电动汽车太阳能充电器及其使用方法
【专利摘要】本发明提出了一种电动汽车太阳能充电器及其使用方法，涉及太阳能充电器领域，包括：自供电模块连接太阳能组件（E1），所述太阳能组件（E1）将太阳能转换为电能之后发送到自供电模块；所述自供电模块分别连接升压恒流模块和功率跟踪模块，所述升压恒流模块连接蓄电池（E2），所述升压恒流模块还连接功率跟踪模块；所述温度传感器、光电传感器连接功率跟踪模块，所述温度传感器用于感测外部温度并发送给所述功率跟踪模块，所述光电传感器用于感测外部光线并发送给所述功率跟踪模块，所述功率跟踪模块预设与所述温度、光线一一对应的充电电流初始值，通过查询给出与当前温度、光线对应充电电流基准值并发送给升压恒流模块。
【专利说明】电动汽车太阳能充电器及其使用方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及电动车充电领域，尤其涉及一种电动汽车太阳能对车用蓄电池充电装置及其使用方法。
【背景技术】
[0002]太阳能电池组件在太阳能发电站使用已十分成熟，但太阳能电站中的太阳能板是不动的，静止的，它的控制技术与太阳能板安装在车上是有区别的。由于汽车既可能停止，又可能行驶。在阳光天行驶又存在以各种速度通过树木和隧道，而且树木间距和隧道的长短又各不一样，引起安装在车上的太阳能板输出功率的出现明显变化。太阳能板由阳光处输出较大功率，行驶到树阴隧道处，迅速输出小功率或者无功率的情况；相反出现太阳能板由树阴弱光下输出较小功率，行驶到阳光明亮处，太阳能板迅速输出较大功率的情况，这种运动状态充电传统方法解决困难。由于一天汽车行驶时间占白天时间的比例也较大，特别是城市行驶时，树木较多，如果太阳能充电器不能够快速响应这种变化，车载太阳能系统将有较大的能量浪费。
【发明内容】
[0003]本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题，特别创新地提出了一种电动汽车太阳能充电器及其使用方法。
[0004]为了实现本发明的上述目的，本发明提供了一种电动汽车太阳能充电器，其关键在于，包括:自供电模块、升压恒流模块、功率跟踪模块和光电传感器；
[0005]所述自供电模块连接太阳能组件(E1)，所述太阳能组件(El)将太阳能转换为电能之后发送到自供电模块；
[0006]所述自供电模块分别连接升压恒流模块和功率跟踪模块，所述升压恒流模块连接蓄电池(E2)，所述升压恒流模块还连接功率跟踪模块；
[0007]所述温度传感器、光电传感器连接功率跟踪模块，所述温度传感器用于感测外部温度并发送给所述功率跟踪模块，所述光电传感器用于感测外部光线并发送给所述功率跟踪模块，所述功率跟踪模块预设与所述温度、光线一一对应的充电电流初始值，通过查询给出与当前温度、光线对应充电电流基准值并发送给升压恒流模块。
[0008]所述的电动汽车太阳能充电器，优选的，还包括:雷电保护器，所述雷电保护器的高电位输入端与太阳能组件(El)的正极连接，雷电保护器的低电位输入端与太阳能组件(El)的负极连接；雷电保护器的接地端(Dl)与汽车车架连接；雷电保护器的高、低电位输出端分别与自供电模块的高、低电位输入端连接；
[0009]其中雷电保护器为保险器件(F1)，压敏器件(RVl)和压敏器件(RV2)，所述保险器件(Fl)—端连接太阳能组件(El)正极，另一端连接压敏器件(RVl)—端，所述压敏器件(RVI)另一端连接压敏器件(RV2 ) —端，所述压敏器件(RV2 )另一端连接太阳能组件(EI)负极，压敏器件(RVl)和压敏器件(RV2)连接端为接地端(Dl )。[0010]所述的电动汽车太阳能充电器，优选的，所述自供电模块包括:电阻(R1)，电容(C4)、电容(C5)和稳压器(U4)；
[0011]所述电阻(Rl)的一端连接电容(C4)的一端，所述电容(C4) 一端还连接稳压器(U4 )第一端(I)，所述电容(C4 )另一端分别连接稳压器(U4 )第二端(2 )和电容(C5 ) —端，所述稳压器(U4 )第三端(3 )连接电容(C5 )另一端。
[0012]所述的电动汽车太阳能充电器，优选的，所述升压恒流模块包括:电阻(R2)、电阻(R3)、电阻(R4)、电阻(R5)、取样电阻(R6)、电阻(R7)，电容(Cl)、电容(C2)、电容(C3)，电感(LI)，二极管(D1)、二极管(D2)，二极管(D3)、场效应管(Ql)和电流传感器(Ul)；
