CN105429270A - 光伏空调***及其充电控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光伏空调***，该光伏空调***包括光伏电池、直流空调器、储能装置和光伏变流装置，其中，光伏变流装置包括光伏充电电路、DC/DC转换电路和控制器，光伏充电电路将光伏电池输出的电能传输至低压直流母线；DC/DC转换器将低压直流母线上的电能转换为直流空调器工作所需电信号；控制器在满足充电条件且直流空调器处于非运行状态时以四阶段充电模式控制光伏充电电路，在第一充电阶段，控制器对光伏充电电路的控制信号的占空比从最小允许占空比逐渐增大至最大允许占空比。该光伏空调***，可以合理地为储能装置充电，保证储能装置的寿命。本发明还公开了一种光伏空调***的充电控制方法。

Description

光伏空调***及其充电控制方法

技术领域

本发明属于空调技术领域，尤其涉及一种光伏空调***及其充电控制方法。

背景技术

光伏空调为一些不便于电网供电的情况提供了很大的方便，例如，对于大货车，夏天停车卸货或者夜间在车辆上过夜休息时，往往会面临驾驶室内气温较高，环境不舒适的问题，所以人们提出了为货车加装光伏辅助空调器的办法，通过光伏电池发电给车载蓄电池充电，然后在停车卸货或者夜晚停车休息时，蓄电池中的电能释放出来为光伏辅助空调器供电，从而解决了上述问题。但是，目前，对车载蓄电池的充电控制策略不合理，往往导致货车的蓄电池寿命大大缩减，使用不到一年就需要更换蓄电池。

相关技术中，对于蓄电池的充电控制，有的方案借鉴了不间断电源(Uninterruptiblepowersupply，UPS)的充电策略，即对蓄电池的充电分为两阶段，即先恒流后恒压，或者采用三阶段即先恒流、再恒压、最后涓流充电的充电策略。但是，类似于UPS的由电网稳定供电的***，并不适用于输出功率随光照变化而且功率峰值点不确定的光伏车载辅助空调***。借鉴UPS的充电策略，不能够发挥光伏电池的峰值功率输出能力，并且一旦光照快速变弱，车载辅助空调***不能满足对车遭蓄电池的恒流或者恒压充电的条件，控制也很难实现。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明需要提出一种光伏空调***，该光伏空调***可以合理地为储能装置充电，并且保证储能装置的寿命。

本发明另一方面还提出一种基于该光伏空调***的充电控制方法。

为了解决上述问题，本发明一方面提出一种光伏空调***，该光伏空调***包括:光伏电池和直流空调器；储能装置，用于在所述光伏电池处于非输出状态时输出电能至低压直流母线；光伏变流装置，所述光伏变流装置包括光伏充电电路、DC/DC转换电路和控制器，所述光伏充电电路，用于将所述光伏电池输出的电能传输至所述低压直流母线以为所述储能装置充电；所述DC/DC转换器，用于将所述低压直流母线上的电能转换为所述直流空调器工作所需电信号；所述控制器，用于分别获得所述光伏电池输出的光伏信号、所述DC/DC转换电路的输出信号以及所述储能装置的电量信号，并根据所述光伏电池的光伏信号判断是否满足为所述储能装置充电的条件，以及根据所述DC/DC转换电路的输出信号判断所述直流空调器是否处于运行状态，并在满足充电条件且所述直流空调器处于非运行状态时以四阶段充电模式控制所述光伏充电电路，以对所述储能装置进行充电；其中，在第一充电阶段，所述控制器对所述光伏充电电路的控制信号的占空比从最小允许占空比逐渐增大至最大允许占空比。

根据本发明的光伏空调***，在满足充电条件且直流空调器处于非运行状态时以四阶段充电模式控制光伏充电电路，实现对储能装置的充电控制，相较于采用两阶段充电控制策略和三阶段充电控制策略，采用四阶段充电模式，在第一充电阶段，控制器对光伏充电电路的控制信号的占空比从最小允许占空比逐渐增大至最大允许占空比，起到软启动的作用，避免在储能装置处于冷态的情况下，直接充入大电流对储能装置造成损害，延长使用寿命。

