一种光伏电动车能源系统及其设计方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及电动车能源技术领域，尤其涉及一种光伏电动车能源系统。
【背景技术】
[0002] 随着社会的飞速发展，汽车在整个社会进步和经济发展中扮演着非常重要的角 色。目前，社会上广泛使用的汽车仍为燃油汽车。然而，燃油汽车不但消耗大量的石油资源， 同时也是城市空气污染的源头之一，严重影响人们的身体健康。在此背景下，环保节能的电 动汽车日益受到人们的重视。电动汽车不仅具有无排放污染、噪声低、易于操纵、维修以及 运行成本低等优点，而且在环保和节能上具有不可比拟的优势，它是解决当今社会巨大能 源消耗和环境压力的有效途径，因此，电动汽车是21世纪汽车的发展方向。
[0003] 随着太阳能发电技术的进步，光伏组件效率逐步增长，同时成本逐渐降低，以太阳 能为能量来源的电动汽车（即太阳能汽车）也日益受到人们的重视和青睐。太阳能作为太 阳能汽车的主要能量来源，光伏组件的性能、光伏阵列的铺设面积、光照和阴影遮挡等都将 影响太阳能汽车的平均发电功率、峰值发电功率和综合性能。
[0004] 由于地球自转和公转的影响，太阳高度角会随着时间和炜度的变化而变化，而对 于某地某天的太阳高度角，其也会随着当天时间变化而变化。由于太阳高度角不可能总是 90°，在太阳能汽车驾驶舱的周围势必会产生阴影，并且阴影面积随太阳高度角减小而增 大。当有阴影遮挡时，被遮挡的光伏组件由于光电流过低呈现反向截止状态，从而使与之串 联的光伏组件也受到影响而降低输出电流，此时，采用集中式的峰值功率跟踪器（MPPT)对 光伏阵列进行功率追踪，达不到最佳效果。
【发明内容】
[0005] 为了降低驾驶舱阴影对整个光伏阵列性能的影响，本发明提供了一种光伏电动车 能源系统，包括光伏阵列、峰值功率跟踪器、继电器、蓄电池组、电机控制器、电机，所述光伏 阵列包括两组或两组以上子光伏阵列，每组所述子光伏阵列连接一个所述峰值功率跟踪 器，所述峰值功率跟踪器以串联和/或并联的方式连接，并通过所述继电器分别与所述蓄 电池组以及所述电机控制器电连接，所述电机控制器控制所述电机。
[0006] 优选地，所述峰值功率跟踪器具有CAN通信功能，可实时发送各组所述子光伏阵 列的性能参数，包括输入电压、输入电流、输出电压、输出电流、温度等。
[0007] 优选地，每组所述子光伏阵列连接一个防反二极管。
[0008] 优选地，所述子光伏阵列包括晶硅光伏组件、硅基薄膜光伏组件、半导体化合物薄 膜光伏组件中的一种或多种。
[0009] 本发明还提供了一种光伏电动车能源系统的设计方法，其中包括对所述光伏电动 车上铺设的光伏阵列进行分组的步骤：
[0010] Si.根据当地平均最小太阳高度角及所述光伏电动车的驾驶舱的尺寸，计算所述 驾驶舱在所述光伏电动车的车顶产生的阴影面积；
[0011] S2.根据所述车顶的总面积、所述阴影面积、以及峰值功率跟踪器的输入输出参数 及高效率区，对所述光伏阵列进行分组，分为两组或两组以上子光伏阵列。
[0012] 每组子光伏阵列连接一个峰值功率跟踪器。
[0013] 优选地，所述步骤Sl中所述平均最小太阳高度角的获得包括以下步骤：
[0014] Sl-L根据当地经炜度及每天日出日落时间，计算每天每时刻的太阳高度角；
[0015] S1-2.选择合适的期望接收辐射量占全天总辐射量的比例值；
[0016] S1-3.根据步骤S1-2所确定的所述比例值，计算每天所需的最小太阳高度角；
[0017] S1-4.根据步骤S1-3获得的所述每天所需的最小太阳高度角计算全年平均最小 高度角。
[0018] 与现有技术相比，本发明提供了一种用于光伏电动车的能源系统及其设计方法， 具有以下优点：1)考虑驾驶舱阴影对光伏阵列的影响，将光伏阵列分为多组子光伏阵列， 使阵列中未受阴影遮挡的电池组件不受被遮挡电池组件的影响，仍然能以最大功率输出， 大大减少了传统集中式MPPT系统中由于阴影遮挡造成的功率损失；2)各MPPT均带有CAN 通信功能，实时向外发送与太阳能电池板有关的参数，如输入电压、输入电流、输出电压、输 出电流、温度等，建立人性化的人机交互平台；3)各子光伏阵列连接有防反二极管，减小对 与其串联的光伏阵列的影响。本发明在光伏电动车光伏阵列铺设面积有限的情况下，大幅 提尚光伏阵列发电效率；而且，其结构简单、成本低廉、能量利用率尚、稳定性和可靠性尚， 具有很强的实用性。
