專利名稱：一種利用光伏電池進(jìn)行充電的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電池技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種利用光伏電池通過高效的DC/DC轉(zhuǎn)換器穩(wěn)壓充 電的方法和裝置。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)有的充電技術(shù)中，便攜式設(shè)備蓄電池電量容量一般用毫安時(mAh)來表示，如該蓄 電池為700raAh，則它表示該蓄電池可以700mA放電速度連續(xù)放電一小時。蓄電池充電時，充 進(jìn)去的電量，是流進(jìn)蓄電池的電流與時間的積分。因此在充電時，流進(jìn)蓄電池電流越大，充 電效率就越高。
在現(xiàn)有的太陽能電池能量轉(zhuǎn)換效率不高，在小面積應(yīng)用中，單位時間內(nèi)可獲得的電流也 非常小，因此不需要像外接電網(wǎng)充電那樣，要限流限壓，只需過充保護(hù)就可以。
在現(xiàn)在太陽能電池應(yīng)用中，太陽能電池主要是以多個太陽能電芯串聯(lián)組成，太陽能電池 的發(fā)電原理是通過光照，太陽能電芯(pn結(jié))發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生電流。我們可想象，有n個太 陽能電芯，每個太陽能電芯開路電壓為Vs,短路電流為Is，可知，這些太陽能電芯串聯(lián)時， 開路電壓為nVs，但短路電流則為Is，因此充電電流很小。在實(shí)際應(yīng)用中，太陽能電池是以 這種串聯(lián)方式，直接給蓄電池充電。太陽能電池并聯(lián)時，開路電壓為Vs,短路電流為nls，雖 然電流得到了提高，但電壓遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于蓄電池可充電電壓。
綜上所述，以前所使用太陽能電芯串聯(lián)方法與并聯(lián)方法存在的問題串聯(lián)時，雖然太陽 能電池的開路電壓提升了，太陽能電池產(chǎn)生的電流能力不強(qiáng)，故太陽能電池很大部分能量消 耗在太陽能電池內(nèi)部，轉(zhuǎn)換效率不高；并聯(lián)時，雖然太陽能電池的短路電流得到了提高，但 其開路電壓遠(yuǎn)不能達(dá)到蓄電池的標(biāo)稱電壓，無法實(shí)現(xiàn)充電。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的針對上述太陽能電池轉(zhuǎn)換效率問題，提出了一種有效的方法，通過高效的 DC/DC降壓穩(wěn)壓輸出，在較大電流時，根據(jù)現(xiàn)有的DC/DC降壓轉(zhuǎn)換電路應(yīng)用數(shù)據(jù)，效率高 達(dá)90%,從而達(dá)到在應(yīng)用層高效利用光能。
為了解決上述問題，本發(fā)明提出了一種利用光伏電池DC/DC降壓充電的方法和裝置，其 包括有光伏電池，DC/DC轉(zhuǎn)換電路，電壓補(bǔ)償電路，電壓敏感器，便攜式設(shè)備蓄電池。
光伏電池(以下稱"光電池")，由N個光伏電芯組成，其中N ≥9;
DC/DC轉(zhuǎn)換電路，由DC/DC轉(zhuǎn)換器和附加電路組成，用于將輸入的高電壓轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定 的電壓輸出給便攜式設(shè)備的電池；
便攜式設(shè)備蓄電池(下稱"蓄電池")，用于儲蓄光電池經(jīng)DC/DC轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換出來的能 量，并用于向便攜式設(shè)備供應(yīng)能量。
電壓補(bǔ)償電路，此電壓主要是應(yīng)用于對DC/DC轉(zhuǎn)換電路輸出電壓補(bǔ)償，因?yàn)镈C/DC降 壓是通過輸出電壓反饋來控制的，而蓄電池是一個非線性器件，故需一電壓補(bǔ)償電路在此實(shí) 現(xiàn)對蓄電池輸出電壓補(bǔ)償。
電壓敏感器，主要是通過電壓檢測器檢測便攜式設(shè)備蓄電池的電壓，(1)當(dāng)蓄電池的電 壓低于蓄電池的滿電量電壓(優(yōu)先選取鋰電池為4.21V)時，此時蓄電池處于電量未滿狀態(tài)， 啟動DC/DC轉(zhuǎn)換，將輸入的高電壓轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定的電壓輸出給蓄電池；(2)當(dāng)蓄電池的電壓高 于或等于蓄電池滿電量電壓時，此時蓄電池處于滿電量狀態(tài)，停用DC/DC轉(zhuǎn)換器，禁止DC/DC 轉(zhuǎn)換。
本發(fā)明是針對高效利用光能要求而提出了一種光伏電池DC/DC降壓穩(wěn)壓充電的方法和 裝置，利用DC/DC降壓轉(zhuǎn)換電路輸入范圍大、反應(yīng)時間短、低電流轉(zhuǎn)換效率高、輸出穩(wěn)壓 等特點(diǎn)，應(yīng)用于此發(fā)明，實(shí)現(xiàn)在應(yīng)用層高效利用光能。本發(fā)明的特點(diǎn)有實(shí)現(xiàn)簡單、自適應(yīng) 能力強(qiáng)、轉(zhuǎn)換效率高、能有效保護(hù)蓄電池過充。
