与车辆电气系统集成的太阳能电池板功率点跟踪器技术方案

通过在具有电启动的内燃发动机的机动车辆的电气系统内共享单个电压转换器(VC)来集成电压质量模块(VQM)功能和太阳能发电功能。减少了为车辆增加太阳能发电能力的成本、系统的封装复杂性、以及增加的部件数量。VC可以是在升压模式或降压模式下的DC‑DC转换器。开关电路将VC选择性地连接在主电池和辅助总线之间、或者太阳能电池板和辅助电池之间。VC控制器在发动机转动起动模式中使用主电池调节VC输出以稳定辅助总线电压，并且除发动机转动起动模式之外调节VC输出以使用太阳能电池板输出匹配辅助电池电压。

Solar panel power point tracker integrated with vehicle electrical system

Voltage quality module (VQM) function and solar power generation function are integrated by sharing a single voltage converter (VC) in the electrical system of the motor vehicle with an electrically activated internal combustion engine. It reduces the cost of increasing solar power generation capacity for vehicles, the complexity of system packaging, and the number of additional components. VC can be a DC DC converter in boost mode or buck mode. The switching circuit selectively connects the VC between the main battery and the auxiliary bus, or between the solar panel and the auxiliary battery. The VC controller uses the main battery to adjust the VC output in the engine rotation start mode to stabilize the auxiliary bus voltage, and adjusts the VC output in addition to the engine rotation start mode to match the auxiliary battery voltage with the solar panel output.

