车载太阳能电池发电量估算装置及方法

摘要

本发明涉及一种车载太阳能电池发电量估算装置及方法，属于电动汽车供电的技术领域。本发明的车载太阳能电池发电量估算装置设有最大功率点跟随控制器MPPT、电动汽车的动力电池机构、电动汽车整车控制器VCU，其中电动汽车的动力电池机构包括动力电池组以及与动力电池组相连接的电池管理机构BMS，电动汽车整车控制器VCU经CAN总线与电池管理机构BMS相连接，最大功率点跟随器MPPT与待估算太阳能电池相连接，最大功率点跟随器MPPT的控制信号输入端与电动汽车整车控制器VCU相连接，本发明的装置结构合理、估算准确，能够在电池离线的情况下检测太阳能发电量，当检测到发电量足够时，再启动唤醒整车控制器和BMS。

说明书

技术领域

本发明涉及电动汽车供电技术领域，具体地说是一种结构合理、能耗低、估算准 确，能够有效利用太阳能电池为整车提供动力的车载太阳能电池发电量估算装置及方法。

背景技术

随着电动汽车的发展，太阳能发电也被应用到电动汽车中。当前技术可以将太阳 能电池板集成到车顶材料中，利用太阳能转成电能为电动汽车提供动能。但是太阳能发电 量跟环境有直接关系，当前环境下发电量比电池管理系统和MPPT本身自耗电还小的时候， 启动发电是不经济的，所以需要在动力电池没有工作、太阳能电池还没上线工作情况下，来 提前估算当前太阳能电池板的发电量是一项必要的工作。

以前太阳能电池到底能发多少电只能整个系统工作后，MPPT(最大功率点跟随控 制器)带载运行，根据最终被动调节的结果确定。此方法需要整个系统运行，当用在电动汽 车上时会造成动力电池反复上下电，整车控制器反复唤醒，很明显这是不现实的。

发明内容

为了解决现有技术中的上述技术问题，本发明的目的在于提出了一种能够在电池 离线的情况下检测太阳能发电量，当检测到发电量足够时，再启动唤醒整车控制器、BMS启 动发电的车载太阳能电池发电量估算装置及方法。

为了实现上述发明目的，本发明采用了以下技术方案：

一种车载太阳能电池发电量估算装置，其特征在于设有最大功率点跟随控制器 MPPT、电动汽车的动力电池机构、电动汽车整车控制器VCU，其中电动汽车的动力电池机构 包括动力电池组以及与动力电池组相连接的电池管理机构BMS，电动汽车整车控制器VCU经 CAN总线与电池管理机构BMS相连接，最大功率点跟随器MPPT与待估算太阳能电池相连接， 最大功率点跟随器MPPT的控制信号输入端与电动汽车整车控制器VCU相连接。

本发明所述待估算太阳能电池由两个以上太阳能电池片通过串联和并联的手段 组成太阳能电池组，组成十字梁结构。

本发明所述最大功率点跟随控制器MPPT中设有微控制器A、充电MOS管、检测电容、 检流电阻、放电电阻、放电MOS管、微控制器B，其中微控制器A输出引脚控制充电MOS管的通 断，充电MOS管与检测电容相连接，检测电容与检流电阻串联，检流电阻接地，微控制器B输 出引脚控制放电MOS管的通断，放电MOS管与电压采集A端之间设有放电电阻，电压采集A端 与电压采集B端分别位于检测电容两端，电压采集A与电压采集B通过微控制器模拟量输入 引脚采集进微控制器内。

本发明所述充电MOS管、放电MOS管分别用于控制检测电容充放电，可以用继电器 取代，检测电容用于获取充电曲线，检流电阻用于获取检测电容的充电电流，该电阻阻值为 50-100毫欧姆，放电电阻用于释放检测电容内的电荷。

本发明的第二方面还涉及一种车载太阳能电池发电量估算方法，其特征在于包括 以下步骤：

步骤1：微控制器B控制放电MOS管导通，电压采集A电压低于1V时关闭放电MOS管；

步骤2：微控制器A控制充电MOS导通，当电压采集A电压不再上升时，关闭充电MOS， 在这期间微控制器以5ms为间隔实时检测电压采集A、和电压采集B电压，得到电容的充电电 压和充电电流曲线；

步骤3：根据电容的充电电压、电流曲线得到太阳能电池的开路电压和短路电流， 因电容没有电荷时，电容两段相当于短路，故充电开始时电流即为太阳能电池短路电流，电 容充电结束时，电容没有电流，此时电容两端电压即为太阳能电池开路电压；

步骤4：一个测试周期完成后，会形成电压(数组A)、电流(数组B)两个数组，逐个将 两个数组中的对应数据相乘，形成第三个数组(数组C)；

步骤5：用逐个比较法找出数组C的最大值，即为此时太阳能电池所能发出的最大 功率原始值；

步骤6：根据公式可知最大功率P_m＝V_ocI_scFF，其中Pm为太阳能电 池最大发电功率，ImVm为最大功率时对应的电压和电流，Isc为太阳能电池短路电流，Vo为 太阳能电池开路电压，FF为填充因子，FF的典型值通常处于60～85％，并由太阳能电池的材 料和器件结构决定，与开路电压成一定关系通常通过测试得到FF与Vo的特性表；

