一种光伏增程式车载复合电源控制系统及方法技术方案

本发明专利技术提供一种光伏增程式车载复合电源控制系统及方法，系统包括有主控制单元、复合电源系统、太阳能板、状态监测单元、复合电源拓扑结构、能量分配单元以及驱动系统；太阳能板用于向复合电源系统和驱动系统提供能量，并可通过复合电源拓扑结构实现多种能量分离供给模式；复合电源系统用于向驱动系统提供电源；状态监测单元监测太阳能板和复合电源系统的状态信息，并传输至主控制单元；主控制单元通过接收状态信息，并通过控制复合电源拓扑结构和能量分配单元以向驱动系统进行能量分配；本发明专利技术提供方案，能够通过超级电容器充分利用太阳能，兼顾复合电源的性能，具有结构简单易实现、成本低的优点。

A Control System and Method of Vehicle-borne Compound Power Supply for Photovoltaic Programming

The invention provides a control system and method of a photovoltaic multiplier vehicle-mounted composite power supply, which comprises a main control unit, a composite power supply system, a solar panel, a condition monitoring unit, a composite power supply topology structure, an energy distribution unit and a driving system. The solar panel is used to provide energy to the composite power supply system and the driving system, and can realize multiple functions through the composite power supply topology structure. The main control unit receives the state information and distributes the energy to the driving system by controlling the topological structure and energy distribution unit of the composite power supply. The project can make full use of solar energy through supercapacitors and take into account the performance of composite power supply. It has the advantages of simple structure, easy realization and low cost.