【附图说明】
[0019] 为了更清楚地说明本发明实施例，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简 单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技 术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0020] 图1是本发明实施例中光伏电动车能源系统结构示意图。
[0021] 图2是本发明实施例中10月6日一天达尔文每时刻太阳高度角变化图。
[0022] 图3是本发明实施例中10月6日一天达尔文太阳光照射在地面上的太阳辐射强 度随时间变化的曲线图。
[0023] 图4是本发明实施例中达尔文当地每天太阳能辐射总量达到75%所需最小太阳 高度角的全年变化曲线。
[0024] 图5是本发明实施例中光伏电动车驾驶舱阴影示意图。
[0025] 图中附图标记表示为：1~4-子光伏阵列；5~8-峰值功率跟踪器；9-蓄电池组； 10-电机控制器；11-电机；12~14-继电器；15-CAN总线；16~19-阴影区域。
【具体实施方式】
[0026] 现在结合附图和具体实施例，对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化 的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。这些 实施例应理解为仅用于说明本发明而不限制本发明的保护范围。在阅读了本发明的内容之 后，本领域技术人员可以对本发明做各种修改，这些等效的变化和修饰同样落入本发明所 限定的保护范围。
[0027] 实施例1
[0028] 如图1所示，本发明提供了一种光伏电动车能源系统，包括光伏阵列、峰值功率跟 踪器5~8、继电器12~14、蓄电池组9、电机控制器10、电机11，所述光伏阵列包括四组子 光伏阵列1~4,每组子光伏阵列连接一个峰值功率跟踪器，峰值功率跟踪器5~8并联连 接到总线，并通过继电器12~14分别与蓄电池组9以及电机控制器10电连接，电机控制 器10控制电机11。
[0029] 其中，峰值功率跟踪器5~8均具有CAN通信功能，并分别连接到CAN总线15,可 实时发送子光伏阵列1~4的性能参数，包括输入电压、输入电流、输出电压、输出电流、温 度等。
[0030] 根据实际需要，子光伏阵列可以是晶硅光伏组件、硅基薄膜光伏组件、半导体化合 物薄膜光伏组件中的一种或多种。子光伏阵列的串并联模式也可根据实际需要进行组合。 而为了降低串联子光伏阵列相互之间的影响，每个子光伏阵列可连接一个防反二极管。
[0031] 本实施例中，子光伏阵列1~4由单晶娃C60光伏组件组成，且子光伏阵列1~4 并联连接。
[0032] 子光伏阵列在光伏电动车车顶的铺设方式有两种：直接粘贴或导轨安装。本实施 例中，所述光伏电动车车顶前后两侧粘贴有固定导轨，单晶硅C60光伏组件组成的子光伏 阵列封装成刚性组件，两侧开长条槽，与导轨配合，并在车顶左右两侧做限位固定。
[0033] 实施例2
[0034] 本实施例提供了一种光伏电动车能源系统的设计方法。相比现有技术，本实施例 的设计方法包括对所述光伏电动车上铺设的光伏阵列进行分组的步骤：
[0035] SI.根据当地平均最小太阳高度角及所述光伏电动车的驾驶舱的尺寸，计算所述 驾驶舱在所述光伏电动车的车顶产生的阴影面积；
[0036] 所述平均最小太阳高度角的获得包括以下步骤：
[0037] Sl-L根据当地经炜度及每天日出日落时间，计算每天每时刻的太阳高度角；
[0038] S1-2.选择合适的期望接收辐射量占全天总辐射量的比例值；
[0039] S1-3.根据步骤S1-2所确定的所述比例值，计算每天所需的最小太阳高度角；
[0040] S1-4.根据步骤S1-3获得的所述每天所需的最小太阳高度角计算全年平均最小 高度角；
[0041] S2.根据所述车顶的总面积、所述阴影面积、以及峰值功率跟踪器的输入输出参数 及高效率区，对所述光伏阵列进行分组，分为两组或两组以上子光伏阵列。
[0042] 具体来说，光伏组件输出功率受太阳光入射角度影响很大。阳光直射时，光伏组件 接受的入射功率最大。当光伏组件法线与阳光的角度为Θ时，