MPPT统一控制电路及其控制方法技术

本发明专利技术公开一种MPPT统一控制电路，包含：最大功率点跟踪模块，其固定太阳能电池阵在最大功率点；恒压控制模块，其调节母线电压保持恒定；限流控制模块，其保持蓄电池组充电电流小于等于蓄电池组最大充电电流；逻辑控制模块，其根据不同工况实现各种功能模式的自动切换。本发明专利技术的MPPT统一控制电路包含太阳能电池阵MPPT功能、恒压控制功能和限流控制功能，并实现了不同功能模式的自主切换，实现了能源系统的最优化控制策略，适合于长航时太阳能飞行器能源系统。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种能源系统直流变换电路控制技术，具体涉及一种太阳能无人机能源系统不调节母线MPPT统一控制电路及其控制方法。
技术介绍
太阳能无人机顾名思义主要是依靠获取太阳能为能量的飞行器。太阳能无人机具有巡航时间长，飞行高度高，覆盖区域广等优点，可以执行多种任务，具备常规飞行器不可替代的优点。太阳能在航空器的应用研究，是我国未来航空、航天重点发展的一个新领域，也是各国航空工业研究的一个新热点。太阳能无人机的工作原理是：白天，依靠机体表面铺设的太阳电池将吸收的太阳光辐射能转换为电能，维持动力系统、航空电子设备和有效载荷的运行，同时对机载二次电源充电；夜间，太阳能无人机释放二次电源中储存的电能，维持整个系统的正常运行。如果白天储存的能量能满足夜间飞行的需要，则太阳能无人机理论上可以实现“永久”飞行。目前国外机构已经对这类飞行器能源系统进行了深入研究，而国内目前还处于前期探索阶段。太阳能无人机能源系统是无人机平台的一个重要组成部分，负责并承担飞行器在光照期和地影期各阶段，产生、储蓄、调节、变换、分配、传输和管理电能，并在整个寿命期间内，为飞行器提供不间断、安全、可靠供电的任务。如图1所示，为一种太阳能无人机能源系统，采用不调节母线架构，包含：太阳能电池阵101、电路连接太阳能电池阵101的功率调节电路102、输出端电路连接功率调节电路102的MPPT（MaximumPowerPointTracking，最大功率跟踪）统一控制电路103、电路连接功率调节电路102的锂离子蓄电池组104，和通过开关连接锂离子蓄电池组104的载荷105。其中MPPT统一控制电路103需要实现太阳能电池阵功率调节、最大功率点跟踪、恒压控制和限流控制等功能，才能实现太阳能无人机能源系统效能的最大发挥，以满足无人机昼夜等复杂工况下的能源供给。
技术实现思路
本专利技术提供一种MPPT统一控制电路及其控制方法，保证能源系统在不同工况下的稳定运行和太阳能电池阵功率输出的最大化。为实现上述目的，本专利技术提供一种MPPT统一控制电路，其特点是，该控制电路包含：最大功率点跟踪模块，其采样太阳能电池阵电流和电压，搜索太阳能电池阵的最大功率点，调节太阳能电池阵电流和电压，固定太阳能电池阵在最大功率点；恒压控制模块，其采样母线电压，通过电压参考值调节母线电压保持恒定；限流控制模块，其采样蓄电池组充电电流，通过电流参考量调节蓄电池组充电电流，保持蓄电池组充电电流小于等于蓄电池组最大充电电流；逻辑控制模块，其接收最大功率点跟踪模块输出的太阳能电池阵电流和电压、恒压控制模块输出的母线电压、限流控制模块输出的蓄电池组充电电流的情况，根据太阳能电池阵功率输出情况、载荷功率需求以及蓄电池组状态的工况，判定最大功率点跟踪模块、或恒压控制模块、或限流控制模块启动工作。