本發(fā)明涉及太陽能供電技術領域，特別是涉及一種MPPT控制方法及其裝置。

背景技術：

太陽能應用系統(tǒng)中，一般由控制裝置、太陽能電池板、蓄電池及負載組成。太陽能電池板是整個系統(tǒng)的核心部分，成本最高，系統(tǒng)工作時太陽能電池板會將轉換得到的電能充入蓄電池內(nèi)，故為避免能量的浪費，需要提高太陽能電池板充入蓄電池的功率。

MPPT(Maximum Power Point Tracking，最大功率點跟蹤)算法是一種先進的充電方式，可以實時監(jiān)測太陽能電池板工作電壓，并追蹤在蓄電池充電功率最高時對應的太陽能電池板工作電壓(最大功率點電壓)，使系統(tǒng)以最大功率輸出。采用MPPT控制裝置來控制太陽能電池板的輸出功率，效率高，成本低。

目前比較成熟的MPPT算法主要有恒壓跟蹤法、擾動觀察法及電導增量法等，由于太陽能電池板的最大功率點電壓與太陽能電池板的開路電壓之間存在近似的線性關系，這些技術一般都是以開路電壓作為參考值進行調(diào)節(jié)，以達到對最大功率點跟蹤的目的。但是這些技術僅考慮太陽能電池板側的電壓情況，當最大功率點電壓與開路電壓之間存在較大差值時，例如光照強度或者溫度快速變化時或當太陽能電池板局部被覆蓋或者被陰影遮擋時，上述算法可能無法準確的找到實際的最大功率點。

因此，如何提供一種誤差小的MPPT控制方法及其裝置是本領域技術人員目前需要解決的問題。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種MPPT控制方法及其裝置，能夠直接依據(jù)蓄電池的實時功率找到太陽能電池板的最大功率點電壓，準確性高且效率高。

為解決上述技術問題，本發(fā)明提供了一種MPPT控制方法，用于太陽能應用系統(tǒng)，所述太陽能應用系統(tǒng)包括太陽能電池板、MPPT控制裝置、負載以及蓄電池，所述方法包括：

按照預設電壓間隔調(diào)整所述太陽能電池板的工作電壓大??；

實時采集所述太陽能電池板的工作電壓、所述蓄電池的電流以及電壓；

依據(jù)所述蓄電池的電流以及電壓得到所述蓄電池的實時功率；

比較不同的工作電壓下所述蓄電池的實時功率的大小，將所述蓄電池的實時功率為最大值時對應的所述太陽能電池板的工作電壓作為最大功率點電壓；

控制所述太陽能電池板的工作電壓為所述最大功率點電壓。

優(yōu)選地，所述按照預設電壓間隔調(diào)整所述太陽能電池板的工作電壓大小的過程具體為：

當所述太陽能應用系統(tǒng)滿足第一預設條件時，獲取所述太陽能電池板的開路電壓；

控制所述太陽能電池板的工作電壓等于預設倍數(shù)的開路電壓，并在第一預設電壓范圍內(nèi)按照第一預設電壓間隔逐次調(diào)整所述太陽能電池板的工作電壓。

優(yōu)選地，所述第一預設條件具體為：

所述太陽能應用系統(tǒng)為初始充電時；

或所述太陽能應用系統(tǒng)距離上次獲取所述太陽能電池板的開路電壓的時間間隔達到第一預設時間間隔；

或所述蓄電池的電流小于預設電流閾值，且所述太陽能應用系統(tǒng)距離上次獲取所述太陽能電池板的開路電壓的時間間隔達到第二預設時間間隔。

優(yōu)選地，所述按照預設電壓間隔調(diào)整所述太陽能電池板的工作電壓大小的過程還包括：

當所述太陽能應用系統(tǒng)不滿足所述第一預設條件但滿足第二預設條件時，自當前所述最大功率點電壓起，在第二預設電壓范圍內(nèi)按照第二預設電壓間隔逐次調(diào)整所述太陽能電池板的工作電壓。