【技术实现步骤摘要】
与车辆电气系统集成的太阳能电池板功率点跟踪器
本专利技术大体涉及配备有发电用太阳能电池板的机动车辆的电气系统，并且更具体地，涉及这种系统使用的可变电压转换器。
技术介绍
使用太阳能电池板(例如光伏阵列)来发电，由于能够降低价格并且提高立刻可用的效率水平，已经在机动车工业中受到越来越多的关注。太阳能电池板可以附接到车顶，或者可以用来替代例如月亮天窗或太阳天窗。电池板产生的电能可以用来对车载电池(例如辅助电池、电动车辆的高压电池、或汽油动力车辆的12V主电池)充电。使用充电控制器(例如最大功率点跟踪(MaximumPowerPointTracking)或MPPT控制器)来确保从太阳能电池板向负载(例如正在充电的电池)转移最大量的电力。更具体地，已知为了向负载提供最大功率，电源(包括太阳能电池板)应具有与负载阻抗相同的内部阻抗。MPPT模块通常包括设置在光伏(PV)阵列和电池负载之间的DC(直流)到DC电压转换器(VC)。通过将PV输出电压转换为电池电压，VC为PV阵列提供理想的负载，使得PV阵列能够在最佳电压和最大传输功率下工作。通常，MPPT充电控制器中的DC-DC稳压器(转换器)可以是升压、降压、降压-升压、SEPIC(单端初级电感转换器)、或任何其它类型的转换器。可以根据太阳能电池板的输出电压和负载的输入电压来选择合适的拓扑结构。已经用于MPPT的两种最流行的转换器是升压转换器和降压转换器。如果不使用电压转换器，则产生的电力可能会丢失高达一半(取决于PV和电池电压的相对大小)。然而，MPPT模块导致太阳能充电系统的总体成本显著增加。
技术实现思路
在本专利技术的一个方面中，提供了一种具有电启动的内燃发动机的车辆用的装置。DC辅助总线配置为连接到多个电气配件。主DC总线适于连接到主DC电池和发动机的电起动机。电压质量单元包括电压转换器，该电压转换器配置为在电起动机的启动操作期间将主DC总线上的电压转换为DC辅助总线上的稳定电压。电压质量单元包括旁路开关，该旁路开关用于在电起动机未处于启动操作时将主DC总线连接到DC辅助总线。太阳能电池板在电池板输出端产生输出电压。该旁路开关在电起动机未处于启动操作时还将电压转换器连接在电池板输出端和辅助负载之间。电压转换器将太阳能电池板输出电压转换为最佳电压，以优化对辅助负载的电力传输。根据本专利技术，提供一种用于具有电启动的内燃发动机的车辆的装置，包括：配置为连接到多个电气配件DC的辅助总线；适于连接到主DC电池和用于发动机的电起动机的主DC总线；电压质量单元，电压质量单元包括电压转换器，电压转换器配置为在电起动机的启动操作期间将主DC总线上的电压转换为DC辅助总线上的稳定电压，其中电压质量单元包括旁路开关，旁路开关用于在电起动机未处于启动操作时将主DC总线连接到DC辅助总线；和太阳能电池板，该太阳能电池板在电池板输出端产生输出电压；其中旁路开关在电起动机未处于启动操作时还将电压转换器连接在电池板输出端与辅助负载之间，并且其中电压转换器将太阳能电池板输出电压转换为优化向辅助负载传输电力的最佳电压。根据本专利技术的一个实施例，稳定电压是主DC电池的预定标称电压。根据本专利技术的一个实施例，电压转换器是升压转换器。根据本专利技术的一个实施例，辅助负载包括由太阳能电池板充电的辅助电池，并且其中最佳电压是辅助电池的预定标称电压。根据本专利技术的一个实施例，辅助负载包括至少一个DC负载。根据本专利技术的一个实施例，DC负载包括向AC(交流)负载提供AC电力的DC-AC逆变器。根据本专利技术的一个实施例，装置还包括控制器，控制器配置为：a)检测启动操作、b)通过至少一个磁继电器来设定旁路开关、以及c)控制电压转换器的占空比以分别调节稳定电压和最佳电压。根据本专利技术的一个实施例，装置还包括反向流动开关，反向流动开关将太阳能电池板、电压转换器、和辅助负载相互连接，以根据需要选择电压转换器的升压模式或降压模式来产生最佳电压。根据本专利技术，提供一种机动车电气系统，包括：DC-DC转换器；开关电路，开关电路在发动机转动起动模式期间选择性地将转换器连接在主电池和辅助总线之间、或者除发动机转动起动模式期间以外将转换器连接在太阳能电池板和辅助电池之间；和控制器，控制器在转动起动模式期间使用主电池调节转换器的输出来稳定辅助总线电压、并且除发动机转动起动模式期间以外使用太阳能电池板来匹配辅助电池的电压。根据本专利技术的一个实施例，辅助总线电压被稳定在主电池的预定标称电压。根据本专利技术的一个实施例，转换器是升压转换器。根据本专利技术的一个实施例，控制器配置为：a)检测发动机转动起动模式、b)通过至少一个磁继电器来设定开关电路、以及c)控制转换器的占空比以分别调节辅助总线电压和匹配电压。根据本专利技术的一个实施例，系统还包括反向流动开关，反向流动开关将太阳能电池板、转换器、和辅助电池相互连接，以根据需要选择电压转换器的升压模式或降压模式来产生匹配电压。根据本专利技术，提供一种用于内燃车中的电压转换器(VC)的控制方法，包括：将来自太阳能电池板的太阳能转换成用于对辅助电池充电的最佳电压；检测车辆中起动机的转动起动；在转动起动期间，将VC与太阳能电池板断开连接，并将主电池电力转换成为电气配件供电的预定的总线电压；和在转动起动后，将VC重新连接到太阳能电池板和辅助电池。根据本专利技术的一个实施例，在转动起动期间连接VC以提供在第一方向上通过VC的电力流动，并且其中太阳能转换期间连接VC以提供在相反方向上通过VC的电力流动。根据本专利技术的一个实施例，VC的输入端在转动起动期间切换到主电池，除转动起动模式期间之外切换到太阳能电池板。附图说明图1是示出具有电压质量模块的典型车辆电气系统的框图；图2是示出在发动机转动起动事件期间的主电池电压和辅助总线电压的电压曲线图；图3是传统DC-DC转换器的一个实施例的示意图；图4是示出具有太阳能发电系统的车辆的一个实施例的框图；图5是示出从太阳能电池板到负载的电力传输最大化所需要的电压转换的曲线图；图6是具有功率点跟踪的传统太阳能发电系统的一个实施例的框图；图7是示出本专利技术的第一实施例的框图，其中电压稳定/质量系统和太阳能发电系统之间共享电压转换器；图8是示出本专利技术的第二实施例的框图，其中电压转换器配置为作为升压转换器或降压转换器工作；图9是示出可用于图8的实施例中的电压转换器的一个优选实施例的示意图。具体实施方式本专利技术将电压稳定系统(例如电压质量模块(voltagequalitymodule)或VQM)与太阳能发电系统组合以更好地利用具有电启动的内燃发动机(ICE)的车辆中的硬件部件。传统VQM中的电压转换器仅用于短时间段(例如在发动机转动起动期间)，并且在其它时间是空闲的。包含于太阳能电池板最大功率点跟踪器(maximumpowerpointtracker，MPPT)中的电压转换器即使在车辆被停放且无人看管的情况下也能长时间有效。尽管VQM和MPPT的DC-DC电压转换器的输入和输出电压电平和动态控制需求是不同的，但本专利技术成功地配置单个转换器来满足两个系统。本专利技术降低了配备太阳能电池板的车辆所需的部件数量、提高了效率、降低了两个系统的总重量、并降低了总体成本和包装复杂性。可以至少以两种不同方式获得与两个子系统的要求相兼容的电本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于具有电启动的内燃发动机的车辆的装置，包括：配置为连接到多个电气配件的DC辅助总线；适于连接到主DC电池和用于所述发动机的电起动机的主DC总线；电压质量单元，所述电压质量单元包括电压转换器，所述电压转换器配置为在所述电起动机的启动操作期间将所述主DC总线上的电压转换为所述DC辅助总线上的稳定电压，其中所述电压质量单元包括旁路开关，所述旁路开关用于在所述电起动机未处于所述启动操作时将所述主DC总线连接到所述DC辅助总线；和太阳能电池板，所述太阳能电池板在电池板输出端产生输出电压；其中所述旁路开关在所述电起动机未处于所述启动操作时还将所述电压转换器连接在所述电池板输出端与辅助负载之间，并且其中所述电压转换器将所述太阳能电池板输出电压转换为优化向所述辅助负载传输电力的最佳电压。

