一种车载光伏储能供电系统的制作方法

本实用新型涉及智能供电技术领域，具体涉及一种基于移动能源技术，尤其是应用在城轨车辆上的车载光伏储能供电系统。

背景技术：

随着光伏发电技术的成熟，光伏发电技术已经向日益更广阔的应用领域发展，绿色可持续能源成为各个领域紧抓的风向标。随着电动汽车、城市轨道交通等领域突飞猛进的发展，也同时推动着车载光伏发电储能系统走向移动能源领域。然而传统光伏领域广泛应用的常规太阳能电池组件为玻璃板材质，并不适合应用到存在振动的移动车体上。而且，太阳能电池组件的输出为直流电，由于其输出电压及功率受光照强度等因素的直接影响，并非是一种稳定的电源，其所发电能无法直接提供给车上负载消纳。同时，车载光伏发电储能系统组件的安装容量受限于车顶面积，而车顶面积通常较小。因此，如何提高光伏发电系统效率和光伏所发电能的有效、充分利用成为当下车载光伏发电储能系统的发展趋势。然而，目前已有的车载光伏发电储能系统并不能满足组件选材的安全可靠性、系统设备配置的简单性，以及系统效率和所发电能利用的高效性。在现有技术中，主要有以下几篇文献与本实用新型申请相关。

现有技术1为北京机械设备研究所于2017年04月13日申请，并于2017年07月25日公开，公开号为CN106976433A的中国发明申请《一种车载智能供电系统》。该发明申请公开了一种车载智能供电系统，包括燃油发电机组、取力发电装置、交流并网控制器一、交流并网控制器二、蓄电池、充放电控制器、光伏发电装置、直流并网控制器、双向交直流变换器、智能监控系统、市电输入接口、交流输出接口、直流输出接口。该发明申请引入太阳能等可再生能源，实现部分能源自主供给，减少燃油消耗。把车载供电系统分成交流和直流网络，直流网络基于储能蓄电池形成，并采用双向交直流变换器实现交流和直流的双向能量流动，蓄电池作为能源后备，在其它发电装置故障时，能够实现快速切换不间断供电，确保了供电的高可靠性。

然而，现有技术1存在的技术问题是：(1)车载智能供电系统使用范围受限，供电系统设备配置过于复杂，能源利用率低；(2)车载智能供电系统涉及能源流动为双向交直流变换，光伏部分能源经双向变流器给储能蓄电池充电，能量利用为储能蓄电池经双向变换器放电，受设备效率影响，过程损耗较大。

现有技术2为郑郧于2016年07月25日申请，并于2016年12月07日公开，公开号为CN106208316A的中国发明申请《一种新型的车载光伏发电应用系统》。该发明申请公开了一种车载新能源双向储能供电系统，主要由发电机、多模式双向智能逆变器、储能蓄电池组、光伏阵列、DC/DC模块构成。发电机由车辆自身发动机驱动，发电机和光伏阵列均接向多模式双向智能逆变器，多模式双向智能逆变器还与储能蓄电池组连接，储能蓄电池组连接DC/DC模块，DC/DC模块连接直流输出端，多模式双向智能逆变器连接交流输出端。该发明申请将太阳能发电和燃油发电机发电相结合，同时加入储能蓄电池，使车载系统不仅能提供稳定的交流电源，同时也能提供直流电源，能减少燃油的消耗量，烟尘的排放量，达到环保的目的。

然而，现有技术2存在的技术问题是：(1)光伏车载系统无法满足运动车体振动的要求；(2)光伏车载系统所发电能的利用率存在不确定性。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种车载光伏储能供电系统，以解决现有车载光伏发电储能系统不能满足光伏组件选材安全可靠性、系统设备配置简单性，以及系统效率和所发电能利用高效性的技术问题。

为了实现上述实用新型目的，本实用新型具体提供了一种车载光伏储能供电系统的技术实现方案，一种车载光伏储能供电系统，包括：光伏阵列单元、MPPT控制单元、直流负载和储能单元。所述光伏阵列单元、直流负载、储能单元分别通过连接导线与所述MPPT控制单元相连。

进一步的，所述光伏阵列单元、MPPT控制单元、直流负载依次相连构成独立的光伏供电支路。所述储能单元、MPPT控制单元、直流负载依次相连构成独立的储能供电支路。

进一步的，由所述光伏阵列单元输出的功率供所述直流负载消纳，和/或供所述储能单元充电。

进一步的，当所述光伏阵列单元的输出功率大于所述直流负载的功率，且所述储能单元处于未充满电的状态下，由所述光伏阵列单元输出的功率除供给所述直流负载正常工作外，剩余的功率输出至所述储能单元进行存储。