優(yōu)選地，所述第二預設條件為：

所述太陽能應用系統(tǒng)不滿足所述第一預設條件且距離上次確定所述最大功率點電壓的時間間隔達到第三預設時間間隔；

或所述太陽能電池板的輸出功率變化值超出預設百分比。

為解決上述技術問題，本發(fā)明還提供了一種MPPT控制裝置，用于太陽能應用系統(tǒng)，所述太陽能應用系統(tǒng)還包括太陽能電池板、負載以及蓄電池，包括：

兩端并接在所述太陽能電池板的正負極之間、用于供控制器實時獲取所述太陽能電池板的工作電壓的太陽能蓄電池電壓采集模塊；

兩端并接在所述蓄電池的正負極之間的、用于供所述控制器實時獲取所述蓄電池的電壓的蓄電池電壓采集模塊；

兩端串接于所述太陽能電池板正極與所述蓄電池正極之間的、用于供控制器實時獲取所述蓄電池的電流的蓄電池端充電電流檢測模塊；

用于進行所述太陽能電池板與所述蓄電池之間的電壓電流轉換的DC-DC轉換模塊；

分別與所述太陽能蓄電池電壓采集模塊、所述蓄電池電壓采集模塊、所述蓄電池端充電電流檢測模塊以及所述太陽能電池板的電壓控制端連接的所述控制器；所述控制器用于按照預設電壓間隔調(diào)整所述太陽能電池板的工作電壓大小，實時獲取所述太陽能電池板的工作電壓、所述蓄電池的電流以及電壓；依據(jù)所述蓄電池的電流以及電壓得到所述蓄電池的實時功率；比較不同的工作電壓下所述蓄電池的實時功率的大小，將所述蓄電池的實時功率為最大值時對應的所述太陽能電池板的工作電壓作為最大功率點電壓；控制所述太陽能電池板的工作電壓為所述最大功率點電壓。

優(yōu)選地，所述太陽能蓄電池電壓采集模塊、所述蓄電池電壓采集模塊以及所述蓄電池端充電電流檢測模塊均為電阻元件。

優(yōu)選地，所述DC-DC轉換模塊具體包括：

相互串聯(lián)的第一開關與電感元件，串聯(lián)后的電路連接于所述太陽能電池板正極和所述蓄電池端充電電流檢測模塊之間，所述第一開關的第一端連接所述太陽能電池板正極，所述第一開關的第二端連接所述電感元件的第一端；所述電感元件的第二端連接所述蓄電池端充電電流檢測模塊；

兩端并接于所述蓄電池的正負極之間的第二開關；

分別與所述第一開關與所述第二開關的控制端相連的、用于進行所述太陽能電池板與所述蓄電池之間的電壓電流轉換的DC-DC轉換電路。

優(yōu)選地，還包括：

串接于所述太陽能電池板與所述蓄電池端充電電流檢測模塊之間的充電控制開關，所述充電控制開關的控制端與所述控制器相連。

優(yōu)選地，還包括：

控制端與所述控制器相連的負載控制開關，所述負載與所述負載控制開關串聯(lián)，串聯(lián)后的電路并接于所述太陽能電池板的正負極之間。

本發(fā)明提供了一種MPPT控制方法及其裝置，不僅采集了太陽能電池板的工作電壓，也采集了蓄電池的電流及電壓，能夠直接根據(jù)蓄電池的電流電壓獲得蓄電池的實時功率，從而可以直觀地比較得到在蓄電池的實時功率最大的時刻太陽能電池板的工作電壓的大小，此時的工作電壓即為最大功率點電壓。即本發(fā)明不需要采用近似的方式計算最大功率點電壓，而是直接尋找蓄電池在太陽能電池板的工作電壓為多大時功率最大，準確性高且效率高。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例中的技術方案，下面將對現(xiàn)有技術和實施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明提供的一種MPPT控制方法的過程的流程圖；

