專利名稱：利用太陽能的汽車供電系統(tǒng)和汽車供電控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及可再生能源技術(shù)，特別涉及一種利用太陽能的汽車供電系統(tǒng)和汽車供電控制方法。
背景技術(shù)：
資源有限、污染嚴(yán)重的傳統(tǒng)石化燃料能源正在一天天減少，于是資源無限、清潔干凈的可再生能源成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。其中太陽能作為一種新興的綠色能源，以其永不枯竭、無污染、不受地域資源限制等優(yōu)點(diǎn)，正得到迅速的推廣應(yīng)用。根據(jù)光生伏特效應(yīng)原理，利用太陽電池將太陽光能直接轉(zhuǎn)化為電能的光伏技術(shù)是一項(xiàng)非常重要的技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)人類向可持續(xù)的全球能源系統(tǒng)轉(zhuǎn)變。國際上普遍認(rèn)為，在長期的能源戰(zhàn)略中，太陽能光伏發(fā)電在太陽能熱發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電、海洋發(fā)電、生物質(zhì)能發(fā)電等許多可再生能源中具有更重要的地位。預(yù)計(jì)到2030年光伏發(fā)電在世界的總發(fā)電量中將占到5%到20%。目前業(yè)界已經(jīng)開發(fā)出將太陽能作為汽車能量來源的技術(shù)，但是由于太陽能照射強(qiáng)度弱且不穩(wěn)定，再加之轉(zhuǎn)換效率低，因此汽車上的太陽能電池目前都作為補(bǔ)充的能量來源使用，在許多情況下汽車電器仍然需要依賴于汽車的發(fā)電機(jī)和蓄電池的儲能。顯然，如果能夠?qū)⒅饕芰縼碓磁c補(bǔ)充能量來源靈活地組合使用，則可以大幅度提高能源使用效率并降低環(huán)境污染。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種利用太陽能的汽車供電系統(tǒng)，其可以提高能源利用效率并改善驅(qū)動能力。上述目的可以由下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)。一種利用太陽能的汽車供電系統(tǒng)，包括太陽能電池單元；主儲能單元；副儲能單元；以及電源管理單元，其與所述太陽能電池單元、所述主儲能單元、所述副儲能單元以及汽車用電負(fù)載連接，其中，所述電源管理單元根據(jù)所述主儲能單元、所述副儲能單元的狀態(tài)，在所述主儲能單元和所述副儲能單元之間分配能量。優(yōu)選地，在上述汽車供電系統(tǒng)中，所述主儲能單元和所述副儲能單元的狀態(tài)為它們的剩余電量。優(yōu)選地，在上述汽車供電系統(tǒng)中，所述主儲能單元和所述副儲能單元為蓄電池或超級電容器，并且所述主儲能單元的儲電能力大于所述副儲能單元的儲電能力。優(yōu)選地，在上述汽車供電系統(tǒng)中，所述電源管理單元包括與所述主儲能單元相連的第一充電適配電路，用于將輸入的電壓轉(zhuǎn)換為適于所述主儲能單元的充電電壓；與所述副儲能單元相連的第二充電適配電路，用于將輸入的電壓轉(zhuǎn)換為適于所述副儲能單元的充電電壓；與所述汽車用電負(fù)載相連的電壓轉(zhuǎn)換電路，用于將輸入的電壓轉(zhuǎn)換為適于所述汽車用電負(fù)載的工作電壓；控制器；切換電路，與所述太陽能電池單元、所述第一和第二充電適配電路、所述電壓轉(zhuǎn)換電路以及所述控制器相連，用于在控制器的控制下實(shí)現(xiàn)下列操作方式中的一種或者多種a)所述太陽能電池單元與所述第一充電適配電路連接以向所述主儲能單元充電； b)所述太陽能電池與所述第二充電適配電路連接以向所述副儲能單元充電；c)所述太陽能電池與所述電壓轉(zhuǎn)換電路連接以向所述汽車用電負(fù)載供電；d)所述第二充電適配電路與所述第一充電適配電路連接以使所述副儲能單元向所述主儲能單元充電；e)所述第一充電適配電路與所述電壓轉(zhuǎn)換電路連接以使所述主儲能單元向所述汽車用電負(fù)載供電；以及f)所述第二充電適配電路與所述電壓轉(zhuǎn)換電路連接以使所述副儲能單元向所述汽車用電負(fù)載供電。