[0013]所述电容(Cl) 一端连接电阻(R2)—端，另一端连接太阳能组件(El)负极和电阻(R3 ) —端，所述电阻(R2 )另一端连接电阻(R3 )另一端，所述电流传感器(Ul)第一端(I)连接电阻(R3)—端，第三端(3)连接二极管(D3)负极，所述二极管(D3)正极分别连接电感(LI) 一端和场效应管(Ql)集电极，所述电感(LI)另一端连接电阻(R2)—端，所述场效应管(Ql)发射极连接电流传感器(Ul)第三端(3)，所述二极管(Dl)负极连接场效应管(Ql)集电极，二极管(Dl)正极连接电容(C2) —端，所述电容(C2)另一端连接场效应管(Ql)发射极，所述二极管(Dl)正极还分别连接二极管(D2)负极和电阻(R4)—端，所述二极管(D2)正极连接蓄电池(E2)正极，所述电阻(R4)另一端连接电阻(R5) —端，所述电阻(R5)另一端分别连接场效应管(Ql)发射极和电容(C3) —端，所述取样电阻(R6) —端连接电容(C3)一端，另一端分别连接电阻(R7)和蓄电池(E2)负极，所述电阻(R7)另一端连接电容(C3)另一端。
[0014]所述的电动汽车太阳能充电器，优选的，还包括:充电功率显示器，所述功率跟踪模块的充电功率指示输出端(A13)与充电功率显示器输入端(A14)连接，用于将功率跟踪模块的充电功率显示给用户。
[0015]所述的电动汽车太阳能充电器，优选的，还包括:温度传感器，所述温度传感器的模拟电压输出端(A17)与功率跟踪模块的温度模拟电压接收端(A18)连接；所述温度传感器用于快速实现车辆行驶中温度值的变化，所述功率跟踪模块通过温度传感器检测的温度值，准确给出此温度下的充电电流修正基准值。
[0016]所述的电动汽车太阳能充电器，优选的，所述功率跟踪模块为单片机与PWM型开关电源控制器的合成，或者为独立单片机，或者为DSP处理器。
[0017]本发明还公开一种电动汽车太阳能充电器的使用方法，包括如下步骤:
[0018]步骤1，太阳能组件为自供电模块供电，自供电模块为功率跟踪模块提供工作电源，升压恒流模块充电功率送给功率跟踪模块，功率跟踪模块控制功率显示器显示当前充电功率；
[0019]步骤2，当太阳能组件(El)接收到阳光后，所述太阳能组件(El)正、负极就输出电压，稳压器(U4)通过电阻(Rl)降压后，接收到这个太阳能组件的输出电压，并经稳压器(U4)稳压后送到功率跟踪模块的供电输入端，对它进行供电；
[0020]步骤3，当升压恒流模块对电容(Cl)上的太阳能组件(El)的输出电压进行升压时，功率跟踪模块发出控制信号给场效应管(Q1)，使场效应管(Ql)导通，此时太阳能组件(El)的输出能量储存在电感(LI)中；
[0021]步骤4，当升压恒流模块需要充电时，功率跟踪模块发出控制信号给场效应管(Ql )，使场效应管(Ql)截止，此时储存在电感(LI)中的太阳能组件(El)的输出能量通过二极管(Dl)和二极管(D2)对蓄电池(E2)和输出储存电容(C2)进行充电；
[0022]步骤5，充电时取样电阻(R6)的电压值为充电电流对应值，升压恒流模块经电阻(R7 )、电容(C3 )滤波的取样电阻(R6 )的电流值反馈给功率跟踪模块，功率跟踪模块对充电电流与基准比较值进行比较后，发送控制信号并控制场效应管(Ql)的导通、截止；
[0023]步骤6，当充电电压大于蓄电池(E2)的上限电压时，电阻(R5)上的输出电压值被反馈到功率跟踪模块，功率跟踪模块发送控制信号使场效应管(Ql)截止；
[0024]步骤7，在对蓄电池(E2 )进行充电时，升压恒流模块将由电阻(R2 )、电阻(R3 )分压的输入电压，由电流传感器(Ul)测到的输入电流，由电阻(R4)、电阻(R5)分压的输出电压，由电阻(R6)、电阻(R7)、电容(C3)测到的输出电流分别送到功率跟踪模块，由功率跟踪模块计算出充电时，太阳能组件的输出功率即充电的输入功率及充电的输出功率，用于比较输入、输出功率的变化，从而控制场效应管Ql的导通、截止时间；
[0025]步骤8，功率跟踪模块将输入电压输入端(A2)得到的电压值，与设置在功率跟踪模块内部的最低输入工作电压值进行比较，如果小于最低输入工作电压值，功率跟踪模块的控制信号输出端(A6)输出零电平，使升压恒流模块不工作，即控制场效应管(Ql)截止；如果大于设置的最低输入工作电压值，功率跟踪模块根据此时温度传感器，光电传感器送来的温度值，光线的强度值，计算查表给出一个充电电流初始值，从而使升压恒流模块一工作就处于太阳能组件最大输出功率点附近，而不是从最小单位量开始缓慢建立充电电流初始值；
[0026]步骤9，当功率跟踪模块建立起初始充电电流后，将通过功率跟踪模块的控制信号输出端(A6)输出有一定占空比的控制信号，使升压恒流模块开始工作，将太阳能组件(El)输出电压通过升压恒流模块升压后，对蓄电池充电；升压恒流模块将工作时的输入电压，输入电流，输出电压，输出电流对应送入功率跟踪模块的相应信号接收输入端，功率跟踪模块分别计算出当前的输入、输出功率，并将此时的输入、输出功率进行存储，以便与下一次输入、输出功率进行比较；当蓄电池(E2)的电压达到上限电压时，功率跟踪模块控制场效应管(Ql)截止；
