太陽能電動(dòng)車超級電容MPPT技術(shù)研究

劉婧、胡楊昊、張守興

（?？诮?jīng)濟(jì)學(xué)院 571127)

1 超級電容

超級電容是近階段才應(yīng)用在不同的領(lǐng)域，跟其他已存在的電容器相對比（表1），它的靜電容量可以做到數(shù)萬F，而且它的功率密度是最大的，還有就是循環(huán)充電的次數(shù)是其他的好幾倍。

表1 幾種儲能器件性能比較

2 太陽能電動(dòng)車光伏系統(tǒng)分析

太陽能電動(dòng)車的動(dòng)力源中，光伏發(fā)電系統(tǒng)是比較重要的部分，它的作用就是幫助電容驅(qū)動(dòng)電機(jī)，當(dāng)電動(dòng)車運(yùn)動(dòng)時(shí)為超級電容補(bǔ)充電量，能夠大幅度的提高電動(dòng)車行駛里程。光伏電池既不是恒壓源，也不是恒流源，而是一類非線性的直流電源。它最主要的影響因素就是環(huán)境，這其中分為2個(gè)方面：太陽中的光照程度；電池的表面溫度。光伏電池的輸出功率肯定會隨著光照強(qiáng)度的增加而加大,而表面溫度與輸出功率卻成反比。通過對光伏電池的仿真探究，其作用就是讓它能夠應(yīng)用于不同的實(shí)際光伏電池的模擬仿真，這對科學(xué)家的探討有著積極的意義[1]。

3 太陽能電動(dòng)車光伏電池的MPPT控制

3.1 MPPT的控制原理分析

由于在光伏電池的輸出有一個(gè)非常顯著的特點(diǎn)，那就是非線性，并且它還會受光照強(qiáng)度、環(huán)境溫度以及本身所承載的狀況等多方面的因素制約。通過科學(xué)家的探索知道，光伏電池的輸出電壓多少取決于溫度，光伏電池的輸出電流則由光照強(qiáng)度制約。通過實(shí)驗(yàn)對這些因素逐個(gè)探究，發(fā)現(xiàn)在固定的光照強(qiáng)度和溫度下，并給其一個(gè)固定的電壓值，就可以得到光伏電池的最大輸出功率，但這個(gè)數(shù)值會因?yàn)楦浇沫h(huán)境條件改變而變化。太陽能電動(dòng)車為了可以利用太陽能，就必須研究光伏電池最大功率，所以MPPT原理的核心就由此而來[2]（表2）。

表2 MPPT控制方法的優(yōu)劣勢分析

太陽能電動(dòng)車有著許多系統(tǒng)，現(xiàn)在談?wù)摰墓夥到y(tǒng)中，DC-CD交換器是MPPT控制器最經(jīng)常采用的。這種交換器主要分為2類：第一種就是降壓Buck變換器；另一種就是Boost變換器。后者所說的變換器在其端口連接著一個(gè)儲能電器，在這樣的狀態(tài)下就能夠使其在電感上變?yōu)橹绷?，所以只要在Boost變換器中加入少量的電容即可。實(shí)驗(yàn)表明，后者變換器的效率高于前者，所以在光伏系統(tǒng)中主要研究的是Boost變換器的主電路[3]。

4 太陽能電動(dòng)車最大功率跟蹤器和輔助電路設(shè)計(jì)

4.1 太陽能電動(dòng)車最大功率跟蹤設(shè)計(jì)

在上面所提到的Boost變換器，之所以可以讓直流電壓得到提高，是因?yàn)殡姼袃δ苡兄妷禾嵘哪芰?。MPPT的跟蹤器就是通過BOOST變換器來起作用的，其最大能力就是可以做到阻抗匹配，讓光伏電池的輸出功率達(dá)到目標(biāo)的最大化。在這種交換器中，如果可以省略掉電路中電量的耗損，那么電源中的能量全部是由負(fù)載所消耗。當(dāng)此種交換器的阻抗為一個(gè)固定數(shù)值時(shí)，這樣占空比就會越大[4]。

4.2 太陽能電動(dòng)車輔助電路設(shè)計(jì)

在研究目標(biāo)中，為了可以讓裝置有著良好的運(yùn)行效果和安全可靠性，保證電子器件在工作的運(yùn)行過程中可以達(dá)到完美狀態(tài)，就必須采取性能非常良好的驅(qū)動(dòng)電路。驅(qū)動(dòng)電路是電子主電路和控制電路的接口，在縮短時(shí)間和降低消耗方面有著重要的作用。同時(shí)還要考慮系統(tǒng)接收信號的完整性，這就要使用超級電容電壓和超級電容溫度等，所以在對電路的設(shè)計(jì)時(shí)要考慮電壓和電容兩種信號[5]。

5 結(jié)束語

本文以太陽能電動(dòng)車MPPT技術(shù)為核心，在光伏電池的最大功率方面作了深度剖析，通過這方面的探討可以發(fā)現(xiàn)超級電容有著明顯的優(yōu)勢，對取代蓄電池有著非常美好的前景。但是在續(xù)航能力方面有著弊端，需要技術(shù)的突破。在利用光伏電池為超級電容提供能量，同時(shí)用太陽能在電動(dòng)車運(yùn)動(dòng)時(shí)為超級電容充電，具有非常廣泛的應(yīng)用性。