優(yōu)選地，在上述汽車供電系統(tǒng)中，所述太陽能電池單元包括太陽能電池；以及與所述太陽能電池的輸出端相連的輸出功率優(yōu)化電路，用于調(diào)整所述太陽能電池的輸出功率，其中，所述輸出功率優(yōu)化電路通過持續(xù)地向所述太陽能電池的輸出電壓施加擾動并比較當(dāng)前太陽能電池輸出功率與前一周期的輸出功率的大小，對所述太陽能電池的工作點(diǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制調(diào)整，以實(shí)現(xiàn)對最大功率點(diǎn)的跟蹤。優(yōu)選地，在上述汽車供電系統(tǒng)中，所述控制器包括計(jì)算裝置，用于計(jì)算所述主儲能單元和所述副儲能單元的剩余電量；與所述計(jì)算裝置相連的通信裝置，用于獲取主儲能單元和所述副儲能單元的狀態(tài)參數(shù)并將這些狀態(tài)參數(shù)送往所述計(jì)算裝置；以及控制策略生成裝置，用于根據(jù)所述主儲能單元和所述副儲能單元的剩余電量生成相應(yīng)的命令，以使所述切換電路實(shí)現(xiàn)所述操作方式a)_f)中的一種或多種。優(yōu)選地，在上述汽車供電系統(tǒng)中，所述控制策略生成裝置按照下列方式生成所述相應(yīng)的命令如果所述主儲能單元的剩余電量大于或等于第一閾值，則生成使所述切換電路實(shí)現(xiàn)所述操作方式b)和e)的命令；如果所述主儲能單元的剩余電量小于所述第一閾值并且小于第二閾值，則生成使所述切換電路實(shí)現(xiàn)所述操作方式a)和d)的命令，其中所述第一閾值大于所述第二閾值；如果所述主儲能單元的剩余電量小于所述第一閾值但大于所述第二閾值，則生成使所述切換電路實(shí)現(xiàn)所述操作方式c)和e)的命令。優(yōu)選地，在上述汽車供電系統(tǒng)中，所述主儲能單元和副儲能單元為蓄電池，所述剩余電量以所述蓄電池的SOC表征，所述計(jì)算裝置按照下列方式計(jì)算所述蓄電池的SOC 如果汽車處于靜止?fàn)顟B(tài)超過一個(gè)預(yù)設(shè)的時(shí)間并且所述蓄電池的電流小于一個(gè)預(yù)設(shè)的電流值時(shí)，則根據(jù)下式計(jì)算所述蓄電池的SOC
SOC = η IX [Es+I X (R0+Rr) ] + η 2其中h為所述蓄電池的電壓，I為所述蓄電池的電流，RO為所述蓄電池的歐姆內(nèi)阻，Rr為所述蓄電池的極化內(nèi)阻，η 和η2為常數(shù)；如果汽車處于運(yùn)行狀態(tài)或所述蓄電池的電流大于或等于所述預(yù)設(shè)的電流值，則根據(jù)下式計(jì)算所述蓄電池的SOC
權(quán)利要求
1.一種利用太陽能的汽車供電系統(tǒng)，其特征在于，包括 太陽能電池單元；主儲能單元； 副儲能單元；以及電源管理單元，其與所述太陽能電池單元、所述主儲能單元、所述副儲能單元以及汽車用電負(fù)載連接，其中，所述電源管理單元根據(jù)所述主儲能單元和所述副儲能單元的狀態(tài)，在所述主儲能單元、所述副儲能單元和所述汽車用電負(fù)載之間分配能量。
2.如權(quán)利要求1所述的汽車供電系統(tǒng)，其中，所述主儲能單元和所述副儲能單元的狀態(tài)為它們的剩余電量。
3.如權(quán)利要求2所述的汽車供電系統(tǒng)，其中，所述主儲能單元和所述副儲能單元為蓄電池或超級電容器，并且所述主儲能單元的儲電能力大于所述副儲能單元的儲電能力。