【技术实现步骤摘要】
一种光伏增程式车载复合电源控制系统及方法
本专利技术属于车载复合电源控制系统
，具体涉及一种光伏增程式车载复合电源控制系统及方法。
技术介绍
现有汽车中，为满足汽车在启动、加速和爬坡过程中对动力电池组兼顾功率和能量的双重需求，同时最大限度回收再生制动能量，超级电容器与蓄电池相结合所构成的复合电源系统获得广泛应用；目前，太阳能微网发电已经获得广泛应用；采用太阳能功能的电动汽车充电站也已经获得应用。光伏太阳能能够连续发电，持续供能；现有的光伏能量已经达到300W/m2，对于多数低速车辆来说，车顶1.5m2的面积能够提供越450W的电能供给；目前，超级电容器的使用功率约为300W左右，超级电容器能够迅速补充电量，并且能够迅速释放电能，同时超级电容器的自放电特性也能够满足日常的行驶需求，其快充快放的特性能够与太阳能板很好的结合。但是现有复合电源应多采用双向DC-DC变换器或多个单向DC-DC，实现不同电位的电池和超级电容器的拓扑结构；该种结构在高电压工况下虽然能够保证良好的性能，但是对于低速电动汽车，功率损失较小同时不需要精确的控制，为单向DC-DC的应用提供了可能，双向DC-DC价格昂贵，是复合电源增加的重要成本之一；并且现有的车载复合电源控制系统结构复杂、稳定性差。基于上述车载电源中存在的技术问题，尚未有相关的解决方案；因此迫切需要寻求有效方案以解决上述问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对上述技术中存在的不足之处，提出一种光伏增程式车载复合电源控制系统及方法，旨在解决现有车载复合电源成本高的问题。本专利技术提供一种光伏增程式车载复合电源控制系统，包括有主控制单元、复合电源系统、太阳能板、状态监测单元、复合电源拓扑结构、能量分配单元以及驱动系统；太阳能板分别与状态监测单元和复合电源拓扑结构连接；复合电源拓扑结构分别与复合电源系统和能量分配单元连接；复合电源系统还与状态监测单元连接；能量分配单元还与驱动系统连接；主控制单元分别与状态监测单元、复合电源拓扑结构以及能量分配单元连接；太阳能板用于向复合电源系统和驱动系统提供能量，并可通过复合电源拓扑结构实现多种能量供给模式；复合电源系统用于向驱动系统提供电源；状态监测单元监测太阳能板和复合电源系统的状态信息，并传输至主控制单元；主控制单元通过接收状态信息，并通过控制复合电源拓扑结构和能量分配单元以向驱动系统进行能量分配。进一步地，复合电源系统包括有锂离子动力电池和超级电容器；太阳能板用于向超级电容器提供电能存储或向驱动系统的电机提供电能；锂离子动力电池用于向驱动系统的电机提供电能；超级电容器通过DC-DC模块向驱动系统的电机提供电能。进一步地，状态监测单元通过监测太阳能板和复合电源系统的电压信号和/或电流信号，并传输至主控制单元。进一步地，当监测所述太阳能板和复合电源系统的信息为电压信号时，电压信号通过稳压电路模块和滤波处理模块并经过单片机I/O口传输给单片机控制单元，并在显示单元上显示；当监测太阳能板和复合电源系统的信息为电流信号时，电流信号通过信号转换模块直接传输给单片机控制单元，并在显示单元上显示。进一步地，复合电源拓扑结构包括有多条支路、多个继电器以及升压模块；主控制单元通过控制复合电源拓扑结构中的继电器，从而控制复合电源系统实现锂离子动力电池单独供电、锂离子动力电池和超级电容器共同供电、超级电容器单独供电、太阳能板为超级电容器充电以及太阳能板直接为电机供电五种能量供给模式。进一步地，超级电容器包括第一超级电容器和第二超级电容器；驱动系统包括电机；太阳能板通过第一支路和第四支路与超级电容器正极连接；第一支路通过第二支路和电机正极连接；第二支路上设有第三继电器；第一支路通过第三支路与第二超级电容器正极连通，并且第三支路上设有第二继电器；第一支路通过第四支路与第一超级电容器正极连通；第一支路上还设有第四继电器，第四继电器位于第二支路和超级电容器之间；第二超级电容器的负极通过第一继电器与第一超级电容器的正极连通，或直接与太阳能板的负极连通；第一超级电容器的负极与太阳能板的负极连通；太阳能板的负极通过第五支路与升压模块的输入负极连接；太阳能板的正极通过第一支路、第四继电器、第三支路、第二继电器和第九支路与所述升压模块输入正极连接；升压模块的输出负极与电机的负极连接；升压模块的输出正极通过第七支路与电机的正极连接，第七支路上设有第七继电器；太阳能板的负极还通过第八支路与电机的负极连接；锂离子动力电池通过第六支路与第一支路连通，第六支路上设有第六继电器；升压模块的输入正极还通过第九支路和第二继电器与第二电容器的正极连接。进一步地，主控制单元通过复合电源拓扑结构控制复合电源系统向电机实现多种能量分配模式：当太阳能板发电功率为230W-270W时并且超级电容器电量<95％时：第三继电器闭合至第二支路，太阳能板给电机供电；同时，第一继电器闭合至太阳能板的负极电路端、第二继电器闭合至第三支路，以使第一超级电容器和第二超级电容器并联，第四继电器闭合至第一支路，给超级电容器充电；当太阳能板发电功率为230W-270W时且超级电容器电量>95％时：第三继电器闭合至第二支路，太阳能板直接给电机供电；当太阳能板发电功率为140W-230W时且超级电容器电量<95％时：第一继电器闭合至太阳能板的负极电路端、第二继电器闭合至第三支路，以使第一超级电容器和第二超级电容器并联，第四继电器闭合至第一支路以给并联的第一超级电容器和第二超级电容器充电；当超级电容器电量>75％时，第一继电器闭合至第一超级电容器正极电路端、第二继电器闭合至第九支路、第五继电器闭合至第九支路，使用第一超级电容器和第二超级电容器串联给升压模块供电，第七继电器闭合至第七支路给电机供电；当超级电容器电量>75％时，且车辆需求功率>250W时，第一继电器闭合至第一超级电容器正极电路端、第二继电器闭合至第九支路、第五继电器闭合至第九支路，使用第一超级电容器和第二超级电容器串联给升压模块供电，第七继电器闭合至第七支路给电机供电，第六继电器闭合至第二支路使用锂离子动力电池给电机供电；当超级电容器电量<50％时，使用所述锂离子动力电池单独给电机供电，此时第六继电器闭合至所述第二支路，其他的继电器处于断开状态。进一步地，能量分配单元为功率分配单元；功率分配单元包括有PWM模块和MOSFET模块；主控制单元接收状态信息，并结合当前功率需求信息，通过PWM模块调整MOSFET模块输出的频率和占空比，从而控制锂离子动力电池和超级电容器输出到直流母线的能量，实现功率分配功能。进一步地，超级电容器通过单向升压型DC-DC与电机的母线连接，以向驱动系统的电机提供电能；锂离子动力电池用于向电机提供基础功率，超级电容器用于向电机提供峰值功率。本专利技术还提供一种光伏增程式车载复合电源控制方法，包括上述权所述的光伏增程式车载复合电源控制系统；还包括以下步骤：S1：系统上电后，首先监测太阳能板的输出功率、超级电容器当前电量以及驱动系统需求功率；S2：当太阳能板发电功率为230W-270W时，再判断超级电容器电量是否>95％；若&gt本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光伏增程式车载复合电源控制系统，其特征在于，包括有主控制单元、复合电源系统、太阳能板、状态监测单元、复合电源拓扑结构、能量分配单元以及驱动系统；所述太阳能板分别和所述状态监测单元与所述复合电源拓扑结构连接；所述复合电源拓扑结构分别与所述复合电源系统和所述能量分配单元连接；所述复合电源系统还与所述状态监测单元连接；所述能量分配单元还与所述驱动系统连接；所述主控制单元分别与所述状态监测单元、复合电源拓扑结构以及能量分配单元连接；所述太阳能板用于向所述复合电源系统和驱动系统提供能量，并可通过所述复合电源拓扑结构实现多种能量供给模式；所述复合电源系统用于向所述驱动系统提供电源；所述状态监测单元通过监测所述太阳能板和所述复合电源系统的状态信息，并传输至所述主控制单元；所述主控制单元通过接收所述状态信息，并通过控制所述复合电源拓扑结构和所述能量分配单元以向所述驱动系统进行能量分配。

