專(zhuān)利名稱(chēng)：具有高效充電及電壓均衡功能的太陽(yáng)能充電裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
具有高效充電及電壓均衡功能的太陽(yáng)能充電裝置技術(shù)領(lǐng)域[0001]本實(shí)用新型涉及一種太陽(yáng)能充電裝置，尤其是涉及一種具有高效充電及電壓均 衡功能的太陽(yáng)能充電裝置。
背景技術(shù)：
[0002]隨著倡導(dǎo)低碳節(jié)能觀念的深入和光伏技術(shù)的快速發(fā)展，太陽(yáng)能的照明燈具、信 號(hào)燈以及其他的一些電子設(shè)備被廣泛利用。但是，太陽(yáng)能獨(dú)立供電系統(tǒng)在使用中受限制 性比較大，主要有以下兩點(diǎn)[0003]其一，太陽(yáng)能獨(dú)立供電系統(tǒng)的電力續(xù)航時(shí)間長(zhǎng)短取決于光照的強(qiáng)度和充足性。 而正是此項(xiàng)因素在很大程度上制約了光伏技術(shù)應(yīng)用的推廣。據(jù)統(tǒng)計(jì)，一年平均的晴天數(shù) 有200天左右，其余的為陰天和雨天。并且晴天光照充足的時(shí)間集中在上午10點(diǎn)至下午 2點(diǎn)左右，在此時(shí)間段內(nèi)太陽(yáng)能電池才能工作在最大輸出電壓附近，不受蓄電池負(fù)載的限 制。而在陰雨天以及晴天早晨和傍晚陽(yáng)光照度較低的情況下，太陽(yáng)能電池輸出電壓低受 限于蓄電池負(fù)載，往往無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)蓄電池負(fù)載充電。[0004]其二，太陽(yáng)能獨(dú)立供電的典型系統(tǒng)如額定電壓為MV的太陽(yáng)能LED路燈，要求 它的功率在50W左右，電力續(xù)航時(shí)間連續(xù)抗陰雨至少7天，這就需要2節(jié)85Ah的鉛酸電 池串聯(lián)。上述系統(tǒng)若采用其他二次電池如鋰電池(單節(jié)4.2V)等就需要更多節(jié)電池串聯(lián) 組成。電池組串聯(lián)使用過(guò)一段時(shí)間后，由于電池組內(nèi)各電池內(nèi)阻的變化以及老化程度的 不同，從而導(dǎo)致電量虧損、電壓容量產(chǎn)生差異。如果不能夠及時(shí)均衡電壓和容量差異， 情況會(huì)愈演愈烈，將嚴(yán)重影響電池組的使用壽命。[0005]如公開(kāi)號(hào)為CN101662159A，名稱(chēng)為太陽(yáng)能充電裝置與方法的發(fā)明專(zhuān)利申請(qǐng)，其 包括太陽(yáng)能充電模塊、控制模塊及第一連接界面。太陽(yáng)能充電模塊用以轉(zhuǎn)換光能為電能 而產(chǎn)生充電電源；控制模塊耦接太陽(yáng)能充電模塊；第一連接界面一端耦接控制模塊，另 一端可拆卸地耦接電力儲(chǔ)存模塊，用以傳送經(jīng)過(guò)控制模塊的充電電源至電力存儲(chǔ)模塊。 但該太陽(yáng)能充電裝置就存在上述的缺點(diǎn)，在陰雨天以及晴天早晨和傍晚陽(yáng)光照度較低的 情況下無(wú)法實(shí)現(xiàn)充電，且不能及時(shí)均衡蓄電池組電壓容量和容量差異，影響蓄電池使用 壽命ο[0006]因此，解決太陽(yáng)光低照度條件下，有效實(shí)現(xiàn)為蓄電池充電，提高太陽(yáng)能獨(dú)立供 電系統(tǒng)的續(xù)航時(shí)間，并能夠消除電池組內(nèi)各電池間的電壓容量差異，其意義非常重大。