[0027]步骤10，当蓄电池(E2)的电压没有达到上限电压时，功率跟踪模块将根据当时的输入电压、温度、光强，按照固定的周期增加充电电流的基准，功率跟踪模块根据增加的充电电流基准，控制场效应管(Ql)导通的时间变长，从而使得电感(LI)中的储存能量增加，充电电流增大，功率跟踪模块根据电容(C3)上反馈回来的充电电流值，计算出该电流基准下的充电功率值，并与上一次存储充电功率值比较，如果充电功率值增加，则在下一周期继续增加充电电流的基准，再计算充电功率；
[0028]步骤11，当出现计算到的当前充电功率比上一次充电功率减小时，功率跟踪模块就回到上一次的充电电流的基准值，使充电功率保持在太阳能板输出功率的最大点附近；当充电电流基准增加，如果功率跟踪模块计算出来的充电功率值是减少的，就要向相反方向，减少充电电流基准值，再计算反馈回来的该电流基准下的充电功率值，如果充电功率值是增加的，则继续减少充电电流的基准，再计算充电功率；
[0029]步骤12，当出现计算到的当前充电功率比上一次充电功率减小时，功率跟踪模块就回到上一次的充电电流的基准值，使充电功率始终保持在太阳能板输出功率的最大点附近，上述控制周而复始，直到无光关机。
[0030]所述的电动汽车太阳能充电器的使用方法，优选的，所述步骤7和步骤8之间包括:
[0031]步骤7-1，当充电开始后，功率跟踪模块需要改变场效应管(Ql) —个周期内的导通时间，即可调节充电电流的大小；功率跟踪模块将电容(C3)上反馈回来的充电电流值和给定基准电流值进行比较，若充电电流值大于给定基准电流值，则功率跟踪模块控制场效应管(Ql)，在一个周期内的导通时间变短，使电感(LI)在场效应管(Ql)导通时间内的储能变小，使充电电流降下来；若充电电流值小于给定基准电流值，则功率跟踪模块控制场效应管(Q1)，在一个周期内的导通时间变长，使电感(LI)在场效应管(Ql)导通时间内的储能变大，使充电电流变大；只要功率跟踪模块的充电电流基准不变，则实际充电电流值最终回到基准值；
[0032]步骤7-2，在停车时，低于蓄电池组电压的太阳能组件电压进行升压后，对蓄电池组进行充电；将行驶中低于蓄电池组电压的太阳能组件电压进行升压后，对电动车进行供电，正常情况下，太阳能组件的输出电压远低于压敏器件(RV1)、压敏器件(RV2)的导通电压，压敏器件(RVI)、压敏器件(RV2 )对电路没有影响。
[0033]所述的电动汽车太阳能充电器的使用方法，优选的，所述步骤2和步骤3之间包括:
[0034]步骤2-1，如果发生雷电时，在太阳能组件(El)的正、负极之间形成上万伏高压，压敏器件(RV1)，压敏器件(RV2)将被快速导通，压敏器件(RV1)、压敏器件(RV2)的电阻值迅速减小到零，对雷电形成短路，保护了人员和车辆的安全；
[0035]步骤2-2，如果发生雷电时，在太阳能组件(El)的正极与雷电保护器的接地端(Dl)之间形成上万伏高压，压敏器件(RVl)将被快速击穿，压敏器件(RVl)的电阻值迅速减小到零，对雷电形成短路，保护了人员和车辆的安全；
[0036]步骤2-3，如果发生雷电时，在太阳能组件(El)的负极与雷电保护器的接地端(Dl)之间形成上万伏高压，压敏器件(RV2)将被快速击穿，压敏器件(RV2)的电阻值迅速减小到零，对雷电形成短路，保护了人员和车辆的安全。
[0037]综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是:
[0038]由于本发明白天一直有电流对蓄电池充电，对于激活电池防止老化有较好作用。
[0039]由于本发明采用了由阳光控制的自供电方案，对蓄电池只充电，不耗电。
[0040]而且，本发明技术方案还具有如下有益效果:
[0041 ] ( I)为电动车节约20%左右的电量；
[0042]( 2 )为电动车增加20%左右的行驶里程；
[0043](3)激活电池组防止老化，延长电池组使用寿命；
[0044](4)对蓄电池只充电，不耗电。
[0045]本发明工作时，长时间内功率跟踪模块采用根据当前输入电压、当前温度、当前光强值进行改变充电基准电流扰动法进行恒流充电；短时采用围绕充电电流基准法恒流充电，以保证充电功率点始终围绕在太阳能组件最大输出功率点附近。
[0046]本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。【专利附图】
【附图说明】
[0047]本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中:
[0048]图1是本发明电动汽车太阳能充电器的原理图；
[0049]图2是本发明电动汽车太阳能充电器的雷电保护器电路图；
[0050]图3是本发明电动汽车太阳能充电器的自供电模块电路图；