进一步地，所述控制器对光伏充电电路的控制信号的占空比增大至最大允许占空比之后，在所述储能装置的电量小于第一预设电量阈值时，所述控制器对所述光伏充电电路执行第二充电阶段控制；其中，如果所述光伏充电电路为第一类电路结构，所述控制器以所述最大允许占空比的控制信号控制所述光伏充电电路；或者，如果所述光伏充电电路为第二类电路结构，所述控制器以MPPT(MaximumPowerPointTracking，最大功率点跟踪)模式对所述光伏充电电路进行控制。对于不同拓扑结构的光伏充电电路调整充电控制，可以最大限度地利用光伏电池的发电能力。

在所述储能装置的电量大于或等于所述第一预设电量阈值时，所述控制器对所述光伏充电电路执行第三充电阶段控制，其中，在所述第三充电阶段，所述控制器对所述光伏充电电路的控制信号的占空比为第一预设占空比，所述第一预设占空比大于所述最小允许占空比小于所述最大允许占空比。在储能装置的电量达到第一预设电量阈值时，降低控制信号的占空比，可以减轻储能装置内的极化现象和电解水现象。

在所述储能装置的电量大于第二预设电量阈值时，所述控制器对所述光伏充电电路执行第四充电阶段控制，其中，在第四充电阶段，所述控制器对所述光伏充电电路的控制信号的占空比为第二预设占空比，所述第二预设占空比大于所述最小允许占空比且小于所述第一预设占空比。在储能装置临近充满时，以较小的占空比控制光伏充电电路，可以补充储能装置自放电损耗的电能。

另外，在所述直流空调器处于运行状态时，所述控制器对所述光伏充电电路执行所述第二充电阶段控制。

具体地，所述光伏空调***为车载光伏空调***。

为了解决上述问题，本发明还提出一种光伏空调***的充电控制方法，该充电控制方法包括以下步骤：控制器分别获得所述光伏电池输出的光伏信号、所述DC/DC转换电路的输出信号以及所述储能装置的电量信号；所述控制器根据所述光伏电池的光伏信号判断是否满足为所述储能装置充电的条件，以及根据所述DC/DC转换电路的输出信号判断所述直流空调器是否处于运行状态如果满足充电条件且所述直流空调器处于非运行状态时以四阶段充电模式控制所述光伏充电电路，以对所述储能装置进行充电；其中，在第一充电阶段，所述控制器对所述光伏充电电路的控制信号的占空比从最小允许占空比逐渐增大至最大允许占空比。

根据本发明的光伏空调***的充电控制方法，在满足充电条件且直流空调器处于非运行状态时，控制器以四阶段充电模式控制光伏充电电路，实现对储能装置的充电控制，相较于采用两阶段充电控制策略和三阶段充电控制策略，采用四阶段充电模式，在第一充电阶段，控制器对光伏充电电路的控制信号的占空比从最小允许占空比逐渐增大至最大允许占空比，起到软启动的作用，避免在储能装置处于冷态的情况下，直接充入大电流对储能装置造成损害，延长使用寿命。

在所述控制器对所述光伏充电电路的控制信号的占空比增大至所述最大允许占空比之后，如果所述储能装置的电量小于第一预设电量阈值，所述控制器对所述光伏充电电路执行第二充电阶段控制；其中，

在所述第二充电阶段时，如果所述光伏充电电路为第一类电路结构，所述控制器以所述最大允许占空比的控制信号控制所述光伏充电电路；或者，

在所述第二充电阶段时，如果所述光伏充电电路为第二类电路结构，所述控制器以MPPT模式对所述光伏充电电路进行控制。

对于不同拓扑结构的光伏充电电路调整充电控制，可以最大限度地利用光伏电池的发电能力。

如果所述储能装置的电量大于或等于所述第一预设电量阈值，所述控制器对所述光伏充电电路执行第三充电阶段控制，其中，在所述第三充电阶段，所述控制器对所述光伏充电电路的控制信号的占空比为第一预设占空比，所述第一预设占空比大于所述最小允许占空比小于所述最大允许占空比。在储能装置的电量达到第一预设电量阈值时，降低控制信号的占空比，可以减轻储能装置内的极化现象和电解水现象。