【技术特征摘要】
1.一种光伏增程式车载复合电源控制系统，其特征在于，包括有主控制单元、复合电源系统、太阳能板、状态监测单元、复合电源拓扑结构、能量分配单元以及驱动系统；所述太阳能板分别和所述状态监测单元与所述复合电源拓扑结构连接；所述复合电源拓扑结构分别与所述复合电源系统和所述能量分配单元连接；所述复合电源系统还与所述状态监测单元连接；所述能量分配单元还与所述驱动系统连接；所述主控制单元分别与所述状态监测单元、复合电源拓扑结构以及能量分配单元连接；所述太阳能板用于向所述复合电源系统和驱动系统提供能量，并可通过所述复合电源拓扑结构实现多种能量供给模式；所述复合电源系统用于向所述驱动系统提供电源；所述状态监测单元通过监测所述太阳能板和所述复合电源系统的状态信息，并传输至所述主控制单元；所述主控制单元通过接收所述状态信息，并通过控制所述复合电源拓扑结构和所述能量分配单元以向所述驱动系统进行能量分配。2.根据权利要求1所述的光伏增程式车载复合电源控制系统，其特征在于，所述复合电源系统包括有锂离子动力电池和超级电容器；所述太阳能板用于向所述超级电容器提供电能存储或向所述驱动系统的电机提供电能；所述锂离子动力电池用于向所述驱动系统的电机提供电能；所述超级电容器通过DC-DC模块向所述驱动系统的电机提供电能。3.根据权利要求1所述的光伏增程式车载复合电源控制系统，其特征在于，所述状态监测单元通过监测所述太阳能板和所述复合电源系统的电压信号和/或电流信号，并传输至所述主控制单元。4.根据权利要求3所述的光伏增程式车载复合电源控制系统，其特征在于，当监测所述太阳能板和所述复合电源系统的信息为电压信号时，所述电压信号通过稳压电路模块和滤波处理模块并经过单片机I/O口传输给单片机控制单元，并在显示单元上显示；当监测所述太阳能板和所述复合电源系统的信息为电流信号时，所述电流信号通过信号转换模块直接传输给单片机控制单元，并在显示单元上显示。5.根据权利要求2所述的光伏增程式车载复合电源控制系统，其特征在于，所述复合电源拓扑结构包括有多条支路、多个继电器以及升压模块；所述主控制单元通过控制所述复合电源拓扑结构中的继电器，从而控制复合电源系统实现锂离子动力电池单独供电、锂离子动力电池和超级电容器共同供电、超级电容器单独供电、太阳能板为超级电容器充电以及太阳能板直接为电机供电五种能量供给模式。6.根据权利要求5所述的光伏增程式车载复合电源控制系统，其特征在于，所述超级电容器包括第一超级电容器和第二超级电容器；所述驱动系统包括电机；所述太阳能板通过第一支路和第四支路与所述超级电容器正极连接；所述第一支路通过第二支路和所述电机正极连接；所述第二支路上设有第三继电器；所述第一支路通过第三支路与所述第二超级电容器正极连通，并且所述第三支路上设有第二继电器；所述第一支路通过第四支路与所述第一超级电容器正极连通；所述第一支路上还设有第四继电器，所述第四继电器位于所述第二支路和所述超级电容器之间；所述第二超级电容器的负极通过第一继电器与所述第一超级电容器的正极连通，或直接与所述太阳能板的负极连通；所述第一超级电容器的负极与所述太阳能板的负极连通；所述太阳能板的负极通过第五支路与所述升压模块输入负极连接；所述太阳能板的正极通过所述第一支路、所述第四继电器、第三支路、第二继电器和第九支路与所述升压模块输入正极连接；所述升压模块的输出负极与所述电机的负极连接；所述升压模块的输出正极通过第七支路与所述电机的正极连接，所述第七支路上设有第七继电器；所述太阳能板的负极还通过第八支路与所述电机的负极连接；所述锂离子动力电池通过第六支路与所述第一支路连通，所述第六支路上设有第六继电器；所述升压模块的输入正极还通过第九支路和所述第二继电器与所述第二电容器的正极连接。7.根据权利要求6所述的光伏...

【专利技术属性】
技术研发人员：马彬，陈勇，林幕义，王新果，高红博，张浩，方啸，
申请(专利权)人：北京信息科技大学，
类型：发明
国别省市：北京,11