[0051]图4是本发明电动汽车太阳能充电器的升压恒流模块电路图；
[0052]图5是本发明电动汽车太阳能充电器使用时的电路图。
【具体实施方式】
[0053]下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
[0054]在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底” “内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
[0055]在本发明的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
[0056]本发明提供了一种速度响应快速，自动跟踪当前车载太阳能板最大输出功率的电动车用太阳能充电器，无论车辆是在停止或者行驶中，它都能够快速将低于蓄电池电压的太阳能板的输出电压，通过升压恒流方式对车用蓄电池进行充电，提高了 20左右％的车用蓄电池电量。
[0057]本发明的目的是通过这样的技术方案实现的，它包括:雷电保护器，自供电模块，升压恒流模块，功率跟踪模块，温度传感器，光电传感器，充电功率显示器。
[0058]如图1所示，雷电保护器的高电位输入端与太阳能组件El的“ + ”极连接，雷电保护器的低电位输入端与太阳能组件El的“一”极连接；雷电保护器的地接入点Dl与车架连接；雷电保护器的高、低电位输出端分别与自供电模块的高、低电位输入端连接，自供电模块的输出端A15与功率跟踪模块的供电端A16连接，升压恒流模块的输入电压输出端Al与功率跟踪模块的输入电压输入端A2连接，升压恒流模块的输入电流输出端A3与功率跟踪模块的输入电流输入端A4连接，升压恒流模块的控制端A5与功率跟踪模块的控制信号输出端A6连接，升压恒流模块的输出电压输出端A7与功率跟踪模块的输出电压输入端A8连接，升压恒流模块的输出电流输出端A9与功率跟踪模块的输出电流输入端AlO连接，升压恒流模块的输出正极端All与车上蓄电池组E2的“ + ”极连接，升压恒流模块的输出负极端A12与车上蓄电池组E2的“一”极连接，功率跟踪模块的充电功率指示输出端A13与充电功率显示器输入端A14连接，温度传感器的模拟电压输出端A17与功率跟踪模块的温度模拟电压接收端A18连接，光电传感器的模拟电压输出端A19与功率跟踪模块的光电模拟电压接收端A20连接。
[0059]在使用过程中，太阳能组件为自供电模块供电，自供电模块为功率跟踪模块提供工作电源，升压恒流模块充电功率送给功率跟踪模块，功率跟踪模块控制功率显示器显示当前充电功率。
[0060]为了保证雷电击中时人员和车辆的安全，在充电器输入端采用了雷电保护器电路见图2，由保险器件F1，压敏器件RV1，RV2组成，雷电保护器的地接入点Dl与车架连接。
[0061]如果雷电在太阳能组件El的正、负极之间形成上万伏高压，压敏器件RV1，RV2将被快速导通，RV1、RV2的电阻值迅速减小到零，对雷电形成短路，保护了人员和车辆的安全；如果雷电在太阳能组件El的正极与车架Dl之间形成上万伏高压，压敏器件RVl将被快速击穿，RVl的电阻值迅速减小到零，对雷电形成短路，保护了人员和车辆的安全；如果雷电在太阳能组件El的负极与车架Dl之间形成上万伏高压，压敏器件RV2将被快速击穿，RV2的电阻值迅速减小到零，对雷电形成短路，保护了人员和车辆的安全。正常情况下，太阳能组件的输出电压远低于压敏器件RV1、RV2的导通电压，压敏器件RV1、RV2对电路没有影响。
[0062]自供电模块的连接如图3，它包括电阻Rl，电容C4、C5和稳压器U4。
[0063]其中所述电阻Rl的一端连接电容C4的一端，所述电容C4 一端还连接稳压器U4第一端1，所述电容C4另一端分别连接稳压器U4第二端2和电容C5 —端，所述稳压器U4第三端3连接电容C5另一端。
[0064]当太阳能组件接收到阳光后，它的正、负极就输出电压，稳压器U4通过电阻Rl降压后，接收到这个太阳能组件的输出电压，并经稳压器U4稳压后送到功率跟踪模块的供电输入端，对它进行供电。
[0065]升压恒流模块连接如图4，它包括电阻R2、R3、R4、R5、R6、R7，电容C1、C2、C3，电感LI，二极管D1、D2，场效应管Ql自带二极管D3，电流传感器Ul。
[0066]其中所述电容Cl 一端连接电阻R2—端，另一端连接太阳能组件El负极和电阻R3一端，所述电阻R2另一端连接电阻R3另一端，所述电流传感器Ul第一端I连接电阻R3 —端，第三端3连接二极管D3负极，
[0067]所述二极管D3正极分别连接电感LI 一端和场效应管Ql集电极，所述电感LI另一端连接电阻R2 —端，所述场效应管Ql发射极连接电流传感器Ul第三端3，所述二极管Dl负极连接场效应管Ql集电极，二极管Dl正极连接电容C2 —端，所述电容C2另一端连接场效应管Ql发射极，