如果所述储能装置的电量大于第二预设电量阈值，所述控制器对所述光伏充电电路执行第四充电阶段控制，其中，在第四充电阶段，所述控制器对所述光伏充电电路的控制信号的占空比为第二预设占空比，所述第二预设占空比大于所述最小允许占空比且小于所述第一预设占空比。在储能装置临近充满时，以较小的占空比控制光伏充电电路，可以补充储能装置自放电损耗的电能。

另外，如果所述直流空调器处于运行状态，所述控制器对所述光伏充电电路执行所述第二充电阶段控制。

附图说明

图1是根据本发明的一个实施例的光伏空调***的框图；

图2是根据本发明的一个具体实施例的四阶段充电模式的充电电流和储能装置电量的对应示意图；

图3是根据本发明的一个具体实施例的光伏充电电路的第一类电路结构的示意图；

图4是根据本发明的另一个实施例的光伏充电电路的第二类电路结构的示意图；

图5中的(1)和(2)是根据本发明的一个具体实施例的MPPT控制过程中光伏电池输出功率与输出电压关系曲线示意图和光伏电池的光伏特性曲线示意图；

图6是根据本发明的一个实施例的光伏空调***的充电控制方法的流程图；以及

图7是根据本发明的一个具体实施例的光伏空调***的充电控制方法的流程图。

附图标记：

光伏空调***100，

光伏电池10、直流空调器20、储能装置30和光伏变流装置40，

光伏充电电路41、DC/DC转换电路42、控制器43、低压直流母线44和高压直流母线45。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

本发明实施例的光伏空调***及其储能装置的充电控制方法，结合储能装置与空调器工作的特点，以及光伏电池与空调器之间功率容量的关系，提出了四阶段充电控制策略，可以实现为储能装置合理、快速地充电，并且不会对储能装置的寿命造成不利的影响。

下面参照附图描述根据本发明实施例提出的光伏空调***。图1是根据本发明的一个实施例的光伏空调***的框图，如图1所示，该光伏空调***100包括光伏电池10、直流空调器20、储能装置30和光伏变流装置40。

其中，光伏电池10可以是单晶硅电池、多晶硅电池、薄膜电池或者柔性电池。其作用是通过光电转化将太阳能转化为电能，为储能装置30充电，或者在光照充足时可以通过升压为直流空调器20提供直流电，一般地，光伏电池10的输出电压范围在20-40V(伏)，功率峰值工作电压为30V左右。

直流空调器20采用全直流供电，内部的风机和压缩机都采用直流变频控制，四通阀也采用直流四通阀，其作用是为室内换气、在夏季降温以及冬季制热，提高直流空调器20所处地的舒适度，直流空调器20采用直流供电，减少了电能变换环节，提高了电能利用率。

储能装置30起到储能和供电的作用，在光伏电池10处于非输出状态时输出电能至低压直流母线44以为直流空调器20供电。具体地，在直流空调器20不工作时将光伏电池10输出的电能存储起来，在光伏电池10无输出例如夜间或者时，释放出电能为直流空调器20使用。

光伏变流装置40可以将光伏电池10输出的电能存储到储能装置30中，或者将储能装置30输出的低电压升压为适合直流空调器20使用的高电压范围。进一步地，光伏变流装置40包括光伏充电电路41、DC/DC转换电路42、控制器43、低压直流母线44和高压直流母线45。

其中，低压直流母线44和高压直流母线45起到一个电气连接的作用，用于将相同电压等级的部件连接。例如，低压直流母线44将光伏充电电路41的输出端、储能装置30和DC/DC转换电路42的输入端连接在一起，提供一个低电压电能传输的通道；高压直流母线45则负责将DC/DC转换电路42的输出端与直流空调器20连接起来，提供一个高压电能的传输通道。

光伏充电电路41用于将光伏电池10输出的电能传输至低压直流母线44为储能装置30充电。具体地，光伏充电电路41可以是简化版的二极管直充电路，或者是背靠背的双MOS管(或者IGBT(InsulatedGateBipolarTransistor，绝缘栅双极型晶体管)等全控型功率开关器件)组成的可以防接反和防倒灌的双向可控充电电路，也可以是Buck/Boost等非隔离的电能变换电路，甚至可以是带高频隔离变压器的推挽、双管正激、半桥或者全桥电路拓扑结构，以及在前述结构基础上延伸出来的软开关谐振电路等。

