Mppt統(tǒng)一控制電路及其控制方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種能源系統(tǒng)直流變換電路控制技術，具體涉及一種太陽能無人機能源系統(tǒng)不調節(jié)母線MPPT統(tǒng)一控制電路及其控制方法。
【背景技術】
[0002]太陽能無人機顧名思義主要是依靠獲取太陽能為能量的飛行器。太陽能無人機具有巡航時間長，飛行高度高，覆蓋區(qū)域廣等優(yōu)點，可以執(zhí)行多種任務，具備常規(guī)飛行器不可替代的優(yōu)點。太陽能在航空器的應用研究，是我國未來航空、航天重點發(fā)展的一個新領域，也是各國航空工業(yè)研究的一個新熱點。太陽能無人機的工作原理是:白天，依靠機體表面鋪設的太陽電池將吸收的太陽光輻射能轉換為電能，維持動力系統(tǒng)、航空電子設備和有效載荷的運行，同時對機載二次電源充電；夜間，太陽能無人機釋放二次電源中儲存的電能，維持整個系統(tǒng)的正常運行。如果白天儲存的能量能滿足夜間飛行的需要，則太陽能無人機理論上可以實現“永久”飛行。目前國外機構已經對這類飛行器能源系統(tǒng)進行了深入研究，而國內目前還處于前期探索階段。
[0003]太陽能無人機能源系統(tǒng)是無人機平臺的一個重要組成部分，負責并承擔飛行器在光照期和地影期各階段，產生、儲蓄、調節(jié)、變換、分配、傳輸和管理電能，并在整個壽命期間內，為飛行器提供不間斷、安全、可靠供電的任務。
[0004]如圖1所示，為一種太陽能無人機能源系統(tǒng)，采用不調節(jié)母線架構，包含:太陽能電池陣101、電路連接太陽能電池陣101的功率調節(jié)電路102、輸出端電路連接功率調節(jié)電路102的MPPT(Maximum Power Point Tracking，最大功率跟蹤)統(tǒng)一控制電路103、電路連接功率調節(jié)電路102的鋰離子蓄電池組104，和通過開關連接鋰離子蓄電池組104的載荷105。其中MPPT統(tǒng)一控制電路103需要實現太陽能電池陣功率調節(jié)、最大功率點跟蹤、恒壓控制和限流控制等功能，才能實現太陽能無人機能源系統(tǒng)效能的最大發(fā)揮，以滿足無人機晝夜等復雜工況下的能源供給。

【發(fā)明內容】

[0005]本發(fā)明提供一種MPPT統(tǒng)一控制電路及其控制方法，保證能源系統(tǒng)在不同工況下的穩(wěn)定運行和太陽能電池陣功率輸出的最大化。
[0006]為實現上述目的，本發(fā)明提供一種MPPT統(tǒng)一控制電路，其特點是，該控制電路包含:
最大功率點跟蹤模塊，其采樣太陽能電池陣電流和電壓，搜索太陽能電池陣的最大功率點，調節(jié)太陽能電池陣電流和電壓，固定太陽能電池陣在最大功率點；
恒壓控制模塊，其采樣母線電壓，通過電壓參考值調節(jié)母線電壓保持恒定；
限流控制模塊，其采樣蓄電池組充電電流，通過電流參考量調節(jié)蓄電池組充電電流，保持蓄電池組充電電流小于等于蓄電池組最大充電電流；
邏輯控制模塊，其接收最大功率點跟蹤模塊輸出的太陽能電池陣電流和電壓、恒壓控制模塊輸出的母線電壓、限流控制模塊輸出的蓄電池組充電電流的情況，根據太陽能電池陣功率輸出情況、載荷功率需求以及蓄電池組狀態(tài)的工況，判定最大功率點跟蹤模塊、或恒壓控制模塊、或限流控制模塊啟動工作。
[0007]上述最大功率點跟蹤模塊包含:
太陽能電池陣功率采樣電路，其實時采樣太陽能電池陣電壓和電流；