發(fā)明內(nèi)容[0007]本實(shí)用新型主要是解決現(xiàn)有技術(shù)中太陽(yáng)能充電裝置所存在的在陰雨天以及晴天 早晨和傍晚陽(yáng)光照度較低的情況下無(wú)法實(shí)現(xiàn)充電，不能及時(shí)均衡蓄電池組電壓容量和容 量差異的技術(shù)問(wèn)題，提供了一種具有高效充電及電壓均衡功能的太陽(yáng)能充電裝置。[0008]本實(shí)用新型的上述技術(shù)問(wèn)題主要是通過(guò)下述技術(shù)方案得以解決的一種具有高 效充電及電壓均衡功能的太陽(yáng)能充電裝置，包括太陽(yáng)能電池組和由多個(gè)蓄電池串聯(lián)而成3的蓄電池組，太陽(yáng)能電池組通過(guò)DC/DC變換器與蓄電池組相連，在DC/DC變換器和蓄 電池組之間還連接有蓄電池切換裝置，在太陽(yáng)能電池組上連接有太陽(yáng)能電池組電壓電流 檢測(cè)電路，在蓄電池電池組上連接有蓄電池電壓電流檢測(cè)電路，所述太陽(yáng)能電池組電壓 電流檢測(cè)電路和蓄電池電壓電流檢測(cè)電路分別連接到一智能控制器上，所述智能控制器 連接到DC/DC變換器和蓄電池切換裝置上。[0009]本實(shí)用新型通過(guò)蓄電池切換裝置可以選擇蓄電池組中的蓄電池進(jìn)行充電，使得 太陽(yáng)能電池組不受蓄電池組負(fù)載的限制，蓄電池組在陰雨天以及晴天早晨和傍晚陽(yáng)光照 度較低的情況下也能進(jìn)行充電，提高了太陽(yáng)能充電裝置的電力續(xù)航時(shí)間和充電效率。另 外，通過(guò)蓄電池切換裝置可以精確控制蓄電池組中蓄電池進(jìn)行充電，能夠消除蓄電池組 內(nèi)個(gè)蓄電池之間的電源容量差異，大大延長(zhǎng)了蓄電池組的使用壽命。[0010]太陽(yáng)能電池組，由兩塊或兩塊以上的太陽(yáng)能電池串聯(lián)連接組成，其作用是將太 陽(yáng)能轉(zhuǎn)換成電能。[0011]太陽(yáng)能電池組電壓電流檢測(cè)電路，對(duì)太陽(yáng)能電池組的輸出電壓值進(jìn)行檢測(cè)，并 將檢測(cè)到的信息反饋給智能控制器。[0012]蓄電池電壓電流檢測(cè)電路，對(duì)蓄電池組的電壓值進(jìn)行檢測(cè)，還能對(duì)蓄電池組內(nèi) 各蓄電池的電壓進(jìn)行檢測(cè)，并將檢測(cè)到的信息反饋給智能控制器。[0013]智能控制器控制太陽(yáng)能電池組電壓電流檢測(cè)電路和蓄電池電壓電流檢測(cè)電路 工作，根據(jù)太陽(yáng)能電池電壓電流檢測(cè)電路和蓄電池電壓電流檢測(cè)電路反饋回來(lái)的信息而 決定開(kāi)始蓄電池組充電模式或選中蓄電池充電模式。根據(jù)相應(yīng)的充電模式，智能控制器 控制DC/DC變換器的輸出電壓值，使之等于蓄電池組或被選中蓄電池的滿(mǎn)充電壓值。[0014]作為一種優(yōu)選方案，所述蓄電池切換裝置包括正極切換裝置和負(fù)極切換裝置， 所述正極切換裝置由一系列受控開(kāi)關(guān)元件Sl Sn連接而成，其中η與蓄電池的數(shù)量相等， 蓄電池組由蓄電池Bl Bn串聯(lián)而成，所述受控開(kāi)關(guān)元件Sl Sn的輸出端依次連接到相應(yīng) 的蓄電池Bl Bn的正極，受控開(kāi)關(guān)元件Sl Sn的輸入端分別連接到DC/DC變換器的輸 出端正極，所述負(fù)極切換裝置由一系列受控開(kāi)關(guān)元件Sn+Ι S2n連接而成，其中n與蓄電 池的數(shù)量相等，所述受控開(kāi)關(guān)元件Sn+Ι S2n的輸出端依次連接到相應(yīng)的蓄電池Bl Bn的 負(fù)極，受控開(kāi)關(guān)元件Sn+Ι S2n的輸入端分別連接到DC/DC變換器的輸出端負(fù)極。