【技术特征摘要】
2017.04.13 US 15/486,6401.一种用于具有电启动的内燃发动机的车辆的装置，包括：配置为连接到多个电气配件的DC辅助总线；适于连接到主DC电池和用于所述发动机的电起动机的主DC总线；电压质量单元，所述电压质量单元包括电压转换器，所述电压转换器配置为在所述电起动机的启动操作期间将所述主DC总线上的电压转换为所述DC辅助总线上的稳定电压，其中所述电压质量单元包括旁路开关，所述旁路开关用于在所述电起动机未处于所述启动操作时将所述主DC总线连接到所述DC辅助总线；和太阳能电池板，所述太阳能电池板在电池板输出端产生输出电压；其中所述旁路开关在所述电起动机未处于所述启动操作时还将所述电压转换器连接在所述电池板输出端与辅助负载之间，并且其中所述电压转换器将所述太阳能电池板输出电压转换为优化向所述辅助负载传输电力的最佳电压。2.根据权利要求1所述的装置，其中所述稳定电压是所述主DC电池的预定标称电压。3.根据权利要求1所述的装置，其中所述电压转换器是升压转换器。4.根据权利要求1所述的装置，其中所述辅助负载包括由所述太阳能电池板充电的辅助电池，并且其中所述最佳电压是所述辅助电池的预定标称电压。5.根据权利要求1所述的装置，其中所述辅助负载包括至少一个DC负载。6.根据权利要求1所述的装置，还包括控制器，所述控制器配置为：a)检测所述启动操作、b)通过至少一个磁继电器来设定所述旁路开关、以及c)控制所述电压转换器的占空比以分别调节所述稳定电压和所述最佳电压。7.根据权利要求1所述的装置，还包括反向流动开关，所述反向流动开关将所述太阳能电池板、所述电压转换器、和所述辅助负载相互连接，以根据需要选择所述电压转换器的升压模式或降压模式来产生所述最佳电压。8.一种机动车电气系统，包括：D...

【专利技术属性】
技术研发人员：哈迪·马利克，丹尼尔·路易斯·波士顿，雅各布·马修斯，詹姆斯·A·莱思罗普，
申请(专利权)人：福特全球技术公司，
类型：发明
国别省市：美国,US