专利名称：利用太阳能的汽车供电系统和汽车供电控制方法
技术领域：
本发明涉及可再生能源技术，特别涉及一种利用太阳能的汽车供电系统和汽车供电控制方法。
背景技术：
资源有限、污染严重的传统石化燃料能源正在一天天减少，于是资源无限、清洁干净的可再生能源成为人们关注的焦点。其中太阳能作为一种新兴的绿色能源，以其永不枯竭、无污染、不受地域资源限制等优点，正得到迅速的推广应用。根据光生伏特效应原理，利用太阳电池将太阳光能直接转化为电能的光伏技术是一项非常重要的技术，能够实现人类向可持续的全球能源系统转变。国际上普遍认为，在长期的能源战略中，太阳能光伏发电在太阳能热发电、风力发电、海洋发电、生物质能发电等许多可再生能源中具有更重要的地位。预计到2030年光伏发电在世界的总发电量中将占到5%到20%。目前业界已经开发出将太阳能作为汽车能量来源的技术，但是由于太阳能照射强度弱且不稳定，再加之转换效率低，因此汽车上的太阳能电池目前都作为补充的能量来源使用，在许多情况下汽车电器仍然需要依赖于汽车的发电机和蓄电池的储能。显然，如果能够将主要能量来源与补充能量来源灵活地组合使用，则可以大幅度提高能源使用效率并降低环境污染。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种利用太阳能的汽车供电系统，其可以提高能源利用效率并改善驱动能力。上述目的可以由下述技术方案实现。一种利用太阳能的汽车供电系统，包括太阳能电池单元；主储能单元；副储能单元；以及电源管理单元，其与所述太阳能电池单元、所述主储能单元、所述副储能单元以及汽车用电负载连接，其中，所述电源管理单元根据所述主储能单元、所述副储能单元的状态，在所述主储能单元和所述副储能单元之间分配能量。优选地，在上述汽车供电系统中，所述主储能单元和所述副储能单元的状态为它们的剩余电量。优选地，在上述汽车供电系统中，所述主储能单元和所述副储能单元为蓄电池或超级电容器，并且所述主储能单元的储电能力大于所述副储能单元的储电能力。优选地，在上述汽车供电系统中，所述电源管理单元包括与所述主储能单元相连的第一充电适配电路，用于将输入的电压转换为适于所述主储能单元的充电电压；与所述副储能单元相连的第二充电适配电路，用于将输入的电压转换为适于所述副储能单元的充电电压；与所述汽车用电负载相连的电压转换电路，用于将输入的电压转换为适于所述汽车用电负载的工作电压；控制器；切换电路，与所述太阳能电池单元、所述第一和第二充电适配电路、所述电压转换电路以及所述控制器相连，用于在控制器的控制下实现下列操作方式中的一种或者多种a)所述太阳能电池单元与所述第一充电适配电路连接以向所述主储能单元充电； b)所述太阳能电池与所述第二充电适配电路连接以向所述副储能单元充电；c)所述太阳能电池与所述电压转换电路连接以向所述汽车用电负载供电；d)所述第二充电适配电路与所述第一充电适配电路连接以使所述副储能单元向所述主储能单元充电；e)所述第一充电适配电路与所述电压转换电路连接以使所述主储能单元向所述汽车用电负载供电；以及f)所述第二充电适配电路与所述电压转换电路连接以使所述副储能单元向所述汽车用电负载供电。优选地，在上述汽车供电系统中，所述太阳能电池单元包括太阳能电池；以及与所述太阳能电池的输出端相连的输出功率优化电路，用于调整所述太阳能电池的输出功率，其中，所述输出功率优化电路通过持续地向所述太阳能电池的输出电压施加扰动并比较当前太阳能电池输出功率与前一周期的输出功率的大小，对所述太阳能电池的工作点进行实时控制调整，以实现对最大功率点的跟踪。优选地，在上述汽车供电系统中，所述控制器包括计算装置，用于计算所述主储能单元和所述副储能单元的剩余电量；与所述计算装置相连的通信装置，用于获取主储能单元和所述副储能单元的状态参数并将这些状态参数送往所述计算装置；以及控制策略生成装置，用于根据所述主储能单元和所述副储能单元的剩余电量生成相应的命令，以使所述切换电路实现所述操作方式a)_f)中的一种或多种。