[0068]所述二极管Dl正极还分别连接二极管D2负极和电阻R4 —端，所述二极管D2正极连接蓄电池E2正极，所述电阻R4另一端连接电阻R5 —端，所述电阻R5另一端分别连接场效应管Ql发射极和电容C3 —端，
[0069]所述取样电阻R6 —端连接电容C3 —端，另一端分别连接电阻R7和蓄电池E2负极，所述电阻R7另一端连接电容C3另一端。
[0070]当升压恒流模块对电容Cl上的太阳能组件的输出电压进行升压时，功率跟踪模块发出控制信号给第一场效应管Q1，使第一场效应管Ql导通，此时太阳能组件的输出能量储存在第一电感LI中；当升压恒流模块需要充电时，功率跟踪模块发出控制信号给第一场效应管Ql，使第一场效应管Ql截止，此时储存在第一电感LI中的太阳能组件的输出能量通过第一二极管Dl和第二二极管D2对蓄电池E2和输出储存电容C2进行充电。
[0071]充电时取样电阻R6的电压值为充电电流对应值，升压恒流模块将经R7、C3滤波的取样电阻R6的电流值反馈给功率跟踪模块，功率跟踪模块对充电电流与基准比较值进行比较后，发送控制信号并控制第一场效应管Ql的导通、截止。
[0072]当充电电压大于蓄电池E2的上限电压时，第五电阻R5上的输出电压值被反馈到功率跟踪模块，功率跟踪模块发送控制信号使第一场效应管Ql截止。
[0073]在对蓄电池E2进行充电时，升压恒流模块将由R2、R3分压的输入电压，由电流传感器Ul测到的输入电流，由R4、R5分压的输出电压，由R6、R7、C3测到的输出电流分别送到功率跟踪模块，由功率跟踪模块计算出充电时，太阳能组件的输出功率即充电的输入功率及充电的输出功率，用于比较输入、输出功率的变化，从而控制第一场效应管Ql的导通、截止时间。
[0074]温度传感器主要是为了快速实现车辆行驶中，从树阴等遮光下行驶出来，进入到阳光里，功率跟踪模块通过查询当前的温度值，准确给出此温度下的充电电流修正基准值，从而缩短获取最大功率的时间。
[0075]光电传感器主要是为了快速实现车辆行驶中，从树阴等遮光下行驶出来，进入到阳光里，功率跟踪模块通过查询当前的光电值，准确给出此光强下的充电电流基准值，从而大大缩短获取最大功率的时间，提高能量利用率。
[0076]如图5所示为本发明电动汽车太阳能充电器的整体电路图，以便于对本发明的连接关系有一个全面的理解。
[0077]功率跟踪模块将输入电压输入端A2得到的电压值，与设置在功率跟踪模块内部的最低输入工作电压值进行比较，如果小于最低输入工作电压值，功率跟踪模块的控制信号输出端A6输出零电平，使升压恒流模块不工作，即控制第一场效应管Ql截止；如果大于设置的最低输入工作电压值，功率跟踪模块根据此时温度传感器，光电传感器送来的温度值，光线的强度值，计算查表给出一个充电电流初始值，从而使升压恒流模块一工作就处于太阳能组件最大输出功率点附近，而不是从最小单位量开始缓慢建立充电电流初始值，这种缓慢控制方式用在太阳能板不动的应用场合是完全可以的，用几秒建立起最大功率跟踪，在一天中影响很小。
[0078]太阳能板车载情况下，在城区行驶存在大量通过树木和其它遮光物体的情况，树木间距和车速都不一样，这时采用快速变化的光强、温度值计算查表迅速建立充电电流初始值，快速进入最大功率跟踪，提高了太阳能板的能量利用率。不用温度传感器和光电传感器的控制方式在这种情况下，升压恒流模块存在不充电的可能。
[0079]当功率跟踪模块建立起初始充电电流后，将通过功率跟踪模块的控制信号输出端A6输出有一定占空比的控制信号，使升压恒流模块开始工作，将太阳能组件输出电压El通过升压恒流模块升压后，对蓄电池充电。升压恒流模块将工作时的输入电压，输入电流，输出电压，输出电流对应送入功率跟踪模块的相应信号接收输入端，功率跟踪模块分别计算出当前的输入、输出功率，并将此时的输入、输出功率进行存储，以便与下一次输入、输出功率进行比较。
[0080]由于电动车用蓄电池容量较大，而车用太阳能组件功率又较小，功率跟踪模块将充电电压值设置在蓄电池允许的上限电压值处，当蓄电池的电压达到上限电压时，功率跟踪模块控制第一场效应管Ql截止。
[0081]当蓄电池的电压没有达到上限电压时，功率跟踪模块将根据当时的输入电压、温度、光强，按照固定的周期增加充电电流的基准，功率跟踪模块根据增加的充电电流基准，控制第一场效应管Ql导通的时间变长，从而使得第一电感LI中的储存能量增加，充电电流增大，功率跟踪模块根据第三电容C3上反馈回来的充电电流值，计算出该电流基准下的充电功率值，并与上一次存储充电功率值比较，如果充电功率值增加，则在下一周期继续增加充电电流的基准，再计算充电功率…，当出现计算到的当前充电功率比上一次充电功率减小时，功率跟踪模块就回到上一次的充电电流的基准值，使充电功率保持在太阳能板输出功率的最大点附近；当充电电流基准增加，如果功率跟踪模块计算出来的充电功率值是减少的，就要向相反方向，减少充电电流基准值，再计算反馈回来的该电流基准下的充电功率值，如果充电功率值是增加的，则继续减少充电电流的基准，再计算充电功率…，当出现计算到的当前充电功率比上一次充电功率减小时，功率跟踪模块就回到上一次的充电电流的基准值，使充电功率始终保持在太阳能板输出功率的最大点附近。上述控制周而复始，直到无光关机。