每個(gè) 蓄電池的正極和負(fù)極對(duì)應(yīng)連接有一個(gè)受控開(kāi)關(guān)元件，即蓄電池Bn的正極連接有受控開(kāi)關(guān) 元件Sn，負(fù)極連接有受控開(kāi)關(guān)元件S2n。智能控制器控制受控開(kāi)關(guān)元件的開(kāi)閉，就可以 選擇其中一個(gè)或個(gè)蓄電池導(dǎo)通進(jìn)行充電。[0015]因此，本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是1.解決了在太陽(yáng)光低照度條件下，太陽(yáng)能電池輸 出電壓低受限于蓄電池負(fù)載，無(wú)法為蓄電池組充電的問(wèn)題；2.提高了太陽(yáng)能電池的利用 率和充電效率，增強(qiáng)了太陽(yáng)能獨(dú)立供電系統(tǒng)的電力續(xù)航能力；3.具備蓄電池組的電壓均 衡功能，能夠消除蓄電池組內(nèi)各蓄電池間的電壓容量差異，防止了蓄電池組物理特性的 破壞，延長(zhǎng)了蓄電池組的使用壽命。


[0016]附圖1是本實(shí)用新型的一種原理框架示意圖；[0017]附圖2是本實(shí)用新型中蓄電池切換裝置的一種結(jié)構(gòu)示意圖；[0018]附圖3是本實(shí)用新型的一種工作流程示意圖；[0019]附圖4是本實(shí)用新型中被選中蓄電池平均充電的一種過(guò)程示意圖。
具體實(shí)施方式
[0020]下面通過(guò)實(shí)施例，并結(jié)合附圖，對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)方案作進(jìn)一步具體的說(shuō) 明。[0021]實(shí)施例[0022]本實(shí)施例一種具有高效充電及電壓均衡功能的太陽(yáng)能充電裝置，如圖1所示， 包括太陽(yáng)能電池組1和蓄電池組4，在太陽(yáng)能電池組和蓄電池組之間設(shè)置有充電控制系統(tǒng) 6，該充電控制系統(tǒng)6包括DC/DC變換器2、蓄電池切換裝置3、太陽(yáng)能電池組電壓電流 檢測(cè)電路5、智能控制器7和蓄電池電壓電流檢測(cè)電路8。 太陽(yáng)能電池組連接到DC/DC 變換器2上，DC/DC變換器連接到蓄電池切換裝置3上，蓄電池切換裝置設(shè)置在蓄電池 組4上。太陽(yáng)能電池組電壓電流檢測(cè)電路連接在太陽(yáng)能電池組上，太陽(yáng)能電池組電壓電 流檢測(cè)電路連接在蓄電池組上，太陽(yáng)能電池組電壓電流檢測(cè)電路和太陽(yáng)能電池組電壓電 流檢測(cè)電路分別連接到智能控制器7上，智能控制器連接到DC/DC變換器2和蓄電池切 換裝置3上。[0023]如圖2所示，蓄電池組由多個(gè)蓄電池Bl Bn串聯(lián)而成，η為蓄電池?cái)?shù)量，本實(shí)施 例中以四節(jié)蓄電池串聯(lián)組成的蓄電池組為例。蓄電池切換裝置包括正極切換裝置9和負(fù) 極切換裝置10，正極切換裝置包括數(shù)量與蓄電池?cái)?shù)量相等的受控開(kāi)關(guān)元件Si、S2、S2、 S4，受控開(kāi)關(guān)元件Sl S4的輸入端分別連接到DC/DC變換器的輸出端正極，受控開(kāi)關(guān) 元件Sl S4的輸出端連接到對(duì)應(yīng)的蓄電池正極，即受控開(kāi)關(guān)元件輸出端連接到蓄電池 Bx的正極，這里1《《4。負(fù)極切換裝置包括數(shù)量與蓄電池?cái)?shù)量相等的受控開(kāi)關(guān)元件陽(yáng)、 S6、S7、S8，受控開(kāi)關(guān)元件S5 S8的輸入端分別連接到DC/DC變換器的輸出端負(fù)極， 受控開(kāi)關(guān)元件S5 S8輸出端對(duì)應(yīng)的蓄電池負(fù)極，即受控開(kāi)關(guān)元件Sx+4輸出端連接到蓄電 池Bx+4的正極，這里1眾《4。