圖2為本發(fā)明提供的一種MPPT控制裝置的電路結構示意圖。

具體實施方式

本發(fā)明的核心是提供一種MPPT控制方法及其裝置，能夠直接依據(jù)蓄電池的實時功率找到太陽能電池板的最大功率點電壓，準確性高且效率高。

為使本發(fā)明實施例的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

本發(fā)明提供了一種MPPT控制方法，用于太陽能應用系統(tǒng)，太陽能應用系統(tǒng)包括太陽能電池板、MPPT控制裝置、負載以及蓄電池，參見圖1所示，圖1為本發(fā)明提供的一種MPPT控制方法的過程的流程圖；該方法包括：

步驟s101：按照預設電壓間隔調(diào)整太陽能電池板的工作電壓大?。?/p>

步驟s102：實時采集太陽能電池板的工作電壓、蓄電池的電流以及電壓；

步驟s103：依據(jù)蓄電池的電流以及電壓得到蓄電池的實時功率；

步驟s104：比較不同的工作電壓下蓄電池的實時功率的大小，將蓄電池的實時功率為最大值時對應的太陽能電池板的工作電壓作為最大功率點電壓；控制太陽能電池板的工作電壓為最大功率點電壓。

其中，步驟s101的過程具體為：

當太陽能應用系統(tǒng)滿足第一預設條件時，獲取太陽能電池板的開路電壓；

控制太陽能電池板的工作電壓等于預設倍數(shù)的開路電壓，并在第一預設電壓范圍內(nèi)按照第一預設電壓間隔逐次調(diào)整太陽能電池板的工作電壓。

可以理解的是，這里的開路電壓指的是太陽能電池板未向蓄電池充電時的電壓。這里的預設倍數(shù)可為0.9，第一預設電壓間隔為-0.1V(即每次降低0.1V電壓)，第一預設范圍為0.9倍開路電壓～比蓄電池電壓高1V，每調(diào)整一次工作電壓，即進行一次步驟s102～s103的操作。通過實驗可得，在上述掃描過程中，需要從0.9倍的開路電壓處依次減小工作電壓，即可找到最大功率點電壓，故第一預設電壓間隔為負值。當然，本發(fā)明不限定預設倍數(shù)、第一預設電壓間隔以及第一預設范圍的具體數(shù)值，工作人員可通過實驗自行設定。

其中，在具體算法實現(xiàn)過程中，步驟s104的過程為：將每次調(diào)整工作電壓后得到的實時功率與當前定義的最大功率進行比較，哪個功率大，則將哪個實時功率對應的工作電壓作為當前最大功率點電壓，并將該實時功率作為當前最大功率；下次調(diào)整工作電壓后，將得到的實時功率與當前最大功率進行比較，若此次實時功率更大，則將此次實時功率變更為當前最大功率，將此次工作電壓變更為當前最大功率點電壓，依次類推。

另外，當確定最大功率點電壓后，采用PID算法來控制太陽能電池板的工作電壓。當然，以上僅為優(yōu)選方式，本發(fā)明對此不作限定。

進一步可知，這里的第一預設條件具體為：

太陽能應用系統(tǒng)為初始充電時；

或太陽能應用系統(tǒng)距離上次獲取太陽能電池板的開路電壓的時間間隔達到第一預設時間間隔；

或蓄電池的電流小于預設電流閾值，且太陽能應用系統(tǒng)距離上次獲取太陽能電池板的開路電壓的時間間隔達到第二預設時間間隔。

可以理解的是，滿足第一預設條件時進行的操作為長掃描操作，能夠覆蓋太陽能電池板能夠給蓄電池充電的所有工作電壓，該過程持續(xù)時間較長，但找到的最大功率點電壓較為準確。在初始充電時進行一次長掃描操作是為了使太陽能電池板能夠在最開始就保持較高的充電效率，但是，由于光照強度或一些其他原因，在一段時間內(nèi)可能會導致最大功率點電壓發(fā)生變化，故需要每隔第一預設時間間隔即重復進行一次長掃描操作，來保證太陽能電池板能夠始終保持較高的充電效率。而當蓄電池的電流過小時，表明充電功率已經(jīng)很低了，故此時需要時刻保證太陽能電池板的充電效率，故此時需要每隔第二預設時間間隔即進行一次長掃描操作。第二預設時間間隔一般小于第一預設時間間隔。

