[发明专利]适用于月球探测的MPPT系统及其控制方法

说明书

本发明提供了一种适用于月球探测的MPPT系统及其控制方法，通过将太阳电池阵的实际输出与相应时刻太阳电池阵的最佳工作点相比较得到误差信号，将此误差信号作为误差放大器的输入，用此误差放大器的输出作为脉宽调制器的输入，脉宽调制器PWM输出相应占空比的脉宽以控制太阳电池阵输出，本发明具有如下积极效果：提高月球探测器太阳电池阵发电利用率；优化月球探测器能源系统设计；简化基于MPPT技术的能源系统拓扑设计；比传统MPPT技术相比，具备较高的工程可实现性。

技术领域

本发明涉及月球探测器电源总体设计技术，特别涉及能源优化设计技术。

背景技术

月面巡视器、环月探测器等月球探测器工作期间，其太阳帆板温度变化较大。随着帆板温度变化，其输出特性也随之变化。采用最大功率跟踪(MPPT)技术，对月面巡视器帆板最大输出功率进行跟踪，使其始终输出在最大功率点，充分利用太阳翼输出电能，可提高太阳能利用率，满足月面巡视器对高效轻量化能源系统的需求。

以探月三期轨道器为例，其帆板温度变化范围随着太阳入射角的不同，在60℃至120℃之间变化；以探月二期巡视器为例，随着月面环境温度的变化以及太阳帆板角度的变化，其帆板温度在90℃到130℃之间变化。对于35V左右的太阳翼输出电压，随着温度的变化，太阳翼最大功率点变化4V以上，温度升高过程中，如果对于太阳电池阵的输出不进行调节，在高温条件下仍采用低温时的最大工作点电压输出，则太阳电池阵工作特性将变为几乎开路电压输出，输出功率降至极低。故若不对太阳电池阵的输出进行调节，则会造成功率的浪费，这对能源紧张的月球车探测器来说，是极为不利的。

目前光伏系统最大功率跟踪(MPPT)控制算法有恒压跟踪法(CVT)、干扰观测法(PO)、增量电导法(INC)。CVT法控制简单，容易实现。但是此种方法无法排除温度等环境因素对于太阳电池阵输出电压的影响，并不是真正意义上的最大功率点跟踪方法；改进的PO方法，硬件实现简单，在光强、温度慢变的场合下追踪效果十分可靠，是目前较多采用的一种MPPT控制算法。但是在不断寻优过程中电压始终在最大功率点电压附近震荡；INC法比PO法更加精确，但是算法精度受传感器精度制约，硬件实现难度也较大。

发明内容

本发明的目的在于提供一种适用于月球探测的MPPT系统及其控制方法，能够解决太阳电池阵在温度变化过程中可能存在的最大功率点浮动而引起的低功率输出，无法满足负载变化的问题。

为解决上述问题，本发明提供一种适用于月球探测的MPPT系统，包括：

太阳电池阵；

直接并联在太阳电池阵上的蓄电池组；

与所述太阳电池阵连接的推挽电路，所述推挽电路包括依次连接的三级管、脉宽调制器和误差放大器。

进一步的，在上述系统中，所述脉宽调制器选用1525控制芯片。

根据本发明的另一面，还提供一种适用于月球探测的MPPT系统的控制方法，包括：

将太阳电池阵的实际输出与相应时刻太阳电池阵的最佳工作点相比较得到误差信号；

将此误差信号作为误差放大器的输入，用此误差放大器的输出作为脉宽调制器的输入，脉宽调制器PWM输出相应占空比的脉宽以控制太阳电池阵输出。

进一步的，在上述方法中，所述相应时刻太阳电池阵的最佳工作点通过对太阳电池阵的温度采样计算出。

进一步的，在上述方法中，U_k＝K(U_mp-U_SA)，K为误差放大器的放大倍数，U_K为误差放大器K的输出，U_SA为太阳电池阵的实际输出，U_mp为相应时刻太阳电池阵的最佳工作点。