优选地，在上述汽车供电系统中，所述控制策略生成装置按照下列方式生成所述相应的命令如果所述主储能单元的剩余电量大于或等于第一阈值，则生成使所述切换电路实现所述操作方式b)和e)的命令；如果所述主储能单元的剩余电量小于所述第一阈值并且小于第二阈值，则生成使所述切换电路实现所述操作方式a)和d)的命令，其中所述第一阈值大于所述第二阈值；如果所述主储能单元的剩余电量小于所述第一阈值但大于所述第二阈值，则生成使所述切换电路实现所述操作方式c)和e)的命令。优选地，在上述汽车供电系统中，所述主储能单元和副储能单元为蓄电池，所述剩余电量以所述蓄电池的SOC表征，所述计算装置按照下列方式计算所述蓄电池的SOC 如果汽车处于静止状态超过一个预设的时间并且所述蓄电池的电流小于一个预设的电流值时，则根据下式计算所述蓄电池的SOC
SOC = η IX [Es+I X (R0+Rr) ] + η 2其中h为所述蓄电池的电压，I为所述蓄电池的电流，RO为所述蓄电池的欧姆内阻，Rr为所述蓄电池的极化内阻，η 和η2为常数；如果汽车处于运行状态或所述蓄电池的电流大于或等于所述预设的电流值，则根据下式计算所述蓄电池的SOC
权利要求
1.一种利用太阳能的汽车供电系统，其特征在于，包括 太阳能电池单元；主储能单元； 副储能单元；以及电源管理单元，其与所述太阳能电池单元、所述主储能单元、所述副储能单元以及汽车用电负载连接，其中，所述电源管理单元根据所述主储能单元和所述副储能单元的状态，在所述主储能单元、所述副储能单元和所述汽车用电负载之间分配能量。
2.如权利要求1所述的汽车供电系统，其中，所述主储能单元和所述副储能单元的状态为它们的剩余电量。
3.如权利要求2所述的汽车供电系统，其中，所述主储能单元和所述副储能单元为蓄电池或超级电容器，并且所述主储能单元的储电能力大于所述副储能单元的储电能力。
4.如权利要求1所述的汽车供电系统，其中，所述电源管理单元包括与所述主储能单元相连的第一充电适配电路，用于将输入的电压转换为适于所述主储能单元的充电电压；与所述副储能单元相连的第二充电适配电路，用于将输入的电压转换为适于所述副储能单元的充电电压；与所述汽车用电负载相连的电压转换电路，用于将输入的电压转换为适于所述汽车用电负载的工作电压； 控制器；切换电路，与所述太阳能电池单元、所述第一和第二充电适配电路、所述电压转换电路以及所述控制器相连，用于在控制器的控制下实现下列操作方式中的一种或者多种a)所述太阳能电池单元与所述第一充电适配电路连接以向所述主储能单元充电；b) 所述太阳能电池与所述第二充电适配电路连接以向所述副储能单元充电；c)所述太阳能电池与所述电压转换电路连接以向所述汽车用电负载供电；d)所述第二充电适配电路与所述第一充电适配电路连接以使所述副储能单元向所述主储能单元充电；e)所述第一充电适配电路与所述电压转换电路连接以使所述主储能单元向所述汽车用电负载供电；以及 f)所述第二充电适配电路与所述电压转换电路连接以使所述副储能单元向所述汽车用电负载供电。
5.如权利要求1所述的汽车供电系统，其中，所述太阳能电池单元包括 太阳能电池；以及与所述太阳能电池的输出端相连的输出功率优化电路，用于调整所述太阳能电池的输出功率，其中，所述输出功率优化电路通过持续地向所述太阳能电池的输出电压施加扰动并比较当前太阳能电池输出功率与前一周期的输出功率的大小，对所述太阳能电池的工作点进行实时控制调整，以实现对最大功率点的跟踪。
6.如权利要求4所述的汽车供电系统，其中，所述控制器包括 计算装置，用于计算所述主储能单元和所述副储能单元的剩余电量；与所述计算装置相连的通信装置，用于获取主储能单元和所述副储能单元的状态参数并将这些状态参数送往所述计算装置；以及控制策略生成装置，用于根据所述主储能单元和所述副储能单元的剩余电量生成相应的命令，以使所述切换电路实现所述操作方式a)_f)中的一种或多种。
7.如权利要求6所述的汽车供电系统，其中，所述控制策略生成装置按照下列方式生成所述相应的命令如果所述主储能单元的剩余电量大于或等于第一阈值，则生成使所述切换电路实现所述操作方式b)和e)的命令；如果所述主储能单元的剩余电量小于所述第一阈值并且小于第二阈值，则生成使所述切换电路实现所述操作方式a)和d)的命令，其中所述第一阈值大于所述第二阈值；如果所述主储能单元的剩余电量小于所述第一阈值但大于所述第二阈值，则生成使所述切换电路实现所述操作方式c)和e)的命令。