其中，這里的第一預設時間間隔可以為1小時，預設電流閾值為0.5A，第二預設時間間隔為1分鐘。當然，以上數(shù)據(jù)僅為優(yōu)選方案，本發(fā)明對此不作限定。

作為優(yōu)選地，步驟s101的過程還包括：

當太陽能應用系統(tǒng)不滿足第一預設條件但滿足第二預設條件時，自當前最大功率點電壓起，在第二預設電壓范圍內(nèi)按照第二預設電壓間隔逐次調(diào)整太陽能電池板的工作電壓。

可以理解的是，滿足第二預設條件時進行的操作作為短掃描操作，即在長掃描操作的周期尚未達到時，為避免長時間未檢測導致最大功率點電壓不準確而進行的短周期掃描操作。

進一步可知，這里的第二預設條件為：

太陽能應用系統(tǒng)不滿足第一預設條件且距離上次確定最大功率點電壓的時間間隔達到第三預設時間間隔；

或太陽能電池板的輸出功率變化值超出預設百分比。

其中，第三預設時間間隔短與第一預設時間間隔，例如可以為1分鐘。第二預設電壓范圍可以為從當前最大功率點電壓開始逐漸降低，降低范圍為開路電壓的5％(最小范圍為2V)，此時第二預設電壓間隔為0.2V；然后從當前最大功率點電壓開始逐漸升高，升高范圍為開路電壓的10％(最小范圍為4V)，此時第二預設電壓間隔為0.1V。

短掃描操作過程中會對蓄電池相鄰兩次電壓調(diào)整時的功率差作積分運算，若電壓升高過程中(或電壓降低過程中)檢測到蓄電池的充電功率有增加的趨勢，則仍會繼續(xù)向該方向調(diào)整電壓。另外，這里的預設百分比可為5％，一般當太陽能電池板的工作電壓在最大功率點電壓上穩(wěn)定工作一段時間(例如15s)后，會開始檢測光照強度的變化，相應的會導致太陽能電池板的輸出功率變化。此時的第二預設電壓間隔為0.2V。當然，本發(fā)明不限定第三預設時間間隔、第二預設電壓范圍、第二預設電壓間隔以及預設百分比的具體數(shù)值，工作人員可自行進行設定。

可以理解的是，短掃描操作能夠盡可能保證在太陽能電池板發(fā)生微小變化時，及時跟蹤得到最大功率點電壓，操作時間短，靈活性高，敏感度強；而長掃描操作覆蓋范圍全面，找到的最大功率點電壓準確性高，但操作時間長，敏感性差。故可將短掃描操作與長掃描操作相互結合，盡可能提高太陽能電池板的充電效率。當然，以上僅為優(yōu)選方案，也可僅設置長掃描操作或僅設置短掃描操作(此時第二預設條件內(nèi)不包括判斷是否滿足第一預設條件的部分)。

本發(fā)明提供了一種MPPT控制方法，不僅采集了太陽能電池板的工作電壓，也采集了蓄電池的電流及電壓，能夠直接根據(jù)蓄電池的電流電壓獲得蓄電池的實時功率，從而可以直觀地比較得到在蓄電池的實時功率最大的時刻太陽能電池板的工作電壓的大小，此時的工作電壓即為最大功率點電壓。即本發(fā)明不需要采用近似的方式計算最大功率點電壓，而是直接尋找蓄電池在太陽能電池板的工作電壓為多大時功率最大，準確性高且效率高。

