CN114290909A - 一种新能源电动汽车太阳能发电装置及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种新能源电动汽车太阳能发电装置及其控制方法，装置包括设于新能源电动汽车上的控制模块、光伏模块、高压模块、低压模块以及整车控制器；控制模块包括充电控制器、双向DCDC变换器、稳压电路和OBC车载双向充电器，充电控制器、稳压电路和OBC车载双向充电器分别与双向DCDC变换器电性连接；光伏模块与稳压电路电性连接，高压模块和低压模块分别与双向DCDC变换器电性连接，新能源电动汽车充电时，OBC车载双向充电器与电网电性连接；光伏模块、高压模块和低压模块分别与整车控制器电性连接。与现有技术相比，本发明实现光伏发电、低压电池、动力电池和电网之间的能源互通，使新能源汽车能量利用率最大化。
Description
技术领域
本发明涉及新能源汽车制造领域，尤其是涉及一种新能源电动汽车太阳能发电装置及其控制方法。
背景技术
近年来电动汽车快速发展，中国电动汽车市场份额超过6％，电动汽车对电力需求越来越大，但中国超过60％的电力来源于火电，某种方面看电动汽车只是排放转移，因此仍需解决电动汽车整个生命周期内的能量来源，太阳能是优质且可持续的汽车能源，当前新能源汽车太阳能发电的行业技术主要包括以下两种方式：
方式一：设计小型太阳能板给低压空调系统供电；
方式二：设计专业控制器给高压电池充电。
对于方式一，中国专利CN213799293U提出了一种靠太阳能发电的电动汽车充电系统，如图1，车顶安装可伸缩的太阳能电池板21，通过驱动控制模块控制伸缩和角度调节，整车增加电压转化模块，控制电能给动力电池31和12V蓄电池。该电动汽车充电系统需要增加电压控制模块和驱动控制模块，增加成本、增加重量和影响车内布置空间，系统臃肿，占用空间大；若长时间停车，电池满电后无法再充电，会导致能量浪费，降低光伏发电系统效益；在阴雨天或弱光时，光伏给动力电池充电效率低，一些弱光无法利用；给12V蓄电池充电，普通汽车蓄电池容量都很小，就很容易充满，且12V蓄电池不具备给动力电池31充电的功能，导致光伏浪费；
对于方式二，中国专利CN112874311A提出了一种应用于新能源汽车的太阳能提供动力和驱动空调的系统及方法，太阳能电池板1可以根据需要伸缩，太阳能电池板1发电可以给动力电池31和空调蓄电池7供电，动力电池31和空调蓄电池7都可以给空调供电。该系统中太阳能只能给空调系统和动力供电，动力电池31和空调蓄电池3能量不能互相转化，能量利用率无法最大化；空调蓄电池3电量无法给低压其它部件使用，光伏能量利用局限；
综上所述，以上两种方式均存在系统复杂、成本贵、光伏发电效益低以及缺少产业化基的缺陷。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种新能源电动汽车太阳能发电装置及其控制方法，实现光伏发电、低压电池、动力电池和电网之间的能源互通，使新能源汽车能量利用率最大化。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种新能源电动汽车太阳能发电装置，包括设于新能源电动汽车上的控制模块、光伏模块、高压模块、低压模块以及整车控制器；
所述的控制模块包括充电控制器、双向DCDC变换器、稳压电路和用于与电网电性连接的OBC车载双向充电器，所述的充电控制器、稳压电路和OBC车载双向充电器分别与双向DCDC变换器电性连接；
所述的光伏模块与稳压电路电性连接，所述的高压模块和低压模块分别与双向DCDC变换器电性连接；
所述的充电控制器、光伏模块、高压模块和低压模块分别与整车控制器电性连接。
进一步地，所述的光伏模块包括设于新能源电动汽车外表面的若干块太阳能电池板，所述的太阳能电池板与稳压电路电性连接。
进一步地，所述的若干块太阳能电池板分布区域包括新能源电动汽车的车顶、前机舱盖、侧围和后围。
进一步地，所述的高压模块包括动力电池以及与动力电池电性连接的动力电池控制器，所述的动力电池控制器与整车控制器电性连接，所述的动力电池、新能源电动汽车的高压负载以及双向DCDC变换器两两互相电性连接。