[0082]这种功率跟踪模块保持充电电压不变，改变充电电流的方法叫充电恒定电压法和充电电流扰动法。
[0083]每次充电电流基准扰动量的大小由要求的充电纹波确定，扰动的周期由跟踪准确度要求确定。
[0084]当充电开始后，功率跟踪模块只需要改变第一场效应管Ql —个周期内的导通时间Ton，即可调节充电电流的大小。功率跟踪模块将第三电容C3上反馈回来的充电电流值和给定基准电流值进行比较，若充电电流值大于给定基准电流值，则功率跟踪模块控制第一场效应管Ql，在一个周期内的导通时间Ton变短，使第一电感LI在第一场效应管Ql导通时间Ton内的储能变小，使充电电流降下来；若充电电流值小于给定基准电流值，则功率跟踪模块控制第一场效应管Ql，在一个周期内的导通时间Ton变长,使第一电感LI在第一场效应管Ql导通时间Ton内的储能变大，使充电电流大上去；只要功率跟踪模块的充电电流基准不变，则实际充电电流值最终回到基准值。
[0085]本发明将停车时，低于蓄电池组电压的太阳能组件电压进行升压后，对蓄电池组进行充电；将行驶中低于蓄电池组电压的太阳能组件电压进行升压后，对电动车进行供电，为电动车节约20%左右的电量；增加20%左右的行驶里程。
[0086]总之，本发明工作时，长时间内功率跟踪模块采用根据当前输入电压、当前温度、当前光强值进行改变充电基准电流扰动法进行恒流充电；短时采用围绕充电电流基准法恒流充电，以保证充电功率点始终围绕在太阳能组件最大输出功率点附近。
[0087]为了完成以上工作，功率跟踪模块可以是单片机与PWM型开关电源控制器合成，也可以是独立单片机，还可以是DSP处理器，具体连接方式对于本领域技术人员来说都是惯用的技术手段。
[0088]本发明工作时，充电的功率通过功率显示器显示。
[0089]由于本发明白天一直有电流对蓄电池充电，对于激活电池防止老化有较好作用。
[0090]由于本发明采用了由阳光控制的自供电方案，对蓄电池只充电，不耗电。[0091]而且，本发明技术方案还具有如下有益效果:
[0092]( I)为电动车节约20%左右的电量；
[0093]( 2 )为电动车增加20%左右的行驶里程；
[0094](3)激活电池组防止老化，延长电池组使用寿命；
[0095](4)对蓄电池只充电，不耗电。
[0096]本发明工作时，长时间内功率跟踪模块采用根据当前输入电压、当前温度、当前光强值进行改变充电基准电流扰动法进行恒流充电；短时采用围绕充电电流基准法恒流充电，以保证充电功率点始终围绕在太阳能组件最大输出功率点附近。
[0097]在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
[0098]尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解:在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。
【权利要求】
1.一种电动汽车太阳能充电器，其特征在于，包括:自供电模块、升压恒流模块、功率跟踪模块和光电传感器； 所述自供电模块连接太阳能组件(E1)，所述太阳能组件(El)将太阳能转换为电能之后发送到自供电模块； 所述自供电模块分别连接升压恒流模块和功率跟踪模块，所述升压恒流模块连接蓄电池(E2)，所述升压恒流模块还连接功率跟踪模块； 所述温度传感器、光电传感器连接功率跟踪模块，所述温度传感器用于感测外部温度并发送给所述功率跟踪模块，所述光电传感器用于感测外部光线并发送给所述功率跟踪模块，所述功率跟踪模块预设与所述温度、光线一一对应的充电电流初始值，通过查询给出与当前温度、光线对应充电电流基准值并发送给升压恒流模块。
2.根据权利要求1所述的电动汽车太阳能充电器，其特征在于，还包括:雷电保护器，所述雷电保护器的高电位输入端与太阳能组件(El)的正极连接，雷电保护器的低电位输入端与太阳能组件(El)的负极连接；雷电保护器的接地端(Dl)与汽车车架连接；雷电保护器的高、低电位输出端分别与自供电模块的高、低电位输入端连接； 其中雷电保护器为保险器件(F1)，压敏器件(RVl)和压敏器件(RV2)，所述保险器件(Fl)—端连接太阳能组件(El)正极，另一端连接压敏器件(RVl)—端，所述压敏器件(RVl)另一端连接压敏器件(RV2 ) —端，所述压敏器件(RV2 )另一端连接太阳能组件(EI)负极，压敏器件(RVl)和压敏器件(RV2)连接端为接地端(Dl)。