DC/DC转换器42用于将低压直流母线44上的电能转换为直流空调器20工作所需电信号，也就是说，光伏充电电路41将光伏电池10的电能传输至电压直流母线中，可以为储能装置30或者直接经过DC/DC转换器42升压供给直流空调器20使用。具体地，DC/DC转换电路42可以采用的电路拓扑结构有：没有电气隔离的Boost电路、带电气隔离的推挽、双管正激、半桥或者全桥电路拓扑结构，以及前述电路的交错并联或者直接并联使用的电路拓扑。DC/DC转换电路42可以将光伏充电电路41或者储能装置30输出的低压直流电转换为高压直流电，供给直流空调器20使用。

控制器43用于分别获得光伏电池10输出的光伏信号、DC/DC转换电路42的输出信号以及储能装置30的电量信号，根据光伏电池10的光伏信号判断是否满足为储能装置30充电的条件，例如，判断光伏电池10输出的光伏电压Upv是否大于设定的电压阈值，如果Upv大于设定的电压阈值，则认为满足为储能装置30充电的条件。以及控制器43根据DC/DC转换电路42的输出信号判断直流空调器20是否处于运行状态，并在满足充电条件且直流空调器20处于非运行状态时以四阶段充电模式控制光伏充电电路41，以对储能装置30进行充电。

具体地，控制器43接收来自光伏电池10的输出的光伏电压和光伏电流信号例如Upv和Ipv、电池容量信号SOC以及高压直流母线45输出电流信号Idc，经过内部芯片处理之后可以输出PWM1(Pulse-WidthModulation，脉宽调制)控制信号来控制光伏充电电路41的工作状态，实现多阶段充电、MPPT最大功率点跟踪充电以及脉冲充电等不同的功能。另外，控制器43输出一路PWM2控制信号，用于控制DC/DC变换电路42的工作状态。

不同于先恒流后恒压的两阶段充电模式，也不同于先恒流、再恒压、最后涓流充电的三阶段充电模式，本发明实施例的光伏空调***100，对储能装置30进行充电时采用四阶段充电模式，四阶段充电模式即完整的充电过程采用四个充电阶段，其中，第一充电阶段可以认为是软启动充电阶段，控制器43对光伏充电电路41的控制信号的占空比从最小允许占空比逐渐增大至最大允许占空比。

具体地，最小允许占空比可以为0.04-0.06，最大允许占空比可以为0.85-1，如图2所示为根据本发明的一个具体实施例的充电控制过程的充电电流和储能装置的电量对应示意图，第一充电阶段为软启动充电阶段例如图2中的阶段1，即逐步加大PWM1控制信号的占空比，从最小允许占空比例如0.05左右逐渐增大至最大允许占空比例如0.9附近，使得对储能装置30的充电电流逐步变大，以激活储能装置30，避免在储能装置30处于冷态的情况下，直接充入大电流，否则会对储能装置30造成损害。

本发明实施例的光伏空调***100，在满足充电条件且直流空调器20处于非运行状态时以四阶段充电模式控制光伏充电电路41，实现对储能装置30的充电控制，相较于采用两阶段充电控制策略和三阶段充电控制策略，采用四阶段充电模式，在第一充电阶段，控制器43对光伏充电电路41的控制信号的占空比从最小允许占空比逐渐增大至最大允许占空比，起到软启动的作用，避免在储能装置30处于冷态的情况下，直接充入大电流对储能装置30造成损害，延长使用寿命。

本发明实施例的光伏空调***100可以为车载光伏空调***。具体地，光伏电池10安装于车顶和/或货车的车厢上；储能装置30安装于车体的下方，一般可以为阀控型铅酸蓄电池，在车辆夜间停车休息或者停驶等待装卸货时，释放电能为直流空调器20供电；光伏变流装置40和直流空调器20安装于车辆驾驶室的内部；光伏充电电路41接收来自光伏电池10的电能，然后将直流电输送到低压直流母线44上，低压直流母线44将电能传输到储能装置30中，或者直接输入到DC/DC转换电路42中，DC/DC转换电路42的输出连接着高压直流母线45，高压直流母线45的另一端则连接着直流空调器20，控制器43是光伏变流装置40的控制核心，控制器43获取光伏电池10的输出电压Upv和输出电流Ipv、储能装置30的端电压Ubat、高压直流母线45的输出电流信号Idc以及储能装置30的电池容量信号SOC。通过这些输入进来的采样信号，得到两路控制信号PWM1和PWM2以对光伏充电电路41和DC/DC转换电路42控制。

