个储能用的铅酸蓄电池，该电容同时又经过一个滤波电感接的二极管的负极。
步骤五：参数更新。根据采集到的当前输出电压值Un和当前输出电流值In分别更新上次上一控制周期采集到的输出电压值U(n-1)和上一控制周期采集到的输出电流值I(n-1)。MPPT软件控制算法结束。
最后应说明的是：以上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精神和范围。
Claims (11)
1.一种光伏空调器系统，其特征在于，所述光伏空调器系统包括：
空调器本体；
太阳能光伏板，所述太阳能光伏板用于为所述空调器本体供电；
蓄电池储能装置，所述蓄电池储能装置包括电池组、电池管理系统和温控组件；
其中，所述电池组用于为所述空调器本体供电，所述温控组件用于调节所述电池组的温度，所述电池管理系统用于监测并管理所述电池组和所述温控组件的工作状态。
2.根据权利要求1所述的光伏空调器系统，其特征在于，
所述温控组件包括冷凝管，所述冷凝管缠绕至所述电池组的外侧。
3.根据权利要求1所述的光伏空调器系统，其特征在于，所述光伏空调器系统还包括：
角度调节装置，所述角度调节装置连接至所述太阳能光伏板的底部，所述角度调节装置用于调节所述太阳能光伏板的角度；
逆变器，所述逆变器用于将所述太阳能光伏板输出的第一直流电和/或所述电池组输出的第二直流电转化为供所述空调器本体输入的交流电。
4.一种光伏空调器系统的控制方法，其特征在于，
用于权利要求1-3任一项所述的光伏空调器系统中，所述控制方法包括：
所述电池管理系统对所述电池组的温度进行监测，判断所述电池组的温度是否处于目标温度条件；
在所述电池组的温度未处于所述目标温度条件的情况下，调节所述温控组件以调节所述电池组的温度；
当所述电池组的温度小于第一温度阈值时，所述温控组件为所述电池组升温；和/或
当所述电池组的温度大于第二温度阈值时，所述温控组件为所述电池组降温；
其中，所述目标温度条件为所述电池组的温度大于等于第一温度阈值，且小于等于第二温度阈值。
5.根据权利要求4所述的光伏空调器系统的控制方法，其特征在于，所述控制方法还包括：
在所述电池组的温度处于所述目标温度条件的情况下，获取所述电池组的荷电状态、所述空调器本体的额定工作电压和所述电池组的输出电压；
根据所述荷电状态、所述额定工作电压和所述输出电压，控制所述光伏空调器系统的工作状态；
其中，所述光伏空调器系统的工作状态包括：所述空调器本体的供电方式、所述电池组的充电状态和所述太阳能光伏板的输出状态。
6.根据权利要求5所述的光伏空调器系统的控制方法，其特征在于，
所述根据所述荷电状态、所述额定工作电压和所述输出电压，控制所述光伏空调器系统的工作状态，包括：
当所述荷电状态小于第一荷电阈值时，所述空调器本体由辅助电源供电；和/或
当所述荷电状态大于等于第一荷电阈值，且小于等于第二荷电阈值时，判断所述额定工作电压和所述输出电压的大小关系，根据所述大小关系控制所述空调器本体的供电方式。
7.根据权利要求6所述的光伏空调器系统的控制方法，其特征在于，
在所述荷电状态大于等于第一荷电阈值，且小于等于第二荷电阈值的情况下，所述根据所述大小关系控制所述空调器本体的供电方式，包括：
当所述额定工作电压小于等于所述输出电压时，所述空调器本体由所述电池组和所述太阳能光伏板供电；和/或
当所述额定工作电压大于所述输出电压时，所述空调器本体由所述辅助电源供电，并控制所述电池组的充电状态。
8.根据权利要求7所述的光伏空调器系统的控制方法，其特征在于，
在所述额定工作电压大于所述输出电压的情况下，所述控制所述电池组的充电状态，包括：
根据所述太阳能光伏板的发电量和所述空调器本体所需的供电量，控制所述电池组的充电状态；
当所述太阳能光伏板的发电量大于所述空调器本体所需的供电量时，控制所述太阳能光伏板为所述电池组充电。
9.根据权利要求5所述的光伏空调器系统的控制方法，其特征在于，
所述根据所述荷电状态、所述额定工作电压和所述输出电压，控制所述光伏空调器系统的工作状态，还包括：
当所述荷电状态大于第二荷电阈值时，判断所述空调器本体的运行状态是否为目标运行状态；
根据所述运行状态控制所述太阳能光伏板的输出状态；
当所述空调器本体未处于所述目标运行状态时，对所述太阳能光伏板的输出电流进行限制；和/或
当所述空调器本体处于所述目标运行状态时，对所述太阳能光伏板的输出电流不进行限制；
其中，所述目标运行状态为同时满足：所述空调器本体处于运行状态，所述空调器本体的功率大于等于功率阈值。
10.根据权利要求4所述的光伏空调器系统的控制方法，其特征在于，所述控制方法还包括：
通过所述光伏空调器系统的角度调节装置，实时调节所述太阳能光伏板的角度；
设定初始状态参数；其中，所述初始状态参数包括目标转动角度、有效工作起始时间、有效工作结束时间、累计转动次数、累计转动时长、实际转动角度和累计转动角度；
接收转动指令，判断所述累计转动角度和所述目标转动角度之间、所述累计转动时长和所述有效工作结束时间之间的大小关系；
当所述累计转动角度小于等于所述目标转动角度，且所述累计转动时长小于等于所述有效工作结束时间时，实时调节所述太阳能光伏板的角度；和/或
当所述累计转动角度大于所述目标转动角度，且所述累计转动时长大于所述有效工作结束时间时，结束实时调节所述太阳能光伏板的角度。
11.根据权利要求4所述的光伏空调器系统的控制方法，其特征在于，所述控制方法还包括：
采集所述太阳能光伏板的输出电压和输出电流；
计算所述太阳能光伏板的电压变化量、电流变化量以及步长变化值；
对所述电压变化量、电流变化量的值进行判断，实时调节电导增量法的所述步长变化值，进而调节光伏发电系统的输出电压，使所述太阳能光伏板的实际功率工作点处于最大功率点。
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