一种分布式新能源汽车的太阳能发电方法及系统

1.本发明涉及新能源汽车领域，特别是一种新能源汽车的分布式太阳能发电方法及系统。


背景技术：

2.我国新能源汽车发展迅猛，截至2022年一季度，我国新能源汽车已累计推广1033万辆，成功突破1000万辆大关，我国新能源汽车产业已进入规模化快速发展新阶段。在所有的新兴能源中，太阳能具有非常高的利用价值，它是一种取之不尽，用之不竭的能量来源。随着科学技术的发展与进步，太阳能发电技术的成熟和成本降低，实现汽车车身光伏发电的性价比将越来越高。根据中国汽车工程学会发布的《节能与新能源汽车技术路线图2.0》对我国未来新能源汽车功能的定义：新的汽车产品除了具有传统的“移动”功能之外，还应具有“储能”和“供能”的新功能。因此，如何高效利用有限的新能源汽车车身覆盖面积，并通过覆盖光伏发电材料将太阳能转化为电能，使新能源汽车具有一定的发电功能，已成为亟待解决的新问题。现有太阳能车身发电对汽车周围环境中的光能利用率不高，发电功率低，没有考虑各部分太阳能车身发电的特性进行最佳发电功率匹配。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于：提供一种分布式新能源汽车的太阳能发电方法及系统，以解决现有技术问题。
4.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：1.一种分布式新能源汽车的太阳能发电方法，包括如下步骤：
5.s1、采集蓄电池电压值，判断该电压值是否大于预设充电电压值，是则关闭所有太阳能发电子系统，停止向蓄电池充电，否则执行步骤s2；
6.s2、采集各个太阳能发电子系统向蓄电池输出电压值；
7.s3、判断输出电压值是否大于等于预设启动电压值，是则启动该太阳能发电子系统连接的升压电路，向蓄电池充电，然后执行步骤s4；否则返回执行步骤s2；s4、采集各个太阳能发电子系统向蓄电池的实时充电电压值，判断实时充电电压值是否小于预设充电电压值，是则启动该太阳能发电子系统连接的升压电路，向蓄电池充电，然后执行步骤s5；否则对蓄电池进行恒压充电；
8.s5、采集各个太阳能发电子系统向蓄电池的实时充电电流值，判断蓄电池的实时充电电流值是否小于预设电流值，是则关闭所有太阳能发电子系统，停止向蓄电池充电，否则返回执行步骤s4。
9.本发明另一方面提出一种分布式新能源汽车的太阳能发电系统，包括：微控制器、以及与其连接的太阳能发电子系统、升压电路；
10.所述微控制器包括启停单元、第一实时监控单元和第二实时监控单元；所述启停单元用于配置执行以下动作：采集蓄电池电压值，判断该电压值是否大于预设充电电压值，
是则关闭所有太阳能发电子系统，停止向蓄电池充电，否则采集各个太阳能发电子系统向蓄电池输出电压值，并判断输出电压值是否大于等于预设启动电压值，是则启动该太阳能发电子系统对应的升压电路，向蓄电池充电；否则继续在启停单元执行；
11.所述第一实时监控单元用以配置执行以下动作：采集各个太阳能发电子系统向蓄电池的实时充电电压值，判断实时充电电压值是否小于预设充电电压值，是则启动该太阳能发电子系统对应的升压电路，向蓄电池充电，并跳转至第二实时监控单元执行；否则对蓄电池进行恒压充电；
12.第二实时监控单元用于配置执行以下动作：采集各个太阳能发电子系统向蓄电池的实时充电电流值，判断蓄电池的实时充电电流值是否小于预设电流值，是则关闭所有太阳能发电子系统，停止向蓄电池充电，然后返回第一实时监控单元执行；
