光伏智能充電控制裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于新能源技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種光伏智能充電控制裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 節(jié)約能源、保護環(huán)境已經(jīng)成為人類可持續(xù)發(fā)展的必要條件，人們的注意力正轉(zhuǎn)向 再生能源的利用和開發(fā)，其中，太陽能發(fā)電已成為近些年研究的熱點。光伏充電系統(tǒng)一般包 括太陽能電池、太陽能控制器和蓄電池。太陽能電池發(fā)電受氣候條件影響，輸出功率隨環(huán)境 溫度、光照強度變化而變化，具有非線性特點。在一定的氣候條件下，太陽能電池具有流但 又可W工作在不同的輸出電壓的特點，只有在某一輸出電壓值即最佳輸出電壓值時，太陽 能電池的輸出功率才能達到最大值，送時太陽能電池的工作點就達到了輸出功率-輸出電 壓曲線的最高點，即最大功率點。目前，傳統(tǒng)的太陽能光伏充電方法是在光伏電池和蓄電池 之間不采用DC/DC變換器，直接利用集成電路或?qū)Ｓ眯酒瑢π铍姵剡M行充電控制，送樣可 W省去DC/DC變換器，提高主電路效率，但是，由于光伏電池的工作電壓被箱位在蓄電池的 充電電壓點上，從而不能保證光伏電池工作在最大功率點，不利于整個系統(tǒng)效率的提高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的技術(shù)效果能夠克服上述缺陷，提供一種光伏智能充電控制裝置，采用DC/ DC變換器作為光伏電池和鉛酸蓄電池的接口電路，實現(xiàn)較大范圍內(nèi)的最大功率點跟蹤，大 大提高光伏電池的利用率。
[0004] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案；其包括光伏電池陣列、電源Ed,光伏 電池陣列和電源Ed之間依次串接二極管Dl、電感11、電容C2、電感L2,二極管Dl的正極連 接光伏電池陣列，二極管Dl的負極連接電感LI,電感Ll連接電容C2的正極，電容C2的負 極連接電感L2,電感L2的另一端連接電源Ed的負極；二極管Dl的負極與電源Ed的正極之 間設(shè)有電容Cl,電容C2的正極與電源Ed的正極之間設(shè)有開關(guān)管化，電容C2的負極與電源 Ed的正極之間設(shè)有二極管D2。
[0005] 選用化k變換器作為充電控制器的主電路，化k變換器同時具有升壓和降壓功能， 可W在較大范圍內(nèi)實現(xiàn)最大功率點跟蹤，并且采用直接電流控制跟蹤法，即通過檢測充電 控制器的充電電流進行最大功率點跟蹤。根據(jù)變換器輸出電流作為判斷依據(jù)進行最大功率 點跟蹤，則不僅可W省去兩個傳感器，而且無需乘法運算，具有算法簡單、受環(huán)境因素影響 小等優(yōu)點，進一步降低系統(tǒng)成本，減輕單片機運算負擔。
【附圖說明】
[0006] 圖1為本發(fā)明直接電流控巧撮大功率點跟蹤算法流程圖；
[0007] 圖2為本發(fā)明的化k充電控制器主電路；
[0008] 圖3為本發(fā)明的化k變換器連續(xù)工作模式等效電路圖；
[0009] 圖4最大功率點跟蹤充電控制特性圖；
[0010] 圖5最大功率點跟蹤充電控制策略流程圖。
【具體實施方式】
[00川本發(fā)明的光伏智能充電控制裝置包括光伏電池陣列、電源Ed,光伏電池陣列和電 源Ed之間依次串接二極管Dl、電感11、電容C2、電感L2,二極管Dl的正極連接光伏電池陣 列，二極管Dl的負極連接電感LI,電感Ll連接電容C2的正極，電容C2的負極連接電感L2， 電感L2的另一端連接電源Ed的負極；二極管Dl的負極與電源Ed的正極之間設(shè)有電容Cl, 電容C2的正極與電源Ed的正極之間設(shè)有開關(guān)管化，電容C2的負極與電源Ed的正極之間 設(shè)有二極管D2。
