太阳能汽车的光伏系统最大功率跟踪控制研究

【摘要】：目前，能源危机和环境污染已经成为制约汽车行业发展的主要问题，为了应对这一问题，世界各大汽车制造商纷纷加大了可再生清洁能源的开发和利用。太阳能发电以发电过程清洁无污染、运行成本低等优点，成为目前汽车能源研究的热点。但是受太阳能电池材料和转换效率的影响，依靠太阳能发电作为动力的太阳能汽车还处于概念和科研阶段，因此研究提高太阳能汽车的光伏系统的发电效率，是推动太阳能汽车发展的重要途径。 本文以太阳能汽车的光伏系统为研究对象，通过分析太阳电池的输出特性，修正得到了光伏阵列比较实用的工程数学模型，并在Simulink环境下建立了光伏阵列的仿真模型，得到了其输出特性曲线。其次，根据光伏电池发电特点提出了向阳跟踪控制策略，保证光伏电池的发电能力得到充分的利用；根据负载匹配原理，提出了最大功率点跟踪（MPPT）策略，保证系统将产出电能最大限度的提供给外界使用。 根据提出的最大功率控制策略，对以ATmega16单片机为核心的硬件电路进行设计，包括光信号检测装置、双轴电机驱动装置以及升压电路模块等，并在PROTUES中建立对应的仿真模型。在研究目前MPPT算法的基础上，依据光伏电池输出特性曲线的特点，提出了权位斜率法跟踪最大功率点，并在Simulink环境下通过与爬山法相比较，验证了系统的优越性。 根据系统硬件设计的功能及权位斜率算法要求，设计编写硬件程序，并运用PROTUES中的硬件仿真电路调试程序。最后将调试好的程序烧录到硬件电路中，在实际环境下，对所设计的系统进行调试和测试。在同样的环境条件下，分别对施加控制和不施加控制的光伏阵列进行测试，根据测量数据验证了本文设计的控制策略提高了系统的性能。 【关键词】：光伏阵列 MPPT 向阳跟踪 权位斜率法
【学位授予单位】：沈阳工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：U469.7;TP273
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第一章 绪论10-17
• 1.1 课题研究背景10-12
• 1.1.1 汽车行业面临的危机10-11
• 1.1.2 光伏发电技术概述11-12
• 1.1.3 新能源汽车概述12
• 1.2 太阳能汽车的发展和现状12-14
• 1.2.1 国外太阳能汽车发展现状12-14
• 1.2.2 国内太阳能汽车发展现状14
• 1.3 课题研究意义14-15
• 1.4 课题研究内容15-17
• 第二章 太阳能汽车概述17-24
• 2.1 太阳能汽车关键技术17-19
• 2.2 太阳能汽车光伏系统简介19-23
• 2.2.1 光伏系统的分类19-21
• 2.2.2 太阳能汽车光伏系统组成21-23
• 2.2.3 太阳能汽车光伏系统存在的问题23
• 2.3 本章小结23-24
• 第三章 汽车光伏系统最大功率跟踪策略设计24-41
• 3.1 汽车光伏系统最大功率跟踪策略分析24-25
• 3.2 太阳能电池特性分析25-31
• 3.2.1 太阳能电池的构造及基本工作原理25-26
• 3.2.2 太阳能电池的数学模型的建立26-28
• 3.2.3 太阳能电池输出特性分析28-31
• 3.3 向日跟踪策略31-32
• 3.4 最大功率点跟踪策略32-34
• 3.5 最大功率点跟踪算法设计34-40
• 3.5.1 最大功率点跟踪常用算法34-37
• 3.5.2 权位斜率法设计37-40
• 3.6 本章小结40-41
• 第四章 汽车光伏系统向阳跟踪控制设计与实现41-53
• 4.1 系统总体设计41-45
• 4.1.1 单片机选择42-44
• 4.1.2 硬件仿真与软件设计开发环境44-45
• 4.2 向阳跟踪控制硬件与软件设计45-52
• 4.2.1 向阳跟踪控制硬件设计45-50
• 4.2.2 向阳跟踪控制软件设计50-51
• 4.2.3 向阳跟踪控制实际测试51-52
• 4.3 本章小结52-53
• 第五章 汽车光伏系统最大功率点跟踪控制设计与实现53-64
• 5.1 最大功率点跟踪及显示硬件设计53-57
• 5.1.1 最大功率点跟踪硬件设计53-56
• 5.1.2 功率显示部分硬件设计56-57
• 5.2 最大功率点跟踪及显示程序设计57-63
• 5.2.1 权位斜率法的实现及仿真57-61
• 5.2.2 权位斜率法的硬件程序设计61
• 5.2.3 功率显示模块软件设计61-63
• 5.3 本章小结63-64
• 第六章 系统整体设计及测试64-69
• 6.1 系统整体设计64-66
• 6.2 系统硬件调试及测试结果分析66-68
• 6.3 本章小结68-69
• 第七章 结论69-71
• 7.1 总结69-70
• 7.2 展望70-71
• 参考文献71-73
• 在学研究成果73-74
• 致谢74

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