13.所述太阳能发电子系统，包括：置于车身外部的若干个太阳能发电组件，各个太阳能发电组件包括太阳能电池板，用于接收太阳能并转化为电能输出至其连接的升压电路；
14.所述升压电路，具有最大功率点追踪功能，用于接收来自太阳能发电组件输出的电能，对其进行升压并输出电压至蓄电池。
15.进一步地前述的升压电路包括：输入电压检测模块、以及与其并联的三极管q，电容c、输出电压\电流监测模块；所述输入电压检测模块用于为微控制器提供对应的太阳能发电组件输出电压，并接收控制器对升压电路的控制信号；所述输出电压\电流监测模块用于为微控制器提供对应升压电路的输出电压、电流，并接收控制器对升压电路的控制信号；
16.电感l，所述电感l与输入电压监测单元、三极管q串联；
17.二极管d,所述二极管d与输入电压检测单元、电容c、电感l串联；
18.pwm波模块，所述pwm波模块与三极管q连接，为微控制器输出的pwm波经驱动电路输出，用于控制电子开关q的通断，控制升压电路的输出电流大小。
19.进一步地前述的太阳能发电子系统包括：顶盖太阳能发电组件、前盖太阳能发电组件、后盖板太阳能发电组件、左车面太阳能发电组件、右车面太阳能发电组件以及后车面太阳能发电组件。
20.相较于现有技术，本发明提供的技术方案带来的有益效果是：本发明所提出的技术方案，提出一种分布式太阳能发电新能源汽车车身系统，可以将新能源汽车所处环境的光能最大限度的转化为电能，并向车载动力蓄电池充电；除了光线亮度较暗的夜晚、雨、雪、大雾等极端情况外，在实际的光线亮度较强的白天环境中，可实时向电动汽车提供电能，以增加电动汽车的续驶里程，可以高效利用有限的新能源汽车车身面积最大化利用太阳能电池板所产生的电能。
附图说明
21.图1是新能源汽车车身太阳能发电系统结构图。
22.图2是升压电路图。
23.图3是本发明系统控制电路图。
具体实施方式
24.为了更了解本发明的技术内容，特举具体实施例并配合所附图式说明如下。
25.在本发明中参照附图来描述本发明的各方面，附图中示出了许多说明性实施例。本发明的实施例不局限于附图所述。应当理解，本发明通过上面介绍的多种构思和实施例，以及下面详细描述的构思和实施方式中的任意一种来实现，这是因为本发明所公开的构思和实施例并不限于任何实施方式。另外，本发明公开的一些方面可以单独使用，或者与本发明公开的其他方面的任何适当组合来使用。
26.如图1所示，图1是本发明实施例中新能源汽车车身太阳能发电系统结构图，包括：顶盖太阳能发电组件、前盖板太阳能发电组件、后盖板太阳能发电组件、左车面太阳能发电组件、右车面太阳能发电组件和后车面太阳能发电组件。还包括新能源汽车动力蓄电池和微控制器。新能源汽车车身太阳能发电系统分别对这六个太阳能发电组件分别配备具有最大功率点追踪功能的升压dc/dc电路，实时实现这六个太阳能发电组件的最大功率输出，以最大限度地利用新能源汽车周围的光能进行发电。
27.六个太阳能发电组件实现新能源汽车对所受到照射的光能进行最大效能的发电。每个发电组件包括太阳能电池板、最大功率点追踪控制的升压dc/dc电路。其中：太阳能发电组件实现光能发电；具有最大功率点追踪功能的升压dc/dc电路实现太阳能发电组最大输出功率控制和向动力蓄电池输送电能。
28.新能源汽车动力蓄电池实现对新能源汽车车身太阳能六个发电子系统所发电能的存储。
29.微控制器是分布式新能源汽车车身太阳能发电系统的控制核心，实现对六个发电子系统的发电控制，最大效能发电控制，新能源汽车动力蓄电池储能状况的检测，充电控制。