进一步的，当所述光伏阵列单元的输出功率小于所述直流负载的功率时，除去由所述光伏阵列单元供给所述直流负载的输出功率外，由所述储能单元向所述直流负载输出补充的剩余功率以保证所述直流负载的正常工作。

进一步的，当所述光伏阵列单元的输出功率大于所述直流负载的功率，且在所述储能单元处于充满电的状态下，所述光伏阵列单元除供给所述直流负载正常工作的输出功率之外，剩余的功率由于所述储能单元处于浮充状态而无法被消纳。

优选的，所述系统还包括智能充电单元，所述智能充电单元通过连接导线与所述储能单元相连。

进一步的，所述系统还包括车载电源，所述车载电源通过连接导线与所述智能充电单元相连。

进一步的，当所述光伏阵列单元的输出功率低于所述直流负载消耗的电量时，由所述车载电源通过智能充电单元向所述储能单元输出补充的电能，以保证所述直流负载的正常工作。

优选的，所述光伏阵列单元采用柔性光伏阵列。

进一步的，所述储能单元采用蓄电池。

通过实施上述本实用新型提供的车载光伏储能供电系统的技术方案，具有如下有益效果：

(1)本实用新型能够解决现有车载光伏发电储能系统不能满足光伏组件选材安全可靠性、系统设备配置简单性，以及系统效率和所发电能利用高效性的技术问题，实现了智能车载光伏储能供电系统的安全、可靠、高效等特性；

(2)本实用新型基于光伏发电储能系统的基本设备配置及优化控制结构，并采用光伏阵列单元和储能单元直接为直流负载提供直流电，省去了直流至交流变换导致的能量损失；

(3)本实用新型设置光伏阵列单元+智能充电单元的优先等级以保证光伏阵列单元所发电能被充分利用，以及在光伏阵列单元所发电能不足时由智能充电单元为储能蓄电池补充，有效保障了直流负载的正常工作；

(4)本实用新型设备配置简单、安装方便，适应复杂应用场景能力强，系统效率能源利用率高，MPPT控制器能够实现光伏组件的最大功率追踪和蓄电池充电功能；

(5)本实用新型在传统车载光伏发电系统中增加智能充电单元与储能蓄电池友好协作，在光伏移动能源应用领域中，尤其是在存在振动的移动车体上应用运行稳定可靠，可以实现批量化生产，具备安全可靠、成本低廉等优点。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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实用新型的一些实施例，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实施例。

图1是本实用新型车载光伏储能供电系统一种具体实施例的系统结构组成框图；

图2是本实用新型车载光伏储能供电系统另一种具体实施例的系统结构组成框图；

图中：1-光伏阵列单元，2-MPPT控制单元，3-直流负载，4-储能单元，5-连接导线，6-智能充电单元，7-车载电源。

具体实施方式

为了引用和清楚起见，将下文中使用的技术名词、简写或缩写记载如下：

MPPT：Maximum Power Point Tracking，最大功率点跟踪的缩写。

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如附图1和附图2所示，给出了本实用新型车载光伏储能供电系统的具体实施例，下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明。

实施例1

如附图1所示，一种车载光伏储能供电系统的实施例，应用于移动能源领域，尤其是城铁车辆上，系统具体包括：光伏阵列单元1、MPPT控制单元2、直流负载3和储能单元4。其中，车载光伏储能供电系统可包括一个或两个以上彼此并联的直流负载3。光伏阵列单元1、直流负载3、储能单元4分别通过连接导线5与MPPT控制单元2相连。实施例1描述的车载光伏储能供电系统，设备配置简单、安装方便，适应复杂应用场景能力强，系统效率能源利用率高，MPPT控制单元2能够实现光伏组件(即光伏阵列单元1)的最大功率追踪和蓄电池(及储能单元4)充电功能。

实施例1描述的车载光伏储能供电系统作为车上独立供电系统应用，光伏阵列单元1和储能单元4分别与直流负载3构成独立的供电支路。其中，光伏阵列单元1、MPPT控制单元2、直流负载3依次相连构成独立的光伏供电支路。储能单元4、MPPT控制单元2、直流负载3依次相连构成独立的储能供电支路。实施例1描述的车载光伏储能供电系统，基于光伏发电储能系统的基本设备配置及优化控制结构，并采用光伏阵列单元1和储能单元4直接为直流负载3提供直流电，省去了直流至交流变换导致的能量损失，能够有效解决现有车载光伏发电储能系统不能满足光伏组件选材安全可靠性、系统设备配置简单性，以及系统效率和所发电能利用高效性的技术问题。