上述最大功率点跟踪模块包含：太阳能电池阵功率采样电路，其实时采样太阳能电池阵电压和电流；MPPT跟踪电路，其接收太阳能电池阵电压和电流，并搜索太阳能电池阵的最大功率点；太阳能电池阵功率自主调节电路，其根据MPPT跟踪电路搜索得的最大功率点和太阳能电池阵功率采样电路实时采样的太阳能电池阵电压和电流调节太阳能电池阵功率，使太阳能电池阵固定在最大功率点。上述恒压控制模块包含：母线电压采样电路，其实时采样母线电压；母线恒压自主调节电路，其通过预设的电压参考量和母线电压采样电路采样的母线电压调节母线电压，使母线电压保持恒定。上述限流控制模块包含：蓄电池电流采样电路，其实时采样蓄电池组充电电流；蓄电池电流自主调节电路，其通过预设的电流参考量和蓄电池电流采样电路采样的蓄电池组充电电流调节蓄电池组充电电流，使蓄电池组充电电流小于等于蓄电池组最大充电电流。上述逻辑控制模块包含：逻辑电路，其接收最大功率点跟踪模块输出的太阳能电池阵电流和电压、恒压控制模块输出的母线电压、限流控制模块输出的蓄电池组充电电流的情况，判定最大功率点跟踪模块、或恒压控制模块、或限流控制模块启动工作；驱动电路，其电路连接逻辑电路输出端，根据逻辑电路的判定，驱动最大功率点跟踪模块、或恒压控制模块、或限流控制模块工作；功率电路，其电路连接驱动电路输出端，控制最大功率点跟踪模块、或恒压控制模块、或限流控制模块的工作功率。一种上述的MPPT统一控制电路的控制方法，其特点是，该方法包含：逻辑控制模块通过采样太阳能电池阵电流和电压，判定太阳能电池阵未工作于最大功率点时，控制最大功率点跟踪模块启动工作，将太阳能电池阵固定在最大功率点；逻辑控制模块通过采样母线电压，判定母线电压变化时，控制恒压控制模块启动工作，以控制母线电压保持恒定；逻辑控制模块通过采样蓄电池组充电电流，判定蓄电池组充电电流大于预设的充电电流阈值时，控制限流控制模块启动工作，控制蓄电池组充电电流小于等于蓄电池最大组充电电流。上述最大功率点跟踪模块固定太阳能电池阵在最大功率点的方法包含：太阳能电池阵功率采样电路实时采样太阳能电池阵电压Vsa和电流Isa；MPPT跟踪电路控制太阳能电池阵功率自主调节电路对太阳能电池阵电压Vsa和电流Isa进行扰动，直至太阳能电池阵功率变化小于1%，则停止扰动，将太阳能电池阵固定在最大功率点。上述MPPT跟踪电路将太阳能电池阵电压Vsa和电流Isa进行扰动至aVsa和bIsa；其中a、b为系数，0.95≤a≤0.98，0.95≤b≤0.98。上述恒压控制模块调节母线电压保持恒定的方法包含：母线电压采样电路实时采样母线电压；母线恒压自主调节电路通过预设的电压参考量和母线电压采样电路采样的母线电压调节母线电压，使母线电压保持恒定。上述限流控制模块保持蓄电池组充电电流小于等于蓄电池组最大充电电流的方法包含：蓄电池电流采样电路实时采样蓄电池组充电电流；蓄电池电流自主调节电路通过预设的电流参考量和蓄电池电流采样电路采样的蓄电池组充电电流调节蓄电池组充电电流，使蓄电池组充电电流小于等于蓄电池组最大充电电流。本专利技术MPPT统一控制电路及其控制方法和现有技术的太阳能无人机能源系统相比，其优点在于，本专利技术的MPPT统一控制电路包含太阳能电池阵MPPT功能、恒压控制功能和限流控制功能，并实现了不同功能模式的自主切换。当控制电路检测到太阳能电池阵供电且蓄电池未充满时，统一控制电路切换到MPPT模式，通过功率电路调节控制太阳能电池阵工作在最大功率点，保证太阳能电池阵的最大输出功率。统一控制电路检测到蓄电池充满时，自动切换到恒压控制功能模式，太阳能电池阵偏离最大功率点，以保证蓄电池不过充电，并且满足载荷的正常功率需求；此外统一控制电路实时检测蓄电池组充电电流，保证蓄电池组充电电流不大于蓄电池组最大允许充电电流，保证能源系统的稳定运行。