进一步地，所述的低压模块包括低压电池以及与低压电池电性连接的低压电池控制器，所述的低压电池控制器与整车控制器连接，所述的低压电池、新能源电动汽车的低压负载以及双向DCDC变换器两两互相电性连接。
一种采用所述的发电装置的控制方法，包括；
所述的充电控制器接收整车控制器采集的能量流向特征数据；
所述的充电控制器根据能量流向特征数据，通过双向DCDC变换器控制光伏模块、高压模块、低压模块以及电网之间的能量流向。
进一步地，所述的能量流向的过程分为充电模式和非充电模式；
所述的充电控制器.判断是否满足以下任一条件：
所述的光伏模块进行光伏发电；
所述的OBC车载双向充电器与电网电性连接；
若是则进入充电模式，否则进入非充电模式。
进一步地，所述的能量流向特征数据包括光伏发电功率P0、低压负载功率P1、低压电池的当前SOC以及动力电池的当前SOC。
进一步地，所述的充电模式包括：
S11、所述的充电控制器判断是否满足P0≤W或N≤d，若是则控制双向DCDC变换器向低压电池充电，否则执行步骤S12；
其中，W为设定值，N＝P0-P1，d为低压电池的允许充电功率；
S12、所述的充电控制器判断动力电池的SOC是否小于动力电池的SOC上限值，若是则控制双向DCDC变换器向动力电池充电，否则执行步骤S13；
S13、所述的充电控制器判断OBC车载双向充电器是否与电网电性连接，若是则控制双向DCDC变换器向电网充电，否则控制双向DCDC变换器停止工作。
进一步地，所述的非充电模式包括：
所述的充电控制器判断是否满足以下任一条件：
P1＞Y，N＜0，其中N＝P0-P1，Y为设定值；
低压电池的当前SOC小于低压电池的下限值；
若是则通过控制双向DCDC变换器，使动力电池向低压电池充电，否则控制双向DCDC变换器停止工作。
与现有技术相比，本发明具有以如下有益效果：
(1)本发明充电控制器根据能量流向特征数据，通过双向DCDC变换器控制光伏模块、高压模块、低压模块以及电网之间的能量流向，低压电池和动力电池都满电时，双向DCDC变换器可通过OBC车载双向充电器将光伏发电反馈给电网，或给家庭供电，当车辆长期停放或动力电池满电，可以将光伏电能转化成交流电，并流向电网或用户家庭，可以将电动汽车作为家庭备用电源，当无光照或光照很弱时，车辆启动后，充电控制器可以通过双向DCDC变换器将动力电池的电转给低压母线，用于低压电池充电或给低压负载供电，保证车辆正常使用，当车辆需要外接充电时，充电控制器通过交流母线连接电网，可以给车辆充电，能量可以流向动力电池，也可以流向低压电池，本发明通过控制策略，可以实现光伏发电、低压电池、动力电池和电网之间的能源互通，使新能源汽车能量利用率最大化；
(2)本发明光伏模块包括设于新能源电动汽车外表面的若干块太阳能电池板，若干块太阳能电池板分布区域包括新能源电动汽车的车顶、前机舱盖、侧围和后围，实现全场景太阳能发电，能量利用率高；
(3)本发明控制模块集成了充电控制器、双向DCDC变换器、稳压电路和OBC车载双向充电器，电路共用，比独立充电控制器具备成本优势。
附图说明
图1为利用小型太阳能板给低压空调系统供电的电动汽车充电系统结构图；
图2为利用专业控制器给高压电池充电的新能源汽车主视图；
图3为利用专业控制器给高压电池充电的新能源汽车俯视图；
图4为本发明提出的太阳能发电装置的结构框图；
图中标号说明：
1.控制模块，2.光伏模块，3.高压模块，4.低压模块，5.电网，6.整车控制器，7.空调蓄电池，11.充电控制器，12.双向DCDC变换器，13.稳压电路，14.OBC车载双向充电器，21.太阳能电池板，31.动力电池，32.高压负载，35.动力电池控制器，41.低压电池，42.低压负载，43.低压电池控制器。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1
一种新能源电动汽车太阳能发电装置，如图4，包括设于新能源电动汽车上的控制模块1、光伏模块2、高压模块3、低压模块4以及整车控制器6；
控制模块1包括充电控制器11、双向DCDC变换器12、稳压电路13和OBC车载双向充电器14，充电控制器11、稳压电路13和OBC车载双向充电器14分别与双向DCDC变换器12电性连接；