[0012] 其工作原理如下：
[001引先作兩個假設(shè)：
[0014] ①變換器自身功率損耗為零，即光伏電池輸出功率等于變換器輸出功率：
[0015] ②負載兩端電壓（蓄電池電壓或電網(wǎng)電壓）恒定不變。
[0016] 根據(jù)假設(shè)可得式（1)，式中K為常數(shù)。
[0017] Ppv = Pout = UJl
[001 引 Ul = K (1)
[001引根據(jù)式（1)可得式似；
[0020] Ppv Il 似
[0021] 根據(jù)擾動觀測法可得：
[0022] Dw = Dk+1 A D I Si即（A D) Si即（Lk-lLk 1) 做
[002引做式為直接電流控制最大功率點跟蹤判斷依據(jù)，由式做可知：直接電流控制最 大功率點跟蹤僅需一個電流傳感器，根據(jù)負載電流大小直接進行擾動方向判斷，不再需要 對光伏電池輸出電壓和輸出電流進行檢測及功率計算，簡化算法，降低成本。圖1為直接電 流控制最大功率點跟蹤算法流程圖。
[0024] 化k變換器同時具有升壓和降壓功能，選用化k變換器作為充電控制器的主電路， 其系統(tǒng)拓撲如圖2所示?；痥變換器在負載電流連續(xù)的情況下，其電路的穩(wěn)態(tài)過程有：
[00幼 （1)開關(guān)管導(dǎo)通期間燈。。=DTs)
[0026] 此期間開關(guān)管￥^導(dǎo)通，電容〔2上的電壓使二極管〇2反偏而截止，送時輸入電流iu 使電感Li儲能；C2的放電電流使電感Lz儲能，并供電給負載，如圖3所示。
[0027] 似開關(guān)管Vr截止期間燈。。=(I-D) Ts)
[002引此期間開關(guān)管Vr截止，二極管02正偏而導(dǎo)通，電源Ed和電感Li的釋能電流iu向 Cz充電，同時電感Lz的釋能電流i^2 W維持負載，如圖3所示。
[002引因此，Vf截止期間Cz充電，Vf導(dǎo)通期間Cz向負載放電，Cz起能量傳遞的作用 [0030] 當電源穩(wěn)態(tài)運行時，在一個開關(guān)周期內(nèi)，由電感Li的伏-砂平衡原理可得：
(4)
[0032] 由于Cz取值較大且開關(guān)頻率較高，故Uc2可認為恒定不變，則由式（4)可得：
(;)
[0034]同理，在一個開關(guān)周期內(nèi)，由電感Lz的伏-砂平衡原理可得：
(6)
[003引 由式（6)可得：
[0037] Ug = Duc2 (7)
[003引由式妨和式（7)得輸出電壓U。與輸入電壓U,之間的函數(shù)關(guān)系為：
(8)
[0040] 由上述可知，化k變換器可W在較大范圍內(nèi)實現(xiàn)最大功率點跟蹤，有利于系統(tǒng)效率 的提局。
[0041] 本發(fā)明采用一種適用于光伏發(fā)電系統(tǒng)的最大功率點跟蹤充電控制方法，其中最大 功率點跟蹤采用直接電流控制跟蹤法，即通過檢測充電控制器的充電電流進行最大功率點 跟蹤，具體的充電方法如圖4所示，C為蓄電池的容量（Ah)，Ci、C2、C3、…、C。為蓄電池充電 速率。充電開始階段，設(shè)置最大充電電流為C/10,此時只要充電電流不超過最大允許充電電 流，進行最大功率點跟蹤，光伏電池輸出最大功率給蓄電池充電，如果由于光照強度較大引 起充電電流大于最大允許充電電流，則退出最大功率點跟蹤控制，此時W最大允許充電電 流給蓄電池充電；一旦光照強度減弱導(dǎo)致充電電流小于最大允許充電電流，此時重新進行 最大功率點跟蹤控制，使光伏電池輸出最大功率。隨著充電過程的進行，一旦蓄電池兩端電 壓上升到某一設(shè)定值，逐步減小最大允許充電電流，如圖中曲線C2、C3、…C。所示。W不同 充電速率重復(fù)上面充電過程，經(jīng)過若干次循環(huán)后，最大允許充電電流下降到C/100,此時蓄 電池完全充滿。