需要说明的是，光伏充电电路41和控制器43是实现光伏空调***100充电控制方法的执行和控制单元，光伏充电电路41可以采用多种拓扑结构，在采用不同的电路拓扑结构时，充电控制方法也做相应的调整。具体地，在本发明的实施例中，进行充电控制时，可以根据两种不同拓扑结构(例如第一类电路结构和第二类电路结构)的光伏充电电路41对充电控制进行适应调整。

其中，对于第一类电路结构，可以理解为光伏充电电路41采用例如背靠背串联的双MOS管(或者IGBT等全控型功率开关器件)组成的双向可控充电电路，该类电路通过控制器43输出的PWM1信号控制可以实现脉冲充电。图3为根据本发明的一个具体实施例的光伏充电电路的第一类电路结构的示意图，如图3所示，采用两个背靠背串联的双MOS管(也可以是IGBT等全控型功率开关器件)组成双向可控充电电路。其中，光伏电池10侧的正极与储能装置30侧的正极直接相连，光伏电池10侧的负极与储能装置30侧的负极之间经过两个源极(S)串联在一起的MOS管Q1和Q2连接起来，其中，Q1的漏极(D1)与光伏电池10的负极相连，Q2的漏极(D2)与储能装置30的负极相连，Q1和Q2之间的门极G1和G2直接相连，通过同一路PWM信号控制Q1和Q2的通断，该光伏充电电路41可以实现电路的完全开通和关断，并具有防止光伏电池10接反和储能装置30倒灌的作用。

对于第二类电路结构，可以理解为光伏充电电路41采用可以进行电能变换的电路拓扑结构例如BUCK电路或者其他可以实现升降压的电路，如图4所示是根据本发明的一个具体实施例的光伏充电电路的第二类电路结构的示意图，即为由MOS管Q、二极管D、电感L和电容C构成的传统的Buck变换电路，其电路组成结构不再详细赘述。光伏充电电路41采用此类电能变换的电路，可以实现对光伏电池10进行MPPT控制。

对光伏电池10的MPPT控制，参照图4和图5所示，其中，如图5中(1)和(2)为根据本发明的一个实施例的MPPT控制模式控制时光伏电池的输出功率与输出电压的曲线示意图和光伏电池的光伏特性示意图。

具体地，在驱动负载工作时，光伏电池10在某一光照条件下的输出功率随输出电压的变化如图5(1)所示、输出电流随输出电压的变化如图5(2)所示。可见，在输出电压从开路电压(太阳能电池无负载时的电压)V0逐渐下降时，光伏电池10的输出功率在输出电压V2处达到最大功率Pmax，光伏电池10的输出电流随着输出电压的减小而逐渐增大，并且输出电流最初迅速增加并之后缓慢增加。

基于光伏电池10的上述伏安特性，通过控制MOS管Q的占空比逐渐增加光伏电池10的输出电流，使得光伏电池10的输出电压从开路电压开始逐渐降低并向V2逼近，同时检测光伏电池10的输出功率P是否增加，如果输出功率P增加则继续增大MOS管Q的占空比，直到光伏电池10的输出功率达到最大功率Pmax为止，实现MPPT控制，保证光伏电池10处于最大的输出功率状态。

进一步地，在软启动之后，即控制器43对光伏充电电路41的控制信号的占空比增大至最大允许占空比之后，如果储能装置30的电量小于第一预设电量阈值，控制器43对光伏充电电路41执行第二充电阶段控制。其中，在第二充电阶段时，如果光伏充电电路41为第一类电路结构，控制器43以最大允许占空比的控制信号控制光伏充电电路41。具体地，在软启动充电阶段之后，进入大电流充电阶段例如图2中的阶段2，PWM1控制信号的占空比维持在最大允许占空比例如0.9，甚至可以接近于1。对于车载光伏空调***，由于受限于安装面积，光伏电池10的输出功率一般在200-400W之间，其最大输出电流一般在10A左右，而对于较大型车辆例如货车，其储能装置30的容量往往在100Ah以上，因此，光伏充电电流在0.1C以内(对于容量100Ah的蓄电池，1C＝100A)，蓄电池没有接近充满时，不会出现过电流充电的情况。