8.如权利要求6所述的汽车供电系统，其中，所述主储能单元和副储能单元为蓄电池， 所述剩余电量以所述蓄电池的SOC表征，所述计算装置按照下列方式计算所述蓄电池的 SOC 如果汽车处于静止状态超过一个预设的时间并且所述蓄电池的电流小于一个预设的电流值时，则根据下式计算所述蓄电池的SOC SOC = nix [Es+I X (R0+Rr) ] + η 2其中&为所述蓄电池的电压，I为所述蓄电池的电流，RO为所述蓄电池的欧姆内阻， Rr为所述蓄电池的极化内阻，η 和η2为常数；如果汽车处于运行状态或所述蓄电池的电流大于或等于所述预设的电流值，则根据下式计算所述蓄电池的SOC tSOC = [1 + a(At + 6)] - c \i(x)dxο其中At为所述蓄电池的温度增大值，i(x)为所述蓄电池在时刻χ的电流，t为从初始时刻到当前所经历的时间，a、b和c为常数。
9.一种利用太阳能的汽车供电控制方法，其特征在于，所述汽车的供电系统包括太阳能电池单元、主储能单元和副储能单元，所述方法包括下列步骤获取所述主储能单元和所述副储能单元的状态参数；根据获取的状态参数计算所述主储能单元和所述副储能单元的剩余电量；以及根据所述主储能单元、所述副储能单元的状态，在所述主储能单元、所述副储能单元和所述汽车用电负载之间分配能量。
10.如权利要求9所述的汽车供电控制方法，其中，所述主储能单元和所述副储能单元的状态为它们的剩余电量。
11.如权利要求9所述的汽车供电控制方法，所述主储能单元和所述副储能单元为蓄电池或超级电容器，并且所述主储能单元的储电能力大于所述副储能单元的储电能力。
12.如权利要求9所述的汽车供电控制方法，其中，依照下列方式在所述主储能单元、 所述副储能单元和所述汽车用电负载之间分配能量如果所述主储能单元的剩余电量大于或等于第一阈值，则生成使所述主储能单元向所述汽车用电负载供电并且使所述太阳能电池单元向所述副储能单元充电的命令；如果所述主储能单元的剩余电量小于所述第一阈值并且小于第二阈值，则生成使所述太阳能电池单元和所述副储能单元向所述主储能单元充电的命令，其中所述第一阈值大于所述第二阈值；如果所述主储能单元的剩余电量小于所述第一阈值但大于所述第二阈值，则生成使所述太阳能电池和所述主储能单元向所述汽车用电负载供电的命令。
13.如权利要求10所述的汽车供电控制方法，其中，所述主储能单元和副储能单元为蓄电池，所述剩余电量以所述蓄电池的SOC表征，所述计算装置按照下列方式计算所述蓄电池的SOC 如果汽车处于静止状态超过一个预设的时间并且所述蓄电池的电流小于一个预设的电流值时，则根据下式计算所述蓄电池的SOC SOC = nix [Es+I X (R0+Rr) ] + η 2其中&为所述蓄电池的电压，I为所述蓄电池的电流，RO为所述蓄电池的欧姆内阻， Rr为所述蓄电池的极化内阻，η 和η2为常数；如果汽车处于运行状态或所述蓄电池的电流大于或等于所述预设的电流值，则根据下式计算所述蓄电池的SOC
全文摘要
本发明涉及可再生能源技术，特别涉及一种利用太阳能的汽车供电系统和汽车供电控制方法。按照本发明的汽车供电系统包括太阳能电池单元；主储能单元；副储能单元；以及电源管理单元，其与所述太阳能电池单元、所述主储能单元、所述副储能单元以及汽车用电负载连接，其中，所述电源管理单元根据所述主储能单元、所述副储能单元的状态，在所述主储能单元和所述副储能单元之间分配能量。按照本发明的实施例，太阳能被储存在主储能单元和副储能单元中，因此大大提高了太阳能的利用效率。另外，将电能储存在蓄电池中后能够积少成多，用来驱动更大的负载，改进了太阳能的易用性。又，按照本发明的实施例的汽车供电系统能够很好地兼容传统动力汽车，因此有很好的实用性，便于推广。
文档编号H02N6/00GK102570905SQ20101062019
公开日2012年7月11日 申请日期2010年12月29日 优先权日2010年12月29日
发明者张海涛, 邓恒 申请人:上海汽车集团股份有限公司