MPPT跟蹤電路，其接收太陽能電池陣電壓和電流，并搜索太陽能電池陣的最大功率點；太陽能電池陣功率自主調節(jié)電路，其根據MPPT跟蹤電路搜索得的最大功率點和太陽能電池陣功率采樣電路實時采樣的太陽能電池陣電壓和電流調節(jié)太陽能電池陣功率，使太陽能電池陣固定在最大功率點。
[0008]上述恒壓控制模塊包含:
母線電壓采樣電路，其實時采樣母線電壓；
母線恒壓自主調節(jié)電路，其通過預設的電壓參考量和母線電壓采樣電路采樣的母線電壓調節(jié)母線電壓，使母線電壓保持恒定。
[0009]上述限流控制模塊包含:
蓄電池電流采樣電路，其實時采樣蓄電池組充電電流；
蓄電池電流自主調節(jié)電路，其通過預設的電流參考量和蓄電池電流采樣電路采樣的蓄電池組充電電流調節(jié)蓄電池組充電電流，使蓄電池組充電電流小于等于蓄電池組最大充電電流。
[0010]上述邏輯控制模塊包含:
邏輯電路，其接收最大功率點跟蹤模塊輸出的太陽能電池陣電流和電壓、恒壓控制模塊輸出的母線電壓、限流控制模塊輸出的蓄電池組充電電流的情況，判定最大功率點跟蹤模塊、或恒壓控制模塊、或限流控制模塊啟動工作；
驅動電路，其電路連接邏輯電路輸出端，根據邏輯電路的判定，驅動最大功率點跟蹤模塊、或恒壓控制模塊、或限流控制模塊工作；
功率電路，其電路連接驅動電路輸出端，控制最大功率點跟蹤模塊、或恒壓控制模塊、或限流控制模塊的工作功率。
[0011 ] 一種上述的MPPT統(tǒng)一控制電路的控制方法，其特點是，該方法包含:
邏輯控制模塊通過采樣太陽能電池陣電流和電壓，判定太陽能電池陣未工作于最大功率點時，控制最大功率點跟蹤模塊啟動工作，將太陽能電池陣固定在最大功率點；
邏輯控制模塊通過采樣母線電壓，判定母線電壓變化時，控制恒壓控制模塊啟動工作，以控制母線電壓保持恒定；
邏輯控制模塊通過采樣蓄電池組充電電流，判定蓄電池組充電電流大于預設的充電電流閾值時，控制限流控制模塊啟動工作，控制蓄電池組充電電流小于等于蓄電池最大組充電電流。
[0012]上述最大功率點跟蹤模塊固定太陽能電池陣在最大功率點的方法包含:
太陽能電池陣功率采樣電路實時采樣太陽能電池陣電壓Vsa和電流Isa;
MPPT跟蹤電路控制太陽能電池陣功率自主調節(jié)電路對太陽能電池陣電壓VsjP電流I sa進行擾動，直至太陽能電池陣功率變化小于1%，則停止擾動，將太陽能電池陣固定在最大功率點。
[0013]上述MPPT跟蹤電路將太陽能電池陣電壓Vsa和電流Isa進行擾動至aVsJPbIsa;其中a、b為系數，0.95<a<0.98，0.95<b<0.98。
[0014]上述恒壓控制模塊調節(jié)母線電壓保持恒定的方法包含:
母線電壓采樣電路實時采樣母線電壓；
母線恒壓自主調節(jié)電路通過預設的電壓參考量和母線電壓采樣電路采樣的母線電壓調節(jié)母線電壓，使母線電壓保持恒定。
[0015]上述限流控制模塊保持蓄電池組充電電流小于等于蓄電池組最大充電電流的方法包含:
蓄電池電流采樣電路實時采樣蓄電池組充電電流；
蓄電池電流自主調節(jié)電路通過預設的電流參考量和蓄電池電流采樣電路采樣的蓄電池組充電電流調節(jié)蓄電池組充電電流，使蓄電池組充電電流小于等于蓄電池組最大充電電流。
[0016]本發(fā)明MPPT統(tǒng)一控制電路及其控制方法和現有技術的太陽能無人機能源系統(tǒng)相比，其優(yōu)點在于，本發(fā)明的MPPT統(tǒng)一控制電路包含太陽能電池陣MPPT功能、恒壓控制功能和限流控制功能，并實現了不同功能模式的自主切換。當控制電路檢測到太陽能電池陣供電且蓄電池未充滿時，統(tǒng)一控制電路切換到MPPT模式，通過功率電路調節(jié)控制太陽能電池陣工作在最大功率點，保證太陽能電池陣的最大輸出功率。統(tǒng)一控制電路檢測