该统一控制电路实现了不同工作模式的统一控制，实现了能源系统的最优化控制策略，适合于长航时太阳能飞行器能源系统，具有重要的研究价值和应用前景本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种MPPT统一控制电路，用于太阳能无人机能源系统，其特征在于，该控制电路包含：最大功率点跟踪模块，其采样太阳能电池阵电流和电压，搜索太阳能电池阵的最大功率点，调节太阳能电池阵电流和电压，固定太阳能电池阵在最大功率点；恒压控制模块，其采样母线电压，通过电压参考值调节母线电压保持恒定；限流控制模块，其采样蓄电池组充电电流，通过电流参考量调节蓄电池组充电电流，保持蓄电池组充电电流小于等于蓄电池组最大充电电流；逻辑控制模块，其接收最大功率点跟踪模块输出的太阳能电池阵电流和电压、恒压控制模块输出的母线电压、限流控制模块输出的蓄电池组充电电流的情况，根据太阳能电池阵功率输出情况、载荷功率需求以及蓄电池组状态的工况，判定最大功率点跟踪模块、或恒压控制模块、或限流控制模块启动工作。

【技术特征摘要】
1.一种MPPT统一控制电路，用于太阳能无人机能源系统，其特征在于，该控制电路包含：
最大功率点跟踪模块，其采样太阳能电池阵电流和电压，搜索太阳能电池阵的最大功率点，调节太阳能电池阵电流和电压，固定太阳能电池阵在最大功率点；
恒压控制模块，其采样母线电压，通过电压参考值调节母线电压保持恒定；
限流控制模块，其采样蓄电池组充电电流，通过电流参考量调节蓄电池组充电电流，保持蓄电池组充电电流小于等于蓄电池组最大充电电流；
逻辑控制模块，其接收最大功率点跟踪模块输出的太阳能电池阵电流和电压、恒压控制模块输出的母线电压、限流控制模块输出的蓄电池组充电电流的情况，根据太阳能电池阵功率输出情况、载荷功率需求以及蓄电池组状态的工况，判定最大功率点跟踪模块、或恒压控制模块、或限流控制模块启动工作。
2.如权利要求1所述的MPPT统一控制电路，其特征在于，所述最大功率点跟踪模块包含：
太阳能电池阵功率采样电路，其实时采样太阳能电池阵电压和电流；
MPPT跟踪电路，其接收太阳能电池阵电压和电流，并搜索太阳能电池阵的最大功率点；
太阳能电池阵功率自主调节电路，其根据MPPT跟踪电路搜索得的最大功率点和太阳能电池阵功率采样电路实时采样的太阳能电池阵电压和电流调节太阳能电池阵功率，使太阳能电池阵固定在最大功率点。
3.如权利要求1所述的MPPT统一控制电路，其特征在于，所述恒压控制模块包含：
母线电压采样电路，其实时采样母线电压；
母线恒压自主调节电路，其通过预设的电压参考量和母线电压采样电路采样的母线电压调节母线电压，使母线电压保持恒定。
4.如权利要求1所述的MPPT统一控制电路，其特征在于，所述限流控制模块包含：
蓄电池电流采样电路，其实时采样蓄电池组充电电流；
蓄电池电流自主调节电路，其通过预设的电流参考量和蓄电池电流采样电路采样的蓄电池组充电电流调节蓄电池组充电电流，使蓄电池组充电电流小于等于蓄电池组最大充电电流。
5.如权利要求1所述的MPPT统一控制电路，其特征在于，所述逻辑控制模块包含：
逻辑电路，其接收最大功率点跟踪模块输出的太阳能电池阵电流和电压、恒压控制模块输出的母线电压、限流控制模块输出的蓄电池组充电电流的情况，判定最大功率点跟踪模块、或恒压控制模块、或限流...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘涛，王霄，何小斌，刘东，董宇，
申请(专利权)人：上海空间电源研究所，
类型：发明
国别省市：上海;31