阅读说明：本技术 一种光电池分区结构、最大功率点跟踪控制系统及方法 (Photocell partition structure, maximum power point tracking control system and method ) 是由 杜晓伟 徐国宁 李兆杰 苗颖 王旭巍 张衍垒 赵帅 于 2020-06-08 设计创作，主要内容包括：本发明实施例提供一种光电池分区结构、最大功率点跟踪控制系统及方法,该方法包括：按照输出功率大小将激光光伏电池组由中心至外部环形分割,形成多个光电池单元；基于自主寻优策略,控制所述光电池单元之间的串并联形式,以选择出自身最大功率点。本发明实施例根据光斑分布以开关阵列形式选择各分区间的串并联形式,实现自主选择光电池板的最大功率点,跟踪上激光跟瞄精度的瞬时偏移速率,通过对光电池板的分区控制可快速获得所需的最大功率值,适应激光光斑位置的快速变化,降低跟瞄精度偏差以及瞬时偏移对于系统输出功率变化的影响。(The embodiment of the invention provides a photocell partition structure, a maximum power point tracking control system and a method, wherein the method comprises the following steps: the laser photovoltaic battery pack is annularly divided from the center to the outside according to the output power to form a plurality of photocell units; and controlling the series-parallel connection form among the photovoltaic cells based on an autonomous optimization strategy to select an autonomous maximum power point. According to the embodiment of the invention, the series-parallel connection mode among the partitions is selected in a switch array mode according to the light spot distribution, the maximum power point of the photoelectric cell panel is selected autonomously, the instantaneous offset rate of the laser tracking precision is tracked, the required maximum power value can be quickly obtained through partition control of the photoelectric cell panel, the rapid change of the laser light spot position is adapted, and the influence of tracking precision deviation and instantaneous offset on the change of the system output power is reduced.)

一种光电池分区结构、最大功率点跟踪控制系统及方法

技术领域

本发明涉及激光电能转换技术领域，尤其涉及一种光电池分区结构、最大功率跟踪控制系统及方法。

背景技术

激光无线能量传输是指通过激光非接触的方式实现能量传输，也称激光输能。激光无线能量传输技术伴随着电子器件、功率转换及测控技术的发展，在传输距离、转换效率、安全性等方面逐渐取得突破，研究和应用发展迅速。激光无线能量传输摆脱对实体传输线的依赖，不受电磁干扰，在传统能量传输方式不便于进行能量传输、传输成本高，甚至无法进行传输的领域具有很大优势，在物联网射频识别、航空航天、武器和侦察系统、油田矿井、工业机器人恶劣环境下作业、无线传感网络、电动汽车和家用电器等领域具有广泛的应用空间。

激光光伏电池可以将激光能转成电能，其输出伏安特性曲线具有非线性，最大功率点随着激光强度和光伏电池温度的变化而不同，为了提高光伏电池的利用率，需要采用最大功率点跟踪方法(MPPT)来控制其输出特性。实际应用中，由于输出功率的要求，光伏接收器是由诸多光伏电池按照特定布局连接而成的大面积光伏阵列。光伏接收器的效率是光伏电池的光电转换效率、接收器电路效率及几何效率的乘积。在激光能量不均匀分布的情况下，接收器电路效率低下，导致接收器整体效率严重低于单体光伏电池的效率，极大限制了激光无线能量传输的实际应用。

激光光斑在光电池板上的能量分布不均匀，属于高斯分布，即中心光照强度最强、边缘光照强度最弱。当激光跟瞄对准系统或光电池板瞬时抖动造成精度发生微小偏差时，由于其光斑能量分布不均匀，更加放大了对准精度偏差。光斑能量分布不均与静瞬态对准偏移均严重影响着系统的输出功率变化。现有的光电转换MPPT技术针对光电电池各单体串并联固定化的特点，对整体进行功率跟踪，未考虑光斑不均匀和瞬移造成电池各分区的功率变化，造成光电转换能量损失，减低整体转换效率。因此，现在亟需一种光电池分区结构、最大功率点跟踪控制系统及方法来解决上述问题。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明实施例提供一种光电池分区结构、最大功率点跟踪控制系统及方法。