[0024]本實(shí)施例中太陽(yáng)能充電裝置充電方法，這里也以四節(jié)蓄電池串聯(lián)組成的蓄電池 組為例。如圖3所示，太陽(yáng)能電池組電壓電流檢測(cè)電路5對(duì)太陽(yáng)能電池組的輸出電壓進(jìn) 行檢測(cè)，蓄電池電壓電流檢測(cè)電路8對(duì)蓄電池組4電壓進(jìn)行檢測(cè)，太陽(yáng)能電池組電壓電流 檢測(cè)電路和蓄電池電壓電流檢測(cè)電路將檢測(cè)到的信息反饋給智能控制器7，智能控制器將 太陽(yáng)能電池組的電壓與蓄電池組電壓進(jìn)行比較，若此時(shí)為晴天陽(yáng)光照度強(qiáng)的情況，則太 陽(yáng)能電池組輸出電壓高于蓄電池組電壓，智能控制器7控制蓄電池切換裝置使蓄電池組4 進(jìn)入蓄電池組充電模式；若此時(shí)為陰雨天或者晴天的早晨和傍晚陽(yáng)光照度弱的情況，則 太陽(yáng)能電池組輸出電壓低于蓄電池組電壓，控制器控制蓄電池切換裝置使蓄電池組進(jìn)入 選中蓄電池充電模式；根據(jù)相應(yīng)的充電模式，智能控制器控制DC/DC變換器2的輸出電 壓值，使之等于蓄電池組或被選中蓄電池的滿(mǎn)充電壓值。[0025]當(dāng)蓄電池組進(jìn)入蓄電池組充電模式時(shí)，如圖2所示，智能控制器控制正極切換 裝置中的受控開(kāi)關(guān)元件Sl閉合導(dǎo)通，負(fù)極切換裝置中的受控開(kāi)關(guān)元件S8閉合導(dǎo)通，這樣 就使得所有蓄電池都進(jìn)入充電狀態(tài)。[0026]當(dāng)蓄電池組進(jìn)入選中蓄電池充電模式時(shí)，蓄電池組電壓電流檢測(cè)電路對(duì)蓄電池組中各蓄電池的電壓進(jìn)行檢測(cè)，智能控制器根據(jù)蓄電池組電壓電流檢測(cè)電路反饋回來(lái)的 各蓄電池電壓大小，判斷各蓄電池間是否存在電壓差異。若存在電壓差異，則智能控制 器7選取其中電壓值最大的蓄電池，將其電壓值作為消除差異電壓，然后智能控制器按 照蓄電池電壓由低到高的優(yōu)先順序，依次選中蓄電池進(jìn)行充電，使每個(gè)蓄電池的電壓達(dá) 到消除差異電壓。該選取過(guò)程為假設(shè)選中蓄電池B3進(jìn)行充電，智能控制器控制正極切 換裝置中的受控開(kāi)關(guān)元件S3閉合導(dǎo)通，負(fù)極切換裝置中的受控開(kāi)關(guān)元件S7閉合導(dǎo)通。[0027]在消除各蓄電池間的電壓差異后，則蓄電池開(kāi)始平均充電補(bǔ)能過(guò)程，事先根據(jù) 蓄電池的種類(lèi)和容量的大小設(shè)定充電時(shí)的電壓臺(tái)階Δ u，蓄電池容量越大則電壓臺(tái)階Δ u 越小，電壓臺(tái)階八11最大不超過(guò)0.1V。其充電過(guò)程如圖4所示，一個(gè)周期內(nèi)當(dāng)前被選中 蓄電池在充電[0028]過(guò)程中的電壓增量達(dá)到設(shè)定電壓臺(tái)階值Δ U之后，便結(jié)束對(duì)當(dāng)前被選蓄電池的 充電，開(kāi)始對(duì)下一蓄電池充電，如此循環(huán)。[0029]本文中所描述的具體實(shí)施例僅僅是對(duì)本實(shí)用新型精神作舉例說(shuō)明。本實(shí)用新 型所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)所描述的具體實(shí)施例做各種各樣的修改或補(bǔ)充或采用 類(lèi)似的方式替代，但并不會(huì)偏離本實(shí)用新型的精神或者超越所附權(quán)利要求書(shū)所定義的范圍。[0030]盡管本文較多地使用了 DC/DC變換器、蓄電池切換裝置、太陽(yáng)能電池組電壓電 流檢測(cè)電路、蓄電池電壓電流檢測(cè)電路、蓄電池組等術(shù)語(yǔ)，但并不排除使用其它術(shù)語(yǔ)的 可能性。使用這些術(shù)語(yǔ)僅僅是為了更方便地描述和解釋本實(shí)用新型的本質(zhì)；把它們解釋 成任何一種附加的限制都是與本實(shí)用新型精神相違背的。