3.根据权利要求1或2 所述的电动汽车太阳能充电器，其特征在于，所述自供电模块包括:电阻(Rl )，电容(C4)、电容(C5)和稳压器(U4)； 所述电阻(Rl)的一端连接电容(C4)的一端，所述电容(C4) 一端还连接稳压器(U4)第一端(1)，所述电容(C4)另一端分别连接稳压器(U4)第二端(2)和电容(C5)—端，所述稳压器(U4)第三端(3)连接电容(C5)另一端。
4.根据权利要求1所述的电动汽车太阳能充电器，其特征在于，所述升压恒流模块包括:电阻(R2)、电阻(R3)、电阻(R4)、电阻(R5)、取样电阻(R6)、电阻(R7)，电容(Cl)、电容(C2)、电容(C3)，电感(LI)，二极管(D1)、二极管(D2)，二极管(D3)、场效应管(Ql)和电流传感器(Ul)； 所述电容(Cl) 一端连接电阻(R2)—端，另一端连接太阳能组件(El)负极和电阻(R3)一端，所述电阻(R2)另一端连接电阻(R3)另一端，所述电流传感器(Ul)第一端(I)连接电阻(R3)—端，第三端(3)连接二极管(D3)负极，所述二极管(D3)正极分别连接电感(LI)一端和场效应管(Ql)集电极，所述电感(LI)另一端连接电阻(R2)—端，所述场效应管(Ql)发射极连接电流传感器(Ul)第三端(3)，所述二极管(Dl)负极连接场效应管(Ql)集电极，二极管(Dl)正极连接电容(C2)—端，所述电容(C2)另一端连接场效应管(Ql)发射极，所述二极管(Dl)正极还分别连接二极管(D2)负极和电阻(R4)—端，所述二极管(D2)正极连接蓄电池(E2)正极，所述电阻(R4)另一端连接电阻(R5) —端，所述电阻(R5)另一端分别连接场效应管(Ql)发射极和电容(C3) —端，所述取样电阻(R6) —端连接电容(C3) —端，另一端分别连接电阻(R7)和蓄电池(E2)负极，所述电阻(R7)另一端连接电容(C3)另一端。
5.根据权利要求1所述的电动汽车太阳能充电器，其特征在于，还包括:充电功率显示器，所述功率跟踪模块的充电功率指示输出端(A13)与充电功率显示器输入端(A14)连接，用于将功率跟踪模块的充电功率显示给用户。
6.根据权利要求1所述的电动汽车太阳能充电器，其特征在于，还包括:温度传感器，所述温度传感器的模拟电压输出端(A17)与功率跟踪模块的温度模拟电压接收端(A18)连接；所述温度传感器用于快速实现车辆行驶中温度值的变化，所述功率跟踪模块通过温度传感器检测的温度值，准确给出此温度下的充电电流修正基准值。
7.根据权利要求1所述的电动汽车太阳能充电器，其特征在于，所述功率跟踪模块为单片机与PWM型开关电源控制器的合成，或者为独立单片机，或者为DSP处理器。
8.一种电动汽车太阳能充电器的使用方法，其特征在于，包括如下步骤: 步骤1，太阳能组件为自供电模块供电，自供电模块为功率跟踪模块提供工作电源，升压恒流模块充电功率送给功率跟踪模块，功率跟踪模块控制功率显示器显示当前充电功率； 步骤2，当太阳能组件(El)接收到阳光后，所述太阳能组件(El)正、负极就输出电压，稳压器(U4)通过电阻(Rl)降压后，接收到这个太阳能组件的输出电压，并经稳压器(U4)稳压后送到功率跟踪模块的供电输入端，对它进行供电； 步骤3，当升压恒流模块对电容(Cl)上的太阳能组件(El)的输出电压进行升压时，功率跟踪模块发出控制信号给场效应管(Ql )，使场效应管(Ql)导通，此时太阳能组件(El)的输出能量储存在电感(LI)中； 步骤4，当升压恒流模块需要充电时，功率跟踪模块发出控制信号给场效应管(Ql )，使场效应管(Ql)截止， 此时储存在电感(LI)中的太阳能组件(El)的输出能量通过二极管(Dl)和二极管(D2)对蓄电池(E2)和输出储存电容(C2)进行充电； 步骤5，充电时取样电阻(R6)的电压值为充电电流对应值，升压恒流模块经电阻(R7)、电容(C3)滤波的取样电阻(R6)的电流值反馈给功率跟踪模块，功率跟踪模块对充电电流与基准比较值进行比较后，发送控制信号并控制场效应管(Ql)的导通、截止； 步骤6，当充电电压大于蓄电池(E2)的上限电压时，电阻(R5)上的输出电压值被反馈到功率跟踪模块，功率跟踪模块发送控制信号使场效应管(Ql)截止； 步骤7，在对蓄电池(E2)进行充电时，升压恒流模块将由电阻(R2)、电阻(R3)分压的输入电压，由电流传感器(Ul)测到的输入电流，由电阻(R4)、电阻(R5)分压的输出电压，由电阻(R6)、电阻(R7)、电容(C3)测到的输出电流分别送到功率跟踪模块，由功率跟踪模块计算出充电时，太阳能组件的输出功率即充电的输入功率及充电的输出功率，用于比较输入、输出功率的变化，从而控制场效应管Ql的导通、截止时间； 