第一方面，本发明实施例提供了一种光电池分区结构，包括：

基板、光电池组、多个光电池单元、光电池各单元正极接线点以及光电池各单元负极接线点；

其中，所述基板与所述光电池组固定机械连接，所述光电池单元由内至外均匀环形分布，各个光电池单元的正负极分别与所述正极接线点和负极接线点对应连接。

进一步地，所述光电池单元包括：

第一光电池单元、第二光电池单元、第三光电池单元以及第四光电池单元。

进一步地，所述第一光电池单元被所述第二光电池单元环形包裹在最内侧，所述第三光电池单元环形包裹所述第二光电池单元，所述第四光电池单元环形包裹所述第三光电池单元。

第二方面，本发明实施例提供了一种最大功率点跟踪控制系统，包括：

如第一方面所述的光电池分区结构、自主寻优实施单元以及最大功率点跟踪控制单元；

所述光电池分区结构的各个分区分别与所述自主寻优实施单元电连接，所述自主寻优实施单元与所述最大功率点跟踪控制单元控制信号电连接；

所述最大功率点跟踪控制单元，用于控制所述自主寻优实施单元选择所述光电池分区结构中各个分区质检的串并联形式。

进一步地，所述光电池分区结构各个支路相互独立。

进一步地，所述自主寻优实施单元输出各个分区通过二极管并联与最大功率点跟踪控制单元电连接。

第三方面，本发明实施例提供一种最大功率点跟踪控制方法，其特征在于，包括：

按照输出功率大小将激光光伏电池组由中心至外部环形分割，形成多个光电池单元；

基于自主寻优策略，控制所述光电池单元之间的串并联形式，以选择出自身最大功率点。

进一步地，所述基于自主寻优策略，控制所述光电池单元之间的串并联形式，以选择出自身最大功率点，包括：

根据光电池单元上光照的强度，判断激光光斑位置，以确定电池单元当前连接形式；

若检测到光电池单元连接的发光二极管的亮度排序发生变化，则调整所述光电池单元之间的串并联形式，以保证最大功率输出。

进一步地，所述若检测到光电池单元连接的发光二极管的亮度排序发生变化，包括：

检测到所述光电池单元连接的发光二极管由亮变暗或由暗变亮。

本发明实施例提供的一种光电池分区结构、最大功率点跟踪控制系统及方法，根据光斑分布以开关阵列形式选择各分区间的串并联形式，实现自主选择光电池板的最大功率点，跟踪上激光跟瞄精度的瞬时偏移速率，通过对光电池板的分区控制可快速获得所需的最大功率值，适应激光光斑位置的快速变化，降低跟瞄精度偏差以及瞬时偏移对于系统输出功率变化的影响。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的光电池分区结构的示意图；

图2为本发明实施例提供的最大功率点跟踪控制系统的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的3个光电池单元的示例结构示意图；

图4为本发明实施例提供的最大功率点跟踪控制方法的流程示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1为本发明实施例提供的光电池分区结构的示意图，如图1所示，本发明实施例提供了一种光电池分区结构，包括：

基板110、光电池组120、多个光电池单元130、140、150、160、光电池各单元正极接线170以及光电池各单元负极接线点180；

其中，所述基板110与所述光电池组120固定机械连接，所述光电池单元由内至外均匀环形分布，各个光电池单元的正负极分别与所述正极接线点170和负极接线点180对应连接。

在本发明实施例中，如图1所示，本发明实施例对光电池结构进行环形分区设置，可以理解的是，此环形分区结构如光栅原理将激光的不均光斑进行细分，分割成环状，可减少光斑能量不均匀对光电转换效率的影响。在跟瞄精度出现偏差时，因各环状分区相互独立，可通过串并联进行分区位置转化，同时降低了跟瞄精度与瞬时偏移对整体输出功率的影响。

在上述实施例的基础上，所述光电池单元包括：

第一光电池单元、第二光电池单元、第三光电池单元以及第四光电池单元。

在上述实施例的基础上，所述第一光电池单元被所述第二光电池单元环形包裹在最内侧，所述第三光电池单元环形包裹所述第二光电池单元，所述第四光电池单元环形包裹所述第三光电池单元。

在本发明实施例中，可参考图1所示，划分了四个光电池单元，分别是第一光电池单元130、第二光电池单元140、第三光电池单元150、第四光电池单元160。

具体地，基板110、光电池组120、第一光电池单元130、第二光电池单元140、第三光电池单元150、第四光电池单元160、光电池各单元正极接线点170以及光电池各单元负极接线点180；

其中，所述基板110与所述光电池组120固定机械连接，各个光电池单元的正负极分别与所述正极接线点和负极接线点对应连接；所述第一光电池单元130被所述第二光电池单元140环形包裹在最内侧，所述第三光电池150单元环形包裹所述第二光电池单元140，所述第四光电池单元160环形包裹所述第三光电池单元150。

图2为本发明实施例提供的最大功率点跟踪控制系统的结构示意图，如图2所示，本发明实施例提供了一种最大功率点跟踪控制系统，包括：

光电池分区结构210、自主寻优实施单元220以及最大功率点跟踪控制单元230；

所述光电池分区结构210的各个分区分别与所述自主寻优实施单元220电连接，所述自主寻优实施单元220与所述最大功率点跟踪控制单元230控制信号电连接；

所述最大功率点跟踪控制单元230，用于控制所述自主寻优实施单元220选择所述光电池分区结构210中各个分区质检的串并联形式。

在本发明实施例中，本发明实施例通过环形分割形成了多个光电池单元，然后通过控制串并联降低跟瞄偏差对光电池整体输出功率的影响。自主寻优控制策略能跟踪上激光跟瞄精度的瞬时偏移速率，适应激光光斑位置的快速变化，降低光斑能量分布不均匀对光电转换效率的影响。