4.如權(quán)利要求1所述的汽車供電系統(tǒng)，其中，所述電源管理單元包括與所述主儲能單元相連的第一充電適配電路，用于將輸入的電壓轉(zhuǎn)換為適于所述主儲能單元的充電電壓；與所述副儲能單元相連的第二充電適配電路，用于將輸入的電壓轉(zhuǎn)換為適于所述副儲能單元的充電電壓；與所述汽車用電負(fù)載相連的電壓轉(zhuǎn)換電路，用于將輸入的電壓轉(zhuǎn)換為適于所述汽車用電負(fù)載的工作電壓； 控制器；切換電路，與所述太陽能電池單元、所述第一和第二充電適配電路、所述電壓轉(zhuǎn)換電路以及所述控制器相連，用于在控制器的控制下實(shí)現(xiàn)下列操作方式中的一種或者多種a)所述太陽能電池單元與所述第一充電適配電路連接以向所述主儲能單元充電；b) 所述太陽能電池與所述第二充電適配電路連接以向所述副儲能單元充電；c)所述太陽能電池與所述電壓轉(zhuǎn)換電路連接以向所述汽車用電負(fù)載供電；d)所述第二充電適配電路與所述第一充電適配電路連接以使所述副儲能單元向所述主儲能單元充電；e)所述第一充電適配電路與所述電壓轉(zhuǎn)換電路連接以使所述主儲能單元向所述汽車用電負(fù)載供電；以及 f)所述第二充電適配電路與所述電壓轉(zhuǎn)換電路連接以使所述副儲能單元向所述汽車用電負(fù)載供電。
5.如權(quán)利要求1所述的汽車供電系統(tǒng)，其中，所述太陽能電池單元包括 太陽能電池；以及與所述太陽能電池的輸出端相連的輸出功率優(yōu)化電路，用于調(diào)整所述太陽能電池的輸出功率，其中，所述輸出功率優(yōu)化電路通過持續(xù)地向所述太陽能電池的輸出電壓施加擾動并比較當(dāng)前太陽能電池輸出功率與前一周期的輸出功率的大小，對所述太陽能電池的工作點(diǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制調(diào)整，以實(shí)現(xiàn)對最大功率點(diǎn)的跟蹤。
6.如權(quán)利要求4所述的汽車供電系統(tǒng)，其中，所述控制器包括 計(jì)算裝置，用于計(jì)算所述主儲能單元和所述副儲能單元的剩余電量；與所述計(jì)算裝置相連的通信裝置，用于獲取主儲能單元和所述副儲能單元的狀態(tài)參數(shù)并將這些狀態(tài)參數(shù)送往所述計(jì)算裝置；以及控制策略生成裝置，用于根據(jù)所述主儲能單元和所述副儲能單元的剩余電量生成相應(yīng)的命令，以使所述切換電路實(shí)現(xiàn)所述操作方式a)_f)中的一種或多種。
7.如權(quán)利要求6所述的汽車供電系統(tǒng)，其中，所述控制策略生成裝置按照下列方式生成所述相應(yīng)的命令如果所述主儲能單元的剩余電量大于或等于第一閾值，則生成使所述切換電路實(shí)現(xiàn)所述操作方式b)和e)的命令；如果所述主儲能單元的剩余電量小于所述第一閾值并且小于第二閾值，則生成使所述切換電路實(shí)現(xiàn)所述操作方式a)和d)的命令，其中所述第一閾值大于所述第二閾值；如果所述主儲能單元的剩余電量小于所述第一閾值但大于所述第二閾值，則生成使所述切換電路實(shí)現(xiàn)所述操作方式c)和e)的命令。
8.如權(quán)利要求6所述的汽車供電系統(tǒng)，其中，所述主儲能單元和副儲能單元為蓄電池， 所述剩余電量以所述蓄電池的SOC表征，所述計(jì)算裝置按照下列方式計(jì)算所述蓄電池的 SOC 如果汽車處于靜止?fàn)顟B(tài)超過一個(gè)預(yù)設(shè)的時(shí)間并且所述蓄電池的電流小于一個(gè)預(yù)設(shè)的電流值時(shí)，則根據(jù)下式計(jì)算所述蓄電池的SOC SOC = nix [Es+I X (R0+Rr) ] + η 2其中&為所述蓄電池的電壓，I為所述蓄電池的電流，RO為所述蓄電池的歐姆內(nèi)阻， Rr為所述蓄電池的極化內(nèi)阻，η 和η2為常數(shù)；如果汽車處于運(yùn)行狀態(tài)或所述蓄電池的電流大于或等于所述預(yù)設(shè)的電流值，則根據(jù)下式計(jì)算所述蓄電池的SOC tSOC = [1 + a(At + 6)] - c \i(x)dxο其中At為所述蓄電池的溫度增大值，i(x)為所述蓄電池在時(shí)刻χ的電流，t為從初始時(shí)刻到當(dāng)前所經(jīng)歷的時(shí)間，a、b和c為常數(shù)。
