[发明专利]一种考虑反向温差的最大功率点追踪控制器及控制方法

说明书

本发明提供了一种考虑反向温差的最大功率点追踪控制器及控制方法，属于热电转换、热能回收领域。所述最大功率点追踪控制器包括电源修正系统、混合智能最大功率点追踪模块和两相交错并联Boost变换电路，电源修正系统通过判断温差发电系统输出电压的正负值，控制温差发电系统输入到两相交错并联Boost变换电路上的电压恒为正向，在温差发电系统产生反向电压时依然能够准确追踪到最大功率点。所述最大功率点追踪控制方法将卡尔曼滤波器与模糊逻辑控制器相结合，有效的提升了最大功率点追踪控制器的动态追踪速度和稳态精度。本发明能够克服汽车怠速工况导致的传统追踪功率点追踪失效的问题，在相同汽车工况下实现更高效、更稳定的功率输出。

技术领域

本发明属于热电转换、热能回收领域，具体涉及一种考虑反向温差的汽车尾气最大功率点追踪控制器及控制方法。

背景技术

能源是现代世界的需求，但传统能源正在日益消耗，随着传统能源成本上升及其可用来源减少，国内外开始聚焦于可再生能源的利用，其中主要包括风能、太阳能、热能等新能源，以满足未来能源的需求。其中，热电技术也受到了国内外的广泛关注，热电技术是利用半导体在温差的作用下产生的载流子定向移动而进行发电的清洁能源技术，其具有永久性、清洁性和无运动部件等优点。得益于现代技术的发展，热电材料的性能取得了很大程度的提升，热电技术开始被广泛应用于热能回收领域，如汽车尾气余热回收、工业废热回收等。发动机作为传统燃油汽车及油电混合电动汽车的核心部件，常用汽油发动机在做功过程中仅有约30％的能量用于驱动车辆行驶和供车载电器，大约40％的能量以废热形式由尾气散出，排气管的平均温度超过250℃，因此采用具有热电转换功能的温差发电系统对这部分尾气热能加以利用，并提高温差发电系统的热电转换效率显得尤为重要。

最大功率点追踪控制技术是提高温差发电效率的一种重要方式，最大功率点追踪算法通过控制变换电路的占空比，将温差发电系统连接的虚拟负载与实际内阻相匹配，使系统工作在最大功率点上。然而，目前对最大功率点追踪技术的研究中都是将冷热端温差方向固定，只考虑单向温差，来实现更高的输出功率和热电转换效率。但是，这些最大功率点追踪控制装置忽略了汽车工况对汽车尾气温差发电系统的影响，尤其是汽车在怠速工况下尾气的热量和流速降低，温差发电系统中热端温度下降迅速，冷端温度不变，导致系统中实际冷端温度高于热端温度而产生反向电压，在这种工况下，传统最大功率点追踪控制系统会产生错误判断，不能继续追踪最大功率点。

发明内容

针对现有技术中存在不足，本发明提供了一种考虑反向温差的最大功率点追踪控制器及其控制方法，用来克服汽车怠速工况下导致的传统追踪功率点追踪系统失效的问题，并提升在其他工况下的最大功率点动态追踪速度和稳定精度，同时提升温差发电系统整体的输出效率，在相同汽车工况下实现更高效、更稳定的功率输出。

本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

一种考虑反向温差的最大功率点追踪控制器，包括电源修正系统、混合智能最大功率点追踪模块和两相交错并联Boost变换电路，电源修正系统分别与温差发电系统的输出端、两相交错并联Boost变换电路的可控电压源连接；混合智能最大功率点追踪模块根据温差发电系统的输出电压和输出电流对两相交错并联Boost变换电路的两个开关频率的占空比进行闭环控制；所述混合智能最大功率点追踪模块包括卡尔曼滤波器和模糊逻辑控制器，所述卡尔曼滤波器用于计算温差发电系统的输出功率，并对所述输出功率进行滤波修正，所述模糊逻辑控制器的输入为修正后的输出功率和温差发电系统的输出电压，输出为占空比。

上述技术方案中，所述电源修正系统通过判断温差发电系统输出电压的正负值，控制温差发电系统输入到两相交错并联Boost变换电路上的电压恒为正向。

上述技术方案中，所述模糊逻辑控制器的模糊逻辑控制算法采用两输入一输出的模糊控制结构，输入为修正后的功率变化量dP和功率变化率dP/dV，输出为占空比变化步长dD。

上述技术方案中，所述模糊逻辑控制算法中的模糊规则采用线性控制，使用ifand then语句进行模糊推理。