在上述实施例的基础上，所述光电池分区结构各个支路相互独立。

在上述实施例的基础上，所述自主寻优实施单元输出各个分区通过二极管并联与最大功率点跟踪控制单元电连接。

在本发明实施例中，由于各支路相互独立，通过二极管并联，各单元可自主选择自身最大功率点，同时可快速获得所需的最大功率值。

图3为本发明实施例提供的3个光电池单元的示例结构示意图，如图3所示，光电池板内集成的光电池组包括3个分区，分别对应3个光电池单元，并与图1中的环形分区1、2和3相对应。每个光电池单元分别引出正极和负极与自主寻优实施单元连接。自主寻优实施单元内每个光电池单元的正负极接有控制开关，S_b1、S_c1主要控制光电池单元1正极和负极与其它电池单元的并联；S_b2、S_c2主要控制光电池单元2正极和负极与其它电池单元的并联；S_b3、S_c3主要控制光电池单元2正极和负极与其它电池单元的并联。S_a1和S_a2分别控制光电池单元1与光电池单元2的串联，光电池单元2与光电池单元3的串联。控制开关的动作由最大功率点跟踪控制单元进行控制。以上所述各开关通过不同的开关动作，组合实现个电池单元的串联和并联。

在本发明一实施例中，例如，包括以下三种情况：

3个光电池单元并联：S_b1、S_c1闭合；S_b2、S_c2闭合；S_b3、S_c3闭合；S_a1、S_a2断开；

当光电池单元1和2串联，与光电池单元3并联时，对应为：S_a1,S_b1,S_b3,S_c3,S_c2闭合；S_a2,S_b2,S_c1断开；

当光电池单元2与光电池单元3的串联，与光电池单元1并联时，对应为：S_a2,S_b1,S_b2,S_c1,S_c3闭合；S_a1,S_b3,S_c2断开；

当3个光电池单元串联时，对应为：S_a1,S_b1,S_a2,S_c3闭合；S_b2,S_b3,S_c1,S_c2断开。

在具体控制时，初始状态为3个光电池单元并联，然后根据每一路二极管的亮度判断光斑位置，若亮度从中心向外环从弱到强(D1>D2>D3)，则光斑处于电池组中心，三路电池并联。在此状态下，当检测到光电池单元亮度顺序发生变化，如D2>D3>D1或者D1灭，D3亮，说明光斑位置发生偏移，需要调整光电池单元串并联方式，为了保证最大功率输出，将光电池单元2和光电池单元3串联后与光电池单元1并联。

图4为本发明实施例提供的最大功率点跟踪控制方法的流程示意图，如图4所示，本发明实施例提供了一种最大功率点跟踪控制方法，包括：

步骤401，按照输出功率大小将激光光伏电池组由中心至外部环形分割，形成多个光电池单元；

步骤402，基于自主寻优策略，控制所述光电池单元之间的串并联形式，以选择出自身最大功率点。

在本发明实施例中，在步骤401中，首先按输出功率大小，由中心至外部进行环形分割，从而形成各个光电池单元。

进一步地，在步骤402中，通过自主寻优实施单元选择各个单元的串并联形式，从而进行分区位置转化。由于各个支路相互独立，通过二极管并联的形式，从而各个单元能够选择自身的最大功率点，同时可快速获得所需的最大功率值。

本发明实施例提供的一种最大功率点跟踪控制方法，根据光斑分布以开关阵列形式选择各分区间的串并联形式，实现自主选择光电池板的最大功率点，跟踪上激光跟瞄精度的瞬时偏移速率，通过对光电池板的分区控制可快速获得所需的最大功率值，适应激光光斑位置的快速变化，降低跟瞄精度偏差以及瞬时偏移对于系统输出功率变化的影响。

在上述实施例的基础上，所述基于自主寻优策略，控制所述光电池单元之间的串并联形式，以选择出自身最大功率点，包括：

根据光电池单元上光照的强度，判断激光光斑位置，以确定电池单元当前连接形式；

若检测到光电池单元连接的发光二极管的亮度排序发生变化，则调整所述光电池单元之间的串并联形式，以保证最大功率输出。

在本发明实施例中，当亮度发生改变时，可能是光电池单元上光照的强度顺序发生变化，可参考图3所示，若开始状态为(D1>D2>D3)，期间D1灭，D3亮，则D2>D3>D1，说明此时光斑位置发生偏移，需要调整光电池单元串并联方式，保证最大功率输出。

在上述实施例的基础上，所述若检测到光电池单元连接的发光二极管的亮度排序发生变化，包括：

检测到所述光电池单元连接的发光二极管由亮变暗或由暗变亮。

在本发明实施例中，最直观的检测方式就是观察电池连接的发光二极管的亮度变化，变化最明显的则是由亮变暗或由暗变亮的过程。

以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。