本發(fā)明還提供了一種MPPT控制裝置，用于太陽能應用系統(tǒng)，太陽能應用系統(tǒng)還包括太陽能電池板、負載以及蓄電池，參見圖2所示，圖2為本發(fā)明提供的一種MPPT控制裝置的電路結構示意圖。該裝置包括：

兩端并接在太陽能電池板的正負極之間、用于供控制器實時獲取太陽能電池板的工作電壓的太陽能蓄電池電壓采集模塊；

兩端并接在蓄電池的正負極之間的、用于供控制器實時獲取蓄電池的電壓的蓄電池電壓采集模塊；

兩端串接于太陽能電池板正極與蓄電池正極之間的、用于供控制器實時獲取蓄電池的電流的蓄電池端充電電流檢測模塊；

用于進行太陽能電池板與蓄電池之間的電壓電流轉換的DC-DC轉換模塊；

分別與太陽能蓄電池電壓采集模塊、蓄電池電壓采集模塊、蓄電池端充電電流檢測模塊以及太陽能電池板的電壓控制端連接的控制器；控制器用于按照預設電壓間隔調(diào)整太陽能電池板的工作電壓大小，實時獲取太陽能電池板的工作電壓、蓄電池的電流以及電壓；依據(jù)蓄電池的電流以及電壓得到蓄電池的實時功率；比較不同的工作電壓下蓄電池的實時功率的大小，將蓄電池的實時功率為最大值時對應的太陽能電池板的工作電壓作為最大功率點電壓；控制太陽能電池板的工作電壓為最大功率點電壓。

需要注意的是，太陽能電池板的正極與蓄電池的正極通過蓄電池端充電電流檢測模塊相連，太陽能電池板的負極與蓄電池的負極連接。

其中，太陽能電池板的作用是在白天接收太陽光輻射并將光能轉換為電能，然后通過MPPT控制裝置儲存到蓄電池中。

這里的蓄電池一般為鉛酸電池、膠體電池或者鋰電池，作用是將太陽能電池板的能量儲存起來，當夜晚或太陽能能量不足時再通過控制器釋放出來供負載用電使用。

可以理解的是，本發(fā)明中的MPPT控制裝置具有太陽能最大功率點追蹤(MPPT)功能，白天時將太陽能電池板的能量給蓄電池充電，夜晚時給負載供電，并對蓄電池起到過充、過放保護。

這里的DC-DC轉換模塊是用于實現(xiàn)太陽能電池板和蓄電池間的電壓電流變換的直流到直流轉換器，如BUCK，BOOST結構等。

具體的，太陽能蓄電池電壓采集模塊、蓄電池電壓采集模塊以及蓄電池端充電電流檢測模塊均為電阻元件。

可以理解的是，太陽能蓄電池電壓采集模塊并聯(lián)在太陽能電池板的正負極之間，則太陽能蓄電池電壓采集模塊上的電壓即為太陽能電池板的工作電壓；蓄電池電壓采集模塊并聯(lián)在蓄電池的正負極之間，則蓄電池電壓采集模塊上的電壓即為蓄電池的電壓；蓄電池端充電電流檢測模塊串接在太陽能電池板的正極與蓄電池的正極之間，控制器獲取到蓄電池端充電電流檢測模塊上的電壓后，另該電壓除以蓄電池端充電電流檢測模塊的電阻值得到的電流值即為蓄電池上的電流。

其中，這里的DC-DC轉換模塊具體包括：

相互串聯(lián)的第一開關與電感元件，串聯(lián)后的電路連接于太陽能電池板正極和蓄電池端充電電流檢測模塊之間，第一開關的第一端連接太陽能電池板正極，第一開關的第二端連接電感元件的第一端；電感元件的第二端連接蓄電池端充電電流檢測模塊；