9.一種利用太陽能的汽車供電控制方法，其特征在于，所述汽車的供電系統(tǒng)包括太陽能電池單元、主儲能單元和副儲能單元，所述方法包括下列步驟獲取所述主儲能單元和所述副儲能單元的狀態(tài)參數(shù)；根據(jù)獲取的狀態(tài)參數(shù)計(jì)算所述主儲能單元和所述副儲能單元的剩余電量；以及根據(jù)所述主儲能單元、所述副儲能單元的狀態(tài)，在所述主儲能單元、所述副儲能單元和所述汽車用電負(fù)載之間分配能量。
10.如權(quán)利要求9所述的汽車供電控制方法，其中，所述主儲能單元和所述副儲能單元的狀態(tài)為它們的剩余電量。
11.如權(quán)利要求9所述的汽車供電控制方法，所述主儲能單元和所述副儲能單元為蓄電池或超級電容器，并且所述主儲能單元的儲電能力大于所述副儲能單元的儲電能力。
12.如權(quán)利要求9所述的汽車供電控制方法，其中，依照下列方式在所述主儲能單元、 所述副儲能單元和所述汽車用電負(fù)載之間分配能量如果所述主儲能單元的剩余電量大于或等于第一閾值，則生成使所述主儲能單元向所述汽車用電負(fù)載供電并且使所述太陽能電池單元向所述副儲能單元充電的命令；如果所述主儲能單元的剩余電量小于所述第一閾值并且小于第二閾值，則生成使所述太陽能電池單元和所述副儲能單元向所述主儲能單元充電的命令，其中所述第一閾值大于所述第二閾值；如果所述主儲能單元的剩余電量小于所述第一閾值但大于所述第二閾值，則生成使所述太陽能電池和所述主儲能單元向所述汽車用電負(fù)載供電的命令。
13.如權(quán)利要求10所述的汽車供電控制方法，其中，所述主儲能單元和副儲能單元為蓄電池，所述剩余電量以所述蓄電池的SOC表征，所述計(jì)算裝置按照下列方式計(jì)算所述蓄電池的SOC 如果汽車處于靜止?fàn)顟B(tài)超過一個(gè)預(yù)設(shè)的時(shí)間并且所述蓄電池的電流小于一個(gè)預(yù)設(shè)的電流值時(shí)，則根據(jù)下式計(jì)算所述蓄電池的SOC SOC = nix [Es+I X (R0+Rr) ] + η 2其中&為所述蓄電池的電壓，I為所述蓄電池的電流，RO為所述蓄電池的歐姆內(nèi)阻， Rr為所述蓄電池的極化內(nèi)阻，η 和η2為常數(shù)；如果汽車處于運(yùn)行狀態(tài)或所述蓄電池的電流大于或等于所述預(yù)設(shè)的電流值，則根據(jù)下式計(jì)算所述蓄電池的SOC
全文摘要
本發(fā)明涉及可再生能源技術(shù)，特別涉及一種利用太陽能的汽車供電系統(tǒng)和汽車供電控制方法。按照本發(fā)明的汽車供電系統(tǒng)包括太陽能電池單元；主儲能單元；副儲能單元；以及電源管理單元，其與所述太陽能電池單元、所述主儲能單元、所述副儲能單元以及汽車用電負(fù)載連接，其中，所述電源管理單元根據(jù)所述主儲能單元、所述副儲能單元的狀態(tài)，在所述主儲能單元和所述副儲能單元之間分配能量。按照本發(fā)明的實(shí)施例，太陽能被儲存在主儲能單元和副儲能單元中，因此大大提高了太陽能的利用效率。另外，將電能儲存在蓄電池中后能夠積少成多，用來驅(qū)動更大的負(fù)載，改進(jìn)了太陽能的易用性。又，按照本發(fā)明的實(shí)施例的汽車供電系統(tǒng)能夠很好地兼容傳統(tǒng)動力汽車，因此有很好的實(shí)用性，便于推廣。
文檔編號H02N6/00GK102570905SQ20101062019
公開日2012年7月11日 申請日期2010年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月29日
發(fā)明者張海濤, 鄧恒 申請人:上海汽車集團(tuán)股份有限公司