30.顶盖太阳能发电组件是在新能源汽车顶盖上贴装太阳能电池板构成，该组件发出的电能输出到升压dc/dc电路1，升压dc/dc电路1首先对顶盖太阳能发电组件进行最大输出功率点跟踪控制使顶盖太阳能发电组件达到当前最大功率输出，然后对输入的电压进行升压，以满足新能源汽车动力蓄电池的充电电压需要，将顶盖太阳能发电组件所发的电能以最大功率向新能源汽车动力蓄电池充电。
31.前盖板太阳能发电组件是在新能源汽车前盖板上贴装太阳能电池板构成，该组件发出的电能输出到升压dc/dc电路2，升压dc/dc电路2首先对前盖板太阳能发电组件进行最大输出功率点跟踪控制使前盖板太阳能发电组件达到当前最大功率输出，然后对输入的电压进行升压，以满足新能源汽车动力蓄电池的充电电压需要，将前盖板太阳能发电组件所发的电能以最大功率向新能源汽车动力蓄电池充电。
32.后盖板太阳能发电组件是在新能源汽车后盖板上贴装太阳能电池板构成，该组件发出的电能输出到升压dc/dc电路3，升压dc/dc电路3首先对后盖板太阳能发电组件进行最大输出功率点跟踪控制使后盖板太阳能发电组件达到当前最大功率输出，然后对输入的电压进行升压，以满足新能源汽车动力蓄电池的充电电压需要，将后盖板太阳能发电组件所发的电能以最大功率向新能源汽车动力蓄电池充电。
33.左车面太阳能发电组件是在新能源汽车左车面上贴装太阳能电池板构成，该组件发出的电能输出到升压dc/dc电路4，升压dc/dc电路4首先对左车面太阳能发电组件进行最大输出功率点跟踪控制使左车面太阳能发电组件达到当前最大功率输出，然后对输入的电压进行升压，以满足新能源汽车动力蓄电池的充电电压需要，将左车面太阳能发电组件所
发的电能以最大功率向新能源汽车动力蓄电池充电。
34.右车面太阳能发电组件是在新能源汽车右车面上贴装太阳能电池板构成，该组件发出的电能输出到升压dc/dc电路5，升压dc/dc电路5首先对右车面太阳能发电组件进行最大输出功率点跟踪控制使右车面太阳能发电组件达到当前最大功率输出，然后对输入的电压进行升压，以满足新能源汽车动力蓄电池的充电电压需要，将右车面太阳能发电组件所发的电能以最大功率向新能源汽车动力蓄电池充电。
35.后车面太阳能发电组件是在新能源汽车后车面上贴装太阳能电池板构成，该组件发出的电能输出到升压dc/dc电路6，升压dc/dc电路6首先对后车面太阳能发电组件进行最大输出功率点跟踪控制使后车面太阳能发电组件达到当前最大功率输出，然后对输入的电压进行升压，以满足新能源汽车动力蓄电池的充电电压需要，将后车面太阳能发电组件所发的电能以最大功率向新能源汽车动力蓄电池充电。
36.这六个太阳能发电组件在同一时刻的发电特性并不相同，当阳光从正上方照射时，汽车顶盖太阳能发电组件的单位面积发电功率最大，前盖板和后盖板太阳能发电组件的单位面积发电功率次之，左车面、右车面和后车面太阳能发电组件的单位面积发电功率最小。但当阳光从前方、后方、左侧面或右侧面照射时，这六个太阳能发电组件的发电情况则会出现很大的变化。所以，分布式新能源汽车车身太阳能发电系统分别对这六个太阳能发电组件分别配备具有最大功率点追踪功能的升压dc/dc电路，实时实现这六个太阳能发电组件的最大功率输出，以最大限度地利用新能源汽车周围的光能进行发电。
37.如图2所示，图2是本发明实施例中一种分布式新能源汽车车身太阳能发电系统的升压dc/dc电路，其工作过程如下：输入电压检测电路为微控制器提供对应的太阳能发电组件输出电压，用于控制该升压dc/dc电路是否工作：当输入电压大于或等于设定最低输入电压，则说明当前环境中照射到对应太阳能发电组件上的光强能够满足发电要求，升压dc/dc电路可以工作，否则，升压dc/dc电路不可以工作。