步骤7：Vo和Im在充电曲线两端已经测出，跟据Vo查表得出当前电池的FF，根据上 面公式计算出此时太阳能电池最大功率校验值，比较原始值与比较值，如差别少于10％，则 最终值为最大功率原始值，如果差别大于10％，则最终功率值为两个值中较小的一个当做 最终发电功率值。

与现有技术相比，本发明所述的车载太阳能电池发电量估算装置及方法具有以下 有益效果：

结构合理、估算准确，能够在电池离线的情况下检测太阳能发电量，当检测到发电 量足够时，再启动唤醒整车控制器、BMS。

附图说明

图1是本发明的车载太阳能电池发电量估算装置的结构框图。

图2是本发明的车载太阳能电池发电量估算装置结构示意图。

其中，1-最大功率点跟随控制器MPPT、2-电动汽车的动力电池机构、3-电动汽车整 车控制器VCU、4-待估算太阳能电池。

具体实施方式

以下将结合具体实施例对本发明所述的车载太阳能电池发电量估算装置及方法 做进一步的阐述，以帮助本领域的技术人员对本发明的发明构思、技术方案有更完整、准确 和深入的理解。

实施例1

如图1～2所示，本实施例的本发明提出了一种车载太阳能电池发电量估算装置， 其特征在于设有最大功率点跟随控制器MPPT1、电动汽车的动力电池机构2、电动汽车整车 控制器VCU3，其中电动汽车的动力电池机构2包括动力电池组以及与动力电池组相连接的 电池管理机构BMS，电动汽车整车控制器VCU3经CAN总线与电池管理机构BMS相连接，最大 功率点跟随器MPPT1与待估算太阳能电池4相连接，最大功率点跟随器MPPT的控制信号输入 端与电动汽车整车控制器VCU3相连接。在本实施例中所述待估算太阳能电池由两个以上太 阳能电池片通过串联和并联的手段组成太阳能电池组，组成十字梁结构。在本所述最大功 率点跟随控制器MPPT中设有微控制器A、充电MOS管、检测电容、检流电阻、放电电阻、放电 MOS管、微控制器B，其中微控制器A输出引脚控制充电MOS管的通断，充电MOS管与检测电容 相连接，检测电容与检流电阻串联，检流电阻接地，微控制器B输出引脚控制放电MOS管的通 断，放电MOS管与电压采集A端之间设有放电电阻，电压采集A端与电压采集B端分别位于检 测电容两端，电压采集A与电压采集B通过微控制器模拟量输入引脚采集进微控制器内。

在本实施例中，所述充电MOS管、放电MOS管分别用于控制检测电容充放电，可以用 继电器取代，检测电容用于获取充电曲线，检流电阻用于获取检测电容的充电电流，该电阻 阻值为50-100毫欧姆，放电电阻用于释放检测电容内的电荷。利用该车载太阳能电池发电 量估算装置的估算方法，包括以下步骤：

步骤1：微控制器B控制放电MOS管导通，电压采集A电压低于1V时关闭放电MOS管；

步骤2：微控制器A控制充电MOS导通，当电压采集A电压不再上升时，关闭充电MOS， 在这期间微控制器以5ms为间隔实时检测电压采集A、和电压采集B电压，得到电容的充电电 压和充电电流曲线；

步骤3：根据电容的充电电压、电流曲线得到太阳能电池的开路电压和短路电流， 因电容没有电荷时，电容两段相当于短路，故充电开始时电流即为太阳能电池短路电流，电 容充电结束时，电容没有电流，此时电容两端电压即为太阳能电池开路电压；

步骤4：一个测试周期完成后，会形成电压(数组A)、电流(数组B)两个数组，逐个将 两个数组中的对应数据相乘，形成第三个数组(数组C)；

步骤5：用逐个比较法找出数组C的最大值，即为此时太阳能电池所能发出的最大 功率原始值；

步骤6：根据公式可知最大功率P_m＝V_ocI_scFF，ImVm为最大功率时 对应的电压和电流，Isc为太阳能电池短路电流，Vo为太阳能电池开路电压，FF为填充因子， FF的典型值通常处于60～85％，并由太阳能电池的材料和器件结构决定，与开路电压成一 定关系通常通过测试得到FF与Vo的特性表；

步骤7：Vo和Im在充电曲线两端已经测出，跟据Vo查表得出当前电池的FF，根据上 面公式计算出此时太阳能电池最大功率校验值，比较原始值与比较值，如差别少于10％，则 最终值为最大功率原始值，如果差别大于10％，则最终功率值为两个值中较小的一个当做 最终发电功率值。

与现有技术相比，结构合理、估算准确，能够在电池离线的情况下检测太阳能发电 量，当检测到发电量足够时，再启动唤醒整车控制器、BMS。

对于本领域的普通技术人员而言，具体实施例只是对本发明进行了示例性描述， 显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进 行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合 的，均在本发明的保护范围之内。