[發明專利]一種考慮反向溫差的最大功率點追蹤控制器及控制方法

有效

• 申請號: 202110449662.7
• 申請日: 2021-04-25
• 公開（公告）號: CN113110689B
• 公開（公告）日: 2022-07-22
• 發明（設計）人: 汪若塵;王越飛;羅丁;余未
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: G05F1/67
• 分類號: G05F1/67
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明提供了一種考慮反向溫差的最大功率點追蹤控制器及控制方法，屬于熱電轉換、熱能回收領域。所述最大功率點追蹤控制器包括電源修正系統、混合智能最大功率點追蹤模塊和兩相交錯并聯Boost變換電路，電源修正系統通過判斷溫差發電系統輸出電壓的正負值，控制溫差發電系統輸入到兩相交錯并聯Boost變換電路上的電壓恒為正向，在溫差發電系統產生反向電壓時依然能夠準確追蹤到最大功率點。所述最大功率點追蹤控制方法將卡爾曼濾波器與模糊邏輯控制器相結合，有效的提升了最大功率點追蹤控制器的動態追蹤速度和穩態精度。本發明能夠克服汽車怠速工況導致的傳統追蹤功率點追蹤失效的問題，在相同汽車工況下實現更高效、更穩定的功率輸出。

技術領域

本發明屬于熱電轉換、熱能回收領域，具體涉及一種考慮反向溫差的汽車尾氣最大功率點追蹤控制器及控制方法。

背景技術

能源是現代世界的需求，但傳統能源正在日益消耗，隨著傳統能源成本上升及其可用來源減少，國內外開始聚焦于可再生能源的利用，其中主要包括風能、太陽能、熱能等新能源，以滿足未來能源的需求。其中，熱電技術也受到了國內外的廣泛關注，熱電技術是利用半導體在溫差的作用下產生的載流子定向移動而進行發電的清潔能源技術，其具有永久性、清潔性和無運動部件等優點。得益于現代技術的發展，熱電材料的性能取得了很大程度的提升，熱電技術開始被廣泛應用于熱能回收領域，如汽車尾氣余熱回收、工業廢熱回收等。發動機作為傳統燃油汽車及油電混合電動汽車的核心部件，常用汽油發動機在做功過程中僅有約30％的能量用于驅動車輛行駛和供車載電器，大約40％的能量以廢熱形式由尾氣散出，排氣管的平均溫度超過250℃，因此采用具有熱電轉換功能的溫差發電系統對這部分尾氣熱能加以利用，并提高溫差發電系統的熱電轉換效率顯得尤為重要。

最大功率點追蹤控制技術是提高溫差發電效率的一種重要方式，最大功率點追蹤算法通過控制變換電路的占空比，將溫差發電系統連接的虛擬負載與實際內阻相匹配，使系統工作在最大功率點上。然而，目前對最大功率點追蹤技術的研究中都是將冷熱端溫差方向固定，只考慮單向溫差，來實現更高的輸出功率和熱電轉換效率。但是，這些最大功率點追蹤控制裝置忽略了汽車工況對汽車尾氣溫差發電系統的影響，尤其是汽車在怠速工況下尾氣的熱量和流速降低，溫差發電系統中熱端溫度下降迅速，冷端溫度不變，導致系統中實際冷端溫度高于熱端溫度而產生反向電壓，在這種工況下，傳統最大功率點追蹤控制系統會產生錯誤判斷，不能繼續追蹤最大功率點。

發明內容

針對現有技術中存在不足，本發明提供了一種考慮反向溫差的最大功率點追蹤控制器及其控制方法，用來克服汽車怠速工況下導致的傳統追蹤功率點追蹤系統失效的問題，并提升在其他工況下的最大功率點動態追蹤速度和穩定精度，同時提升溫差發電系統整體的輸出效率，在相同汽車工況下實現更高效、更穩定的功率輸出。

本發明是通過以下技術手段實現上述技術目的的。

一種考慮反向溫差的最大功率點追蹤控制器，包括電源修正系統、混合智能最大功率點追蹤模塊和兩相交錯并聯Boost變換電路，電源修正系統分別與溫差發電系統的輸出端、兩相交錯并聯Boost變換電路的可控電壓源連接；混合智能最大功率點追蹤模塊根據溫差發電系統的輸出電壓和輸出電流對兩相交錯并聯Boost變換電路的兩個開關頻率的占空比進行閉環控制；所述混合智能最大功率點追蹤模塊包括卡爾曼濾波器和模糊邏輯控制器，所述卡爾曼濾波器用于計算溫差發電系統的輸出功率，并對所述輸出功率進行濾波修正，所述模糊邏輯控制器的輸入為修正后的輸出功率和溫差發電系統的輸出電壓，輸出為占空比。

上述技術方案中，所述電源修正系統通過判斷溫差發電系統輸出電壓的正負值，控制溫差發電系統輸入到兩相交錯并聯Boost變換電路上的電壓恒為正向。

上述技術方案中，所述模糊邏輯控制器的模糊邏輯控制算法采用兩輸入一輸出的模糊控制結構，輸入為修正后的功率變化量dP和功率變化率dP/dV，輸出為占空比變化步長dD。

上述技術方案中，所述模糊邏輯控制算法中的模糊規則采用線性控制，使用ifand then語句進行模糊推理。