38.输出电流检测电路为微控制器提供对应升压dc/dc电路的输出电流，用于控制该升压dc/dc电路是否工作：当动力蓄电池的充电电压低于设定的充电电压最大值，则说明当前动力蓄电池可以恒定电流充电，升压dc/dc电路可以以最大功率工作；当动力蓄电池的充电电压等于设定的充电电压最大值，则说明当前动力蓄电池可以恒定电压充电，升压dc/dc电路不能以最大功率工作；否则，升压dc/dc电路不可以工作。
39.pwm波为微控制器输出的pwm波经驱动电路输出，用于控制电子开关q的通断，以实现该升压dc/dc电路的输出电流大小：当动力蓄电池的充电电压低于设定的充电电压最大值，则说明当前动力蓄电池可以恒定电流充电，此时升压dc/dc电路由微控制器以最大功率模式输出的pwm进行控制，以实现最大功率跟踪工作；当动力蓄电池的充电电压等于设定的充电电压最大值，则说明当前动力蓄电池可以恒定电压充电，此时升压dc/dc电路由微控制器以设定功率模式输出的pwm进行控制，以实现设定功率跟踪工作；否则，升压dc/dc电路因微控制器停止输出pwm波控制其停止工作。
40.图3所示的是本发明实施例中一种分布式新能源汽车车身太阳能发电系统的系统控制电路，其工作过程步骤如下：
41.s1、微控制器采集系能源汽车蓄电池电压值，判断该电压值是否大于预设充电电压值，是则关闭所有太阳能发电子系统，停止向蓄电池充电，否则执行步骤s2；
42.s2、微控制器采集各个太阳能发电子系统向蓄电池输出电压值，并判断输出电压值是否大于等于预设启动电压值，是则启动该太阳能发电子系统连接的升压电路，向蓄电池充电，然后执行步骤s4；否则执行步骤s3；
43.s3、返回执行步骤s2；
44.s4、微控制器采集各个太阳能发电子系统向蓄电池的实时充电电压值，判断实时充电电压值是否小于预设充电电压值，是则启动该太阳能发电子系统连接的升压电路，向新能源蓄电池充电，然后执行步骤s5；否则对新能源汽车蓄电池进行恒压充电；
45.s5、微控制器采集各个太阳能发电子系统向蓄电池的实时充电电流值，判断蓄电池的实时充电电流值是否小于预设电流值，是则关闭所有太阳能发电子系统，停止向新能源蓄电池充电，否则返回执行步骤s4。
46.采用全车身太阳能电池板覆盖，以达到最大效能地利用车身所受光能的接受。
47.汽车在不同时间、不同行驶方向和不同停泊车位，车身每个部位的受光都各不相同，如果汽车车身局部部件覆盖太阳能发电器件，并不能确保该太阳能发电部件的发电性能达到最佳。同时考虑到太阳能发电器件技术的成熟和性价比提高，采用全车身太阳能电池板覆盖的解决方案能够确保汽车车身能够最大限度地接收来自汽车周环境提供的光能用于发电。
48.采用dc/dc升压电路和最大功率点跟踪，以实现不同接收光能强度的太阳能电池板达到最大功率发电，使车身的光/电转换率达到最高。
49.在实际应用中汽车车身不同太阳能发电部件不受强度各有差异，这会导致其发电特性随着时间和位置的变化而变化。通过采用dc/dc升压电路和最大功率点跟踪技术，合理划分汽车车身不同相似受光太阳能发电器件，进行分布式发电性能跟踪控制方案，可以使整个汽车车身太阳能发电部件都达到最佳的工作状态，实现最大限度地吸收汽车周围环境中的光能进行发电，使车身的光/电转换效率达到最高。
50.虽然本发明已以较佳实施例阐述如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。