光伏模块2与稳压电路13电性连接，高压模块3和低压模块4分别与双向DCDC变换器12电性连接，新能源电动汽车充电时，OBC车载双向充电器14与电网5电性连接，光伏模块2、高压模块3和低压模块4分别与整车控制器6电性连接。
光伏模块2包括设于新能源电动汽车外表面的若干块太阳能电池板21，太阳能电池板21通过光伏母线与稳压电路13电性连接，若干块太阳能电池板21分布区域包括新能源电动汽车的车顶、前机舱盖、侧围和后围，实现全场景太阳能发电，能量利用率高。
高压模块3包括动力电池31以及动力电池控制器35，动力电池控制器35通过硬线与动力电池31电性连接，动力电池控制器35用于计算动力电池31的当前SOC，并上传至整车控制器6，动力电池控制器35与整车控制器6电性连接，动力电池31、新能源电动汽车的高压负载32以及双向DCDC变换器12通过高压母线两两互相电性连接。
低压模块4包括低压电池41以及低压电池控制器43，低压电池控制器43通过硬线与低压电池41连接，低压电池控制器43用于计算低压电池41的当前SOC，并上传至整车控制器6，低压电池控制器43通CAN总线与整车控制器6连接，低压电池41、新能源电动汽车的低压负载42以及双向DCDC变换器12通过低压母线两两互相电性连接。
充电控制器11实时采集光伏输入电压和电流，并计算光伏发电功率P0。
实施例2
一种采用实施例1所述的发电装置的控制方法，包括；
充电控制器11接收整车控制器6采集的能量流向特征数据，能量流向特征数据包括光伏发电功率P0、低压负载功率P1、低压电池41的当前SOC以及动力电池31的当前SOC；
充电控制器11根据能量流向特征数据，通过双向DCDC变换器12控制光伏模块2、高压模块3、低压模块4以及电网5之间的能量流向。
能量流向的过程分为充电模式和非充电模式；
充电控制器11.判断是否满足以下任一条件：
光伏模块2进行光伏发电；
OBC车载双向充电器14与电网5电性连接；
若是则进入充电模式，否则进入非充电模式。
充电模式包括：
S11、充电控制器11判断是否满足P0≤W或N≤d，若是则控制双向DCDC变换器12向低压电池41充电，否则执行步骤S12；
其中，W为设定值，N＝P0-P1，d为低压电池41的允许充电功率；
S12、充电控制器11判断动力电池31的SOC是否小于动力电池31的SOC上限值，若是则控制双向DCDC变换器12向动力电池31充电，否则执行步骤S13；
S13、充电控制器11判断OBC车载双向充电器14是否与电网5电性连接，若是则控制双向DCDC变换器12向电网5充电，否则控制双向DCDC变换器12停止工作。
非充电模式包括：
充电控制器11判断是否满足以下任一条件：
P1＞Y，N＜0，其中N＝P0-P1，Y为设定值；
低压电池41的当前SOC小于低压电池41的下限值；
若是则通过控制双向DCDC变换器12，使动力电池31向低压电池41充电，否则控制双向DCDC变换器12停止工作。
本实施例提出的控制方法能实现以下效果：
1)低压电池41和动力电池31都满电时，双向DCDC变换器12可通过OBC车载双向充电器14将光伏发电反馈给电网5，或给家庭供电，当车辆长期停放或动力电池满电，可以将光伏电能转化成交流电，并流向电网或用户家庭，可以将电动汽车作为家庭备用电源。
2)当无光照或光照很弱时，车辆启动后，充电控制器11可以通过双向DCDC变换器12将动力电池31的电转给低压母线，用于低压电池41充电或给低压负载43供电，保证车辆正常使用；
3)当车辆需要外接充电时，充电控制器11通过交流母线连接电网5，可以给车辆充电，能量可以流向动力电池31，也可以流向低压电池41。
实施例1和实施例2提出了一种新能源电动汽车太阳能发电装置及其控制方法，通过控制策略，实现光伏发电、低压电池41、动力电池31和电网之间的能源互通，使新能源汽车能量利用率最大化。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。
Claims (10)