在实施例1描述的车载光伏储能供电系统中，由光伏阵列单元1输出的功率供直流负载3消纳，和/或供储能单元4充电消纳。

当光伏阵列单元1的输出功率大于直流负载3的功率，且储能单元4处于未充满电的状态下，由光伏阵列单元1输出的功率除供给直流负载3正常工作外，剩余的功率输出至储能单元4进行存储。

当光伏阵列单元1的输出功率小于直流负载3的功率时，除去由光伏阵列单元1供给直流负载3的输出功率外，由储能单元4向直流负载3输出补充的剩余功率以保证直流负载3的正常工作。

当光伏阵列单元1的输出功率大于直流负载3的功率，且在储能单元4处于充满电的状态下，光伏阵列单元1除供给直流负载3正常工作的输出功率之外，剩余的功率由于储能单元4处于浮充状态(当储能单元4，如：电池处于充满状态时，充电器不会停止充电，仍会提供恒定的电压与很小浮充电流供给电池，以时刻保证电池的电量充足)而无法被消纳。

作为本实用新型一种较佳的具体实施例，光伏阵列单元1进一步采用柔性光伏阵列。储能单元4进一步采用蓄电池。

实施例2

如附图2所示，在实施例1的基础上，系统还进一步包括智能充电单元6，智能充电单元6通过连接导线5与储能单元4相连。系统还包括车载电源7，车载电源7通过连接导线5与智能充电单元6相连。

在某些特殊情况(如：连续阴雨天等)下，当光伏阵列单元1的输出功率(即光伏阵列单元1每天所发电量)远低于直流负载3消耗的电量时，由车载电源7通过智能充电单元6向储能单元4输出补充的电能，以保证直流负载3的正常工作。

实施例2描述的车载光伏储能供电系统设置光伏阵列单元1+智能充电单元6的优先等级以保证光伏阵列单元1所发电能被充分利用，以及在光伏阵列单元1所发电能不足时由智能充电单元6为储能蓄电池(即储能单元4)补充，有效保障了直流负载3的正常工作。实施例2描述的车载光伏储能供电系统，在传统车载光伏发电系统中增加智能充电单元6与储能蓄电池友好协作，在光伏移动能源应用领域中，尤其是在存在振动的移动车体上应用运行稳定可靠，可以实现批量化生产，具备安全可靠、成本低廉等优点。

通过实施本实用新型具体实施例描述的车载光伏储能供电系统的技术方案，能够产生如下技术效果：

(1)本实用新型具体实施例描述的车载光伏储能供电系统，能够解决现有车载光伏发电储能系统不能满足光伏组件选材安全可靠性、系统设备配置简单性，以及系统效率和所发电能利用高效性的技术问题，实现了智能车载光伏储能供电系统的安全、可靠、高效等特性；

(2)本实用新型具体实施例描述的车载光伏储能供电系统，基于光伏发电储能系统的基本设备配置及优化控制结构，并采用光伏阵列单元和储能单元直接为直流负载提供直流电，省去了直流至交流变换导致的能量损失；

(3)本实用新型具体实施例描述的车载光伏储能供电系统，设置光伏阵列单元+智能充电单元的优先等级以保证光伏阵列单元所发电能被充分利用，以及在光伏阵列单元所发电能不足时由智能充电单元为储能蓄电池补充，有效保障了直流负载的正常工作；

(4)本实用新型具体实施例描述的车载光伏储能供电系统，设备配置简单、安装方便，适应复杂应用场景能力强，系统效率能源利用率高，MPPT控制器能够实现光伏组件的最大功率追踪和蓄电池充电功能；

(5)本实用新型具体实施例描述的车载光伏储能供电系统，在传统车载光伏发电系统中增加智能充电单元与储能蓄电池友好协作，在光伏移动能源应用领域中，尤其是在存在振动的移动车体上应用运行稳定可靠，可以实现批量化生产，具备安全可靠、成本低廉等优点。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制。虽然本实用新型已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本实用新型。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本实用新型的精神实质和技术方案的情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本实用新型技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同替换、等效变化及修饰，均仍属于本实用新型技术方案保护的范围。