[0042] 具體控制方法為；剛開始充電時給蓄電池設(shè)定一個最大允許充電電流，比如令Cl =C/10 (見圖4中粗線），通過不斷檢測蓄電池電流，并與該最大允許電流比較，只要充電電 流不大于最大允許充電電流即可。與此同時，不斷檢測蓄電池電壓，一旦達到2. 4V/單體電 池，說明蓄電池已經(jīng)進入過充狀態(tài)，此時應(yīng)減小設(shè)定的最大充電電流，比如改為Cz = C/20， 并重復(fù)上述過程。一直到充電電流達到C/100時，表明蓄電池已經(jīng)達到100%充滿狀態(tài)。在 傳統(tǒng)的光伏發(fā)電系統(tǒng)充電控制方法中，僅在快充階段采用MPPT控制方法，其他充電階段不 采用該方法。本充電控制方法由于采用了電流控制，因此在任何充電階段只要充電電流在 最大允許充電電流的前提下，都可W采用MPPT充電控制方法。在不超過最大允許充電電 流的前提下，使光伏陣列輸出最大功率給蓄電池充電，提高了光伏陣列的利用率。為防止蓄 電池在達到100%充滿狀態(tài)后發(fā)生過段充電，設(shè)定蓄電池的最大充電電流為C/10,最小充 電電流為C/100。在此之后的充電階段，蓄電池只要保持一個小充電電流W補償其自身放 電引起的損失即可。當檢測到放電發(fā)生時，重新允許蓄電池 W最大電流進行充電。最大功 率點跟蹤充電控制算法的控制流程如圖5所示，圖中FLAGMPPT為最大功率點跟蹤標志位， FLAGMPPT = 1表示啟動最大功率點跟蹤控制FLAGseMPPT = 0表示實際充電電流大于最大 允許充電電流，需要減小實際充電電流；N為蓄電池串聯(lián)個數(shù)（W單體12V/節(jié)為標準）；過 充電壓設(shè)定為14. 9V ;最小電壓設(shè)定為12. 7V，表示在25C條件下，蓄電池容量為90%狀態(tài) 時的蓄電池開路電壓值：渭流電流設(shè)定為0. 2A ;系數(shù)k選擇標準為，在蓄電池最大允許充電 電流從C/10到C/100的減小過程中，為了防止過充，蓄電池充電狀態(tài)的變化小于正常蓄電
【主權(quán)項】
1. 一種光伏智能充電控制裝置，其特征在于，包括光伏電池陣歹?、電源Ed，光伏電池陣 列和電源Ed之間依次串接二極管D1、電感L1、電容C2、電感L2,二極管D1的正極連接光伏 電池陣列，二極管D1的負極連接電感L1，電感L1連接電容C2的正極，電容C2的負極連接 電感L2,電感L2的另一端連接電源E d的負極；二極管D1的負極與電源Ed的正極之間設(shè)有 電容C1，電容C2的正極與電源E d的正極之間設(shè)有開關(guān)管Vr，電容C2的負極與電源Ed的正 極之間設(shè)有二極管D2。
【專利摘要】本發(fā)明屬于新能源技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種光伏智能充電控制裝置。本發(fā)明的光伏智能充電控制裝置，包括光伏電池陣列、電源Ed，光伏電池陣列和電源Ed之間依次串接二極管D1、電感L1、電容C2、電感L2，二極管D1的正極連接光伏電池陣列，二極管D1的負極連接電感L1，電感L1連接電容C2的正極，電容C2的負極連接電感L2，電感L2的另一端連接電源Ed的負極；二極管D1的負極與電源Ed的正極之間設(shè)有電容C1，電容C2的正極與電源Ed的正極之間設(shè)有開關(guān)管Vr，電容C2的負極與電源Ed的正極之間設(shè)有二極管D2。本發(fā)明無需乘法運算，具有算法簡單、受環(huán)境因素影響小等優(yōu)點，進一步降低系統(tǒng)成本，減輕單片機運算負擔。
【IPC分類】H02J7/00
【公開號】CN105634043
【申請?zhí)枴緾N201410607898
【發(fā)明人】竇俊, 宋云衢
【申請人】江蘇綠揚電子儀器集團有限公司
【公開日】2016年6月1日
【申請日】2014年11月1日