1.一种新能源电动汽车太阳能发电装置，其特征在于，包括设于新能源电动汽车上的控制模块(1)、光伏模块(2)、高压模块(3)、低压模块(4)以及整车控制器(6)；
所述的控制模块(1)包括充电控制器(11)、双向DCDC变换器(12)、稳压电路(13)和用于与电网(5)电性连接的OBC车载双向充电器(14)，所述的充电控制器(11)、稳压电路(13)和OBC车载双向充电器(14)分别与双向DCDC变换器(12)电性连接；
所述的光伏模块(2)与稳压电路(13)电性连接，所述的高压模块(3)和低压模块(4)分别与双向DCDC变换器(12)电性连接；
所述的充电控制器(11)、光伏模块(2)、高压模块(3)和低压模块(4)分别与整车控制器(6)电性连接。
2.根据权利要求1所述的一种新能源电动汽车太阳能发电装置，其特征在于，所述的光伏模块(2)包括设于新能源电动汽车外表面的若干块太阳能电池板(21)，所述的太阳能电池板(21)与稳压电路(13)电性连接。
3.根据权利要求2所述的一种新能源电动汽车太阳能发电装置，其特征在于，所述的若干块太阳能电池板(21)分布区域包括新能源电动汽车的车顶、前机舱盖、侧围和后围。
4.根据权利要求1所述的一种新能源电动汽车太阳能发电装置，其特征在于，所述的高压模块(3)包括动力电池(31)以及与动力电池(31)电性连接的动力电池控制器(35)，所述的动力电池控制器(35)与整车控制器(6)电性连接，所述的动力电池(31)、新能源电动汽车的高压负载(32)以及双向DCDC变换器(12)两两互相电性连接。
5.根据权利要求1所述的一种新能源电动汽车太阳能发电装置，其特征在于，所述的低压模块(4)包括低压电池(41)以及与低压电池(41)电性连接的低压电池控制器(43)，所述的低压电池控制器(43)与整车控制器(6)连接，所述的低压电池(41)、新能源电动汽车的低压负载(42)以及双向DCDC变换器(12)两两互相电性连接。
6.一种如权利要求1-5任一所述的发电装置的控制方法，其特征在于，包括；
所述的充电控制器(11)接收整车控制器(6)采集的能量流向特征数据；
所述的充电控制器(11)根据能量流向特征数据，通过双向DCDC变换器(12)控制光伏模块(2)、高压模块(3)、低压模块(4)以及电网(5)之间的能量流向。
7.根据权利要求6所述的控制方法，其特征在于，所述的能量流向的过程分为充电模式和非充电模式；
所述的充电控制器(11)判断是否满足以下任一条件：
所述的光伏模块(2)进行光伏发电；
所述的OBC车载双向充电器(14)与电网(5)电性连接；
若是则进入充电模式，否则进入非充电模式。
8.根据权利要求7所述的控制方法，其特征在于，所述的能量流向特征数据包括光伏发电功率P0、低压负载功率P1、低压电池(41)的当前SOC以及动力电池(31)的当前SOC。
9.根据权利要求8所述的控制方法，其特征在于，所述的充电模式包括：
S11、所述的充电控制器(11)判断是否满足P0≤W或N≤d，若是则控制双向DCDC变换器(12)向低压电池(41)充电，否则执行步骤S12；
其中，W为设定值，N＝P0-P1，d为低压电池(41)的允许充电功率；
S12、所述的充电控制器(11)判断动力电池(31)的SOC是否小于动力电池(31)的SOC上限值，若是则控制双向DCDC变换器(12)向动力电池(31)充电，否则执行步骤S13；
S13、所述的充电控制器(11)判断OBC车载双向充电器(14)是否与电网(5)电性连接，若是则控制双向DCDC变换器(12)向电网(5)充电，否则控制双向DCDC变换器(12)停止工作。
10.根据权利要求8所述的控制方法，其特征在于，所述的非充电模式包括：
所述的充电控制器(11)判断是否满足以下任一条件：
P1＞Y，N＜0，其中N＝P0-P1，Y为设定值；
低压电池(41)的当前SOC小于低压电池(41)的下限值；
若是则通过控制双向DCDC变换器(12)，使动力电池(31)向低压电池(41)充电，否则控制双向DCDC变换器(12)停止工作。
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