步骤8，功率跟踪模块将输入电压输入端(A2)得到的电压值，与设置在功率跟踪模块内部的最低输入工作电压值进行比较，如果小于最低输入工作电压值，功率跟踪模块的控制信号输出端(A6)输出零电平，使升压恒流模块不工作，即控制场效应管(Ql)截止；如果大于设置的最低输入工作电压值，功率跟踪模块根据此时温度传感器，光电传感器送来的温度值，光线的强度值，计算查表给出一个充电电流初始值，从而使升压恒流模块一工作就处于太阳能组件最大输出功率点附近，而不是从最小单位量开始缓慢建立充电电流初始值； 步骤9，当功率跟踪模块建立起初始充电电流后，将通过功率跟踪模块的控制信号输出端(A6)输出有一定占空比的控制信号，使升压恒流模块开始工作，将太阳能组件(El)输出电压通过升压恒流模块升压后，对蓄电池充电；升压恒流模块将工作时的输入电压，输入电流，输出电压，输出电流对应送入功率跟踪模块的相应信号接收输入端，功率跟踪模块分别计算出当前的输入、输出功率，并将此时的输入、输出功率进行存储，以便与下一次输入、输出功率进行比较；当蓄电池(E2)的电压达到上限电压时，功率跟踪模块控制场效应管(Ql)截止； 步骤10，当蓄电池(E2)的电压没有达到上限电压时，功率跟踪模块将根据当时的输入电压、温度、光强，按照固定的周期增加充电电流的基准，功率跟踪模块根据增加的充电电流基准，控制场效应管(Ql)导通的时间变长，从而使得电感(LI)中的储存能量增加，充电电流增大，功率跟踪模块根据电容(C3)上反馈回来的充电电流值，计算出该电流基准下的充电功率值，并与上一次存储充电功率值比较，如果充电功率值增加，则在下一周期继续增加充电电流的基准，再计算充电功率； 步骤11，当出现计算到的当前充电功率比上一次充电功率减小时，功率跟踪模块就回到上一次的充电电流的基准值，使充电功率保持在太阳能板输出功率的最大点附近；当充电电流基准增加，如果功率跟踪模块计算出来的充电功率值是减少的，就要向相反方向，减少充电电流基准值，再计算反馈回来的该电流基准下的充电功率值，如果充电功率值是增加的，则继续减少充电电流的基准，再计算充电功率； 步骤12，当出现计算到的当前充电功率比上一次充电功率减小时，功率跟踪模块就回到上一次的充电电流的基准值，使充电功率始终保持在太阳能板输出功率的最大点附近，上述控制周而复始，直到无光关机。
9.根据权利要求8所述的电动汽车太阳能充电器的使用方法，其特征在于，所述步骤7和步骤8之间包括: 步骤7-1，当充电开始后，功率跟踪模块需要改变场效应管(Ql)—个周期内的导通时间，即可调节充电电流的大小；功率跟踪模块将电容(C3)上反馈回来的充电电流值和给定基准电流值进行比较，若充电电流值大于给定基准电流值，则功率跟踪模块控制场效应管(Ql),在一个周期内的导通时间变短，使电感(LI)在场效应管(Ql)导通时间内的储能变小，使充电电流降下来；若充电电流值小于给定基准电流值，则功率跟踪模块控制场效应管(Ql)，在一个周期内的导通时间变长，使电感(LI)在场效应管(Ql)导通时间内的储能变大，使充电电流变大；只要功率跟踪模块的充电电流基准不变，则实际充电电流值最终回到基准值； 步骤7-2，在停车时，低于蓄电池组电压的太阳能组件电压进行升压后，对蓄电池组进行充电；将行驶中低于蓄电池组电压的太阳能组件电压进行升压后，对电动车进行供电，正常情况下，太阳能组件的输出电压远低于压敏器件(RV1)、压敏器件(RV2)的导通电压，压敏器件(RVI)、压敏器件(RV2 )对电路没有影响。
10.根据权利要求8所述的电动汽车太阳能充电器的使用方法，其特征在于，所述步骤2和步骤3之间包括: 步骤2-1，如果发生雷电时，在太阳能组件(El)的正、负极之间形成上万伏高压，压敏器件(RV1)，压敏器件(RV2)将被快速导通，压敏器件(RV1)、压敏器件(RV2)的电阻值迅速减小到零，对雷电形成短路，保护了人员和车辆的安全； 步骤2-2，如果发生雷电时，在太阳能组件(El)的正极与雷电保护器的接地端(Dl)之间形成上万伏高压，压敏器件(RVl)将被快速击穿，压敏器件(RVl)的电阻值迅速减小到零，对雷电形成短路，保护了人员和车辆的安全； 步骤2-3，如果发生雷电时，在太阳能组件(El)的负极与雷电保护器的接地端(Dl)之间形成上万伏高压，压敏器件(RV2)将被快速击穿，压敏器件(RV2)的电阻值迅速减小到零，对雷电形成短路，保护了人员和车辆的安全。
【文档编号】H02J7/00GK103618343SQ201310477339
【公开日】2014年3月5日 申请日期:2013年10月12日 优先权日:2013年10月12日
【发明者】张兴海, 李珩, 熊代荣, 王震 申请人:东风小康汽车有限公司重庆分公司