本發(fā)明的特點(diǎn)
本發(fā)明是針對高效利用光能要求而提出了一種光伏電池DC/DC降壓穩(wěn)壓充電的方法和 裝置，利用DC/DC轉(zhuǎn)換電路輸入范圍大、反應(yīng)時間短、低電流轉(zhuǎn)換效率高、輸出穩(wěn)壓等特 點(diǎn)，應(yīng)用于此發(fā)明，實(shí)現(xiàn)在應(yīng)用層高效利用光能。本發(fā)明的特點(diǎn)有實(shí)現(xiàn)簡單、自適應(yīng)能力 強(qiáng)、轉(zhuǎn)換效率高、能有效保護(hù)蓄電池過充。


圖l是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的利用光伏電池和DC/DC降壓進(jìn)行充電的結(jié)構(gòu)圖； 圖2是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的光伏電池內(nèi)部聯(lián)接圖； 圖3是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的DC/DC降壓電路的結(jié)構(gòu)圖4是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的電壓補(bǔ)償電路的結(jié)構(gòu)圖5是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的電壓敏感器的示意具體實(shí)施例方式
下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)描述。
參照圖1，其包括有光伏電池，DC/DC轉(zhuǎn)換電路，電壓補(bǔ)償電路，電壓敏感器，便攜 式設(shè)備蓄電池。其中光伏電池(以下稱"光電池")，由N(N》9)個光伏電芯組成。DC/DC降 壓轉(zhuǎn)換電路，由高效DC/DC轉(zhuǎn)換電路與附加電路組成，輸出為穩(wěn)壓。便攜式設(shè)備蓄電池(以 下稱為"蓄電池")，用于儲蓄光電池經(jīng)DC/DC降壓轉(zhuǎn)換出來的能量，和用于便攜式設(shè)備 的能量供應(yīng)源。電壓補(bǔ)償電路，此電壓主要是應(yīng)用于對DC/DC降壓轉(zhuǎn)換電路輸出電壓補(bǔ)償， 因?yàn)镈C/DC降壓是通過輸出電壓反饋來控制的，而蓄電池是一個非線性器件，故需一電壓 補(bǔ)償電路在此實(shí)現(xiàn)對鋰電池輸出電壓補(bǔ)償。電壓敏感器，主要是檢測蓄電池的輸出電壓，當(dāng) 蓄電池的輸出電壓低于蓄電池滿電量電壓(優(yōu)先選取蓄電池滿電量電壓為4.21V)時，啟用 DC/DC轉(zhuǎn)換電路，否則停用DC/DC轉(zhuǎn)換電路。
光伏電池，本實(shí)施例采用30個光伏電芯串聯(lián)聯(lián)接，如圖2所示，標(biāo)準(zhǔn)1光強(qiáng)下要輸出15V。
DC/DC轉(zhuǎn)換電路，如圖3所示，本實(shí)施例采用Linear的LT3481，輸入電壓范圍從3.6V 到34V,輸出電壓范圍從1.265￥到20￥;本實(shí)施采用輸出電壓穩(wěn)壓為4.6V，輸入電壓范圍為 6V 34V，采用兩個反饋電阻阻值分別是200KH與527KD。
蓄電池，采用1000mAh的鋰電池。
電壓補(bǔ)償電路，本實(shí)例采用二極管與電阻組成，其中電阻阻值為2Q，如圖4所示。
電壓敏感器，本實(shí)例采用TOIREX的低功耗電壓檢測器，XC61系列，如圖5所示，其IN、 GND端接鋰電池輸入，其OUT端接DC/DC轉(zhuǎn)換電路的EN端。
在本實(shí)施例中，利用光伏電池進(jìn)行充電的方法和裝置，其過程如下所述
(1) 通過電壓檢測器檢測鋰電池電壓低于4.21V時，此時鋰電池處于不飽和的狀態(tài)，電 壓檢測器的OUT端輸出為高，啟用DC/DC Step-Down轉(zhuǎn)換器，啟動DC/DC轉(zhuǎn)換，使電量
從光伏電池流向鋰電池充電。
(2) 當(dāng)鋰電池輸出電壓高于或等于4.21V時，此時鋰電池處于飽和狀態(tài)，鋰電池不需再 充電，電壓檢測器的OUT端輸出為低，停用DC/DC Step-Down轉(zhuǎn)換器，禁止DC/DC轉(zhuǎn)換， 從而保護(hù)鋰電池，防止過充現(xiàn)象。
利用光伏電池DC/DC降壓充電的方法和裝置，在一定面積下和光照強(qiáng)度下，光伏電池可 獲得的功率也是一定的，由功的公式P=UI，由于光伏電池的內(nèi)阻和PN結(jié)的非線性，當(dāng)光伏 電池接負(fù)載時，光伏電池的電壓降低時內(nèi)部損耗的功率會變大，輸出功率隨輸出電壓變小而 變?。还什捎肈C/DC降壓充電方法，使光伏電池保持一個較高的輸出功率，與此同時DC/DC 降壓本身也有很高的能量轉(zhuǎn)換效率，通過DC/DC降壓轉(zhuǎn)換，雖然電壓降低了，但電流也相應(yīng) 地增大了。
上述的利用光伏電池DC/DC降壓充電的方法和裝置，通過電壓敏感器，可控制DC/DC轉(zhuǎn) 換電路的啟用和停用，實(shí)現(xiàn)當(dāng)鋰電池在滿電量時保護(hù)鋰電池，防止鋰電池過充現(xiàn)象；同時也 在電池在電量未滿時，自動啟用DC/DC轉(zhuǎn)換電路，實(shí)施對鋰電池充電。