權(quán)利要求1.一種具有高效充電及電壓均衡功能的太陽(yáng)能充電裝置，包括太陽(yáng)能電池組和由多 個(gè)蓄電池串聯(lián)而成的蓄電池組，太陽(yáng)能電池組通過(guò)DC/DC變換器與蓄電池組相連，其特 征在于在DC/DC變換器(2)和蓄電池組(4)之間還連接有蓄電池切換裝置(3)， 在太陽(yáng)能電池組(1)上連接有太陽(yáng)能電池組電壓電流檢測(cè)電路(5)，在蓄電池電池組(4)上連接有蓄電池電壓電流檢測(cè)電路(4)，所述太陽(yáng)能電池組電壓電流檢測(cè)電路和 蓄電池電壓電流檢測(cè)電路分別連接到一智能控制器(7)上，所述智能控制器連接到DC/ DC變換器和蓄電池切換裝置上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有高效充電及電壓均衡功能的太陽(yáng)能充電裝置，其特征是 所述蓄電池切換裝置(3)包括正極切換裝置(9)和負(fù)極切換裝置(10)，所述正極切 換裝置由一系列受控開(kāi)關(guān)元件Sl Sn連接而成，其中η與蓄電池的數(shù)量相等，蓄電池組 由蓄電池Bl Bn串聯(lián)而成，所述受控開(kāi)關(guān)元件Sl Sn的輸出端依次連接到相應(yīng)的蓄電池 Bl :Bn的正極，受控開(kāi)關(guān)元件Sl Sn的輸入端分別連接到DC/DC變換器(2)的輸出端 正極，所述負(fù)極切換裝置由一系列受控開(kāi)關(guān)元件Sn+Ι S2n連接而成，其中η與蓄電池的 數(shù)量相等，所述受控開(kāi)關(guān)元件Sn+Ι S2n的輸出端依次連接到相應(yīng)的蓄電池Bl Bn的負(fù) 極，受控開(kāi)關(guān)元件Sn+Ι S2n的輸入端分別連接到DC/DC變換器(2)的輸出端負(fù)極。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型涉及一種具有高效充電及電壓均衡功能的太陽(yáng)能充電裝置。主要是解決現(xiàn)有技術(shù)中太陽(yáng)能充電裝置所存在的在陰雨天以及晴天早晨和傍晚陽(yáng)光照度較低的情況下無(wú)法實(shí)現(xiàn)充電，不能及時(shí)均衡蓄電池組電壓容量和容量差異的技術(shù)問(wèn)題。其包括太陽(yáng)能電池組、由多個(gè)蓄電池串聯(lián)而成的蓄電池組、DC/DC變換器、蓄電池切換裝置、太陽(yáng)能電池組電壓電流檢測(cè)電路、蓄電池電壓電流檢測(cè)電路，本實(shí)用新型通過(guò)蓄電池切換裝置可以選擇蓄電池組中的蓄電池進(jìn)行充電，使得太陽(yáng)能電池組不受蓄電池組負(fù)載的限制，蓄電池組在陰雨天以及晴天早晨和傍晚陽(yáng)光照度較低的情況下也能進(jìn)行充電，提高了太陽(yáng)能充電裝置的電力續(xù)航時(shí)間和充電效率。
文檔編號(hào)H02J7/00GK201813190SQ20102054803
公開(kāi)日2011年4月27日 申請(qǐng)日期2010年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月29日
發(fā)明者杜偉炯, 王洪濤 申請(qǐng)人:寧波市善亮新能源有限公司