兩端并接于蓄電池的正負極之間的第二開關；

分別與第一開關與第二開關的控制端相連的、用于進行太陽能電池板與蓄電池之間的電壓電流轉換的DC-DC轉換電路。

DC-DC轉換模塊中的第一開關以及第二開關可以采用通態(tài)電阻極低的專用功率MOSFET，并通過PWM-H、PWM-L控制第一開關與第二開關的導通時間及周期，從而可以大大提高DC/DC變換器的效率并且不存在由肖特基勢壘電壓而造成的死區(qū)電壓。當然，本發(fā)明對此不作限定。

可以理解的是，在充電過程中，太陽能電池板充入蓄電池的電流需要先通過晶體管再通過電感，而放電過程相反，故采用上述結構的DC-DC轉換模塊使得本發(fā)明中的控制裝置能夠實現(xiàn)充電過程和放電過程的復用，相比目前充放電電路分開的結構，成本更低。

作為優(yōu)選地，該控制裝置還包括：

串接于太陽能電池板與蓄電池端充電電流檢測模塊之間的充電控制開關，充電控制開關的控制端與控制器相連。

通過設置充電控制開關可以選擇性的控制太陽能電池板與蓄電池之間的導通。其中，這里的充電控制開關為NMOS管；充電控制開關的第一端為NMOS管的漏極，充電控制開關的第二端為NMOS管的源極，充電控制開關的控制端為NMOS管的柵極。當然，也可以采用其他元器件，本發(fā)明對此不作限定。

作為優(yōu)選地，該控制裝置還包括：

控制端與控制器相連的負載控制開關，負載與負載控制開關串聯(lián)，串聯(lián)后的電路并接于太陽能電池板的正負極之間。

通過設置充電控制開關可以選擇性的控制太陽能電池板和蓄電池與負載之間的導通。其中，負載控制開關為NMOS管；負載控制開關的第一端為NMOS管的漏極，負載控制開關的第二端為NMOS管的源極，負載控制開關的控制端為NMOS管的柵極。當然，也可以采用其他元器件，本發(fā)明對此不作限定。

另外，這里的控制器可以為MCU，當然，本發(fā)明對此不作限定。

本發(fā)明提供了一種MPPT控制裝置，包括太陽能蓄電池電壓采集模塊、蓄電池電壓采集模塊、蓄電池端充電電流檢測模塊以及控制器，不僅通過太陽能蓄電池電壓采集模塊采集了太陽能電池板的工作電壓，也通過蓄電池電壓采集模塊和蓄電池端充電電流檢測模塊采集了蓄電池的電流及電壓，控制器能夠直接根據(jù)蓄電池的電流電壓獲得蓄電池的實時功率，從而可以直觀地比較得到在蓄電池的實時功率最大的時刻太陽能電池板的工作電壓的大小，此時的工作電壓即為最大功率點電壓。即本發(fā)明不需要采用近似的方式計算最大功率點電壓，而是直接尋找蓄電池在太陽能電池板的工作電壓為多大時功率最大，準確性高且效率高。

需要說明的是，在本說明書中，諸如第一和第二等之類的關系術語僅僅用來將一個實體或者操作與另一個實體或操作區(qū)分開來，而不一定要求或者暗示這些實體或操作之間存在任何這種實際的關系或者順序。而且，術語“包括”、“包含”或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過程、方法、物品或者設備不僅包括那些要素，而且還包括沒有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過程、方法、物品或者設備所固有的要素。在沒有更多限制的情況下，由語句“包括一個……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的過程、方法、物品或者設備中還存在另外的相同要素。

對所公開的實施例的上述說明，使本領域專業(yè)技術人員能夠實現(xiàn)或使用本發(fā)明。對這些實施例的多種修改對本領域的專業(yè)技術人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其他實施例中實現(xiàn)。因此，本發(fā)明將不會被限制于本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的范圍。