上述的利用光伏電池DC/DC降壓充電的方法和裝置，使用電阻對DC/DC降壓輸出的電壓 補(bǔ)償，使系統(tǒng)處于穩(wěn)定狀態(tài)。
上述的利用光伏電池DC/DC降壓充電的方法和裝置，這種用于對便攜式設(shè)備進(jìn)行充電的 裝置光伏電池的輸入電壓范圍大，可在6V 34V，反應(yīng)時間短，在實(shí)際應(yīng)用中，光照環(huán)境變 化有可能很大，如移動電話的應(yīng)用。
此發(fā)明實(shí)例實(shí)現(xiàn)簡單，在強(qiáng)光下，光伏電池有較高的輸出電壓與電流，此光伏DC/DC Step-Down充電器效率達(dá)到85%;在弱光環(huán)境，充電效率可達(dá)70%。電壓補(bǔ)償電路的二極管 可防止電流逆流。
上面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實(shí)施例進(jìn)行了詳細(xì)說明，但本發(fā)明并不限制于上述實(shí)施例， 在不脫離本申請的權(quán)利要求的精神和范圍情況下，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可做出各種修改或改型。
權(quán)利要求
1. 一種利用光伏電池進(jìn)行充電的方法和裝置，其特征在于包括光伏電池，由N個光伏電芯組成，其中N≥9；DC/DC轉(zhuǎn)換電路，其由DC/DC轉(zhuǎn)換器和附加電路組成，其用于將輸入的高電壓轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定的電壓輸出給便攜式設(shè)備的電池；便攜式設(shè)備電池，用于儲蓄光電池經(jīng)DC/DC轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換出來的能量并用于向便攜式設(shè)備供應(yīng)能量。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的裝置，其特征在于包括電壓補(bǔ)償電路，用于補(bǔ)償DC/DC轉(zhuǎn)換器的輸出電壓；電壓敏感器，主要是檢測蓄電池的輸出電壓，當(dāng)蓄電池的輸出電壓低于蓄電池滿電量電壓時，啟用DC/DC轉(zhuǎn)換器，否則停用DC/DC轉(zhuǎn)換器。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于-采用電壓檢測器作為電壓敏感器，采用二極管與電阻組成電壓補(bǔ)償電路，能有效地保護(hù)便 攜式設(shè)備的蓄電池過充和向光伏電壓產(chǎn)生電流逆流。
4. 一種利用光伏電池進(jìn)行充電的方法，其特征在于包括-(1) 通過電壓檢測器檢測便攜式設(shè)備蓄電池的電壓低于便攜式設(shè)備蓄電池的滿電量電壓 時，此時便攜式設(shè)備蓄電池處于電量未滿狀態(tài)，啟動DC/DC轉(zhuǎn)換，將輸入的高電壓轉(zhuǎn)換為穩(wěn) 定的電壓輸出給便攜式設(shè)備的電池；(2) 當(dāng)便攜式設(shè)備蓄電池的電壓高于或等于便攜式設(shè)備蓄電池滿電量電壓時，此時便攜 式設(shè)備蓄電池處于滿電量狀態(tài)，停用DC/DC轉(zhuǎn)換器，禁止DC/DC轉(zhuǎn)換。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于使用電壓補(bǔ)償電路來補(bǔ)償DC/DC轉(zhuǎn)換器的輸出電壓，使系統(tǒng)處于穩(wěn)定狀態(tài)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的方法，其特征在于-其中DC/DC轉(zhuǎn)換是將輸入的較高電壓轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定的電壓輸出。
全文摘要
本發(fā)明提出了一種利用光伏電池進(jìn)行充電的方法和裝置，其包括光伏電池，由N個光伏電芯組成，其中N≥9；DC/DC轉(zhuǎn)換電路，其由DC/DC轉(zhuǎn)換器和附加電路組成，其用于將輸入的高電壓轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定的電壓輸出給便攜式設(shè)備的電池；便攜式設(shè)備蓄電池，用于儲蓄光電池經(jīng)DC/DC轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換出來的能量并用于向便攜式設(shè)備供應(yīng)能量。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)簡單、自適應(yīng)能力強(qiáng)、轉(zhuǎn)換效率高、能有效保護(hù)蓄電池過充。
文檔編號H02J7/00GK101207292SQ20061016773
公開日2008年6月25日 申請日期2006年12月20日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月20日
發(fā)明者張征宇, 詹昌壽 申請人:北京恒基偉業(yè)投資發(fā)展有限公司