另外，在第二充电阶段，如果光伏充电电路41采用第二类电路结构例如采用如图4所示的BUCK电路，则需要对光伏充电控制进行调整，调整第二充电阶段的控制信号，控制器43以MPPT模式控制光伏充电电路41，即控制器43将固定占空比的电流充电改为MPPT充电控制，最大可能地发挥出光伏电池10的电能输出能力，保证光伏电池10处于最大的输出功率状态.加快储能装置30的充电速度。

可以理解的是，无论光伏充电电路41是第一类电路结构还是第二类电路结构，控制器43以最大允许占空比的控制信号控制还是以MPPT模式控制光伏充电电路41，都可以使得光伏电池10输出最大的充电电流，加快对储能装置30的充电速度。

如果储能装置30的电量大于或等于第一预设电量阈值，控制器43对光伏充电电路41执行第三充电阶段控制，其中，在第三充电阶段，控制器43对光伏充电电路41的控制信号的占空比为第一预设占空比，第一预设占空比大于最小允许占空比小于最大允许占空比，具体地，第一占空比可以为0.45-0.55。例如，在进行充电控制的同时，监控储能装置30的SOC(StateofCharge,荷电状态即剩余电量)，当大电流充电使得储能装置30的SOC达到甚至超过80％时，控制器43调整PWM1控制信号的占空比为0.5，即进入较小电流的脉冲充电阶段如图2的阶段3，因为储能装置30充电进入接近充满的阶段时，其内部的极化现象变得更为严重，部分充电电流用于电解水，产生大量的气泡，会使得电极上的活性物质脱落，因此，采用占空比0.5左右的脉冲电流充电，一方面降低充电电流大小，减轻极化现象和电解水现象，另一方面在脉冲关断时，可以使得储能装置30极化现象得到恢复，电解水产生的气体有时间重新化合成水，降低储能装置30内部压力，使得下一轮充电可以顺利进行。

如果储能装置30的电量大于第二预设电量阈值，控制器43对光伏充电电路41执行第四充电阶段控制，其中，在第四充电阶段，控制器43对光伏充电电路41的控制信号的占空比为第二预设占空比，第二预设占空比大于最小允许占空比且小于第一预设占空比，具体地，第二占空比可以为0.08-0.1。例如，当储能装置30的SOC达到95％左右时，储能装置30几乎已经充满，则进入第四充电阶段如图2中的阶段4，此时控制器43调整PWM1控制信号占空比在0.1以下，以对所述储能装置30进行涓流充电也就是浮充充电，以补充储能装置30自放电损耗的电能，使得储能装置30维持在充满的状态而又不会出现过充现象。

在本发明的实施例中，在直流空调器20处于运行状态时，控制器43对光伏充电电路41执行第二充电阶段控制。具体地，控制器43实时检测DC/DC转换电路42的输出，如果检测到DC/DC转换电路42输出信号，则判断直流空调器20开始或者正在处于运行状态，则无论储能装置30处于什么样的SOC状态，都会采用第二充电阶段的充电工作模式，此时，如果控制器43正在执行第一充电阶段或者第三充电阶段或者第四充电阶段，都要切换至第二充电阶段的控制，以使光伏电池10处于最大电流输出状态，因为光伏充电电路41除了可以为储能装置30充电之外，也可以直接为DC/DC转换电路42供电，以保证直流空调器20的正常工作。DC/DC转换电路42为直流空调器20提供工作电流，直流空调器20工作时，光伏电池10为DC/DC转换电路42供电电流要比为储能装置30充电的电流大很多，此时控制光伏电池10处于第二充电阶段的最大电流输出状态，能够保证直流空调器20的正常工作，同时也给储能装置30充电，使储能装置30在光伏电池10不发电时提高续航能力。一般地，在阳光充足时，直流空调器20运行时，尽量使用光伏电池10输出的电能供电，最大可能地保存储能装置30的电量，以提高其在夜间供电时的续航能力。

综上所述，本发明实施例的光伏空调***100，采用四阶段充电模式，可以激活储能装置30，加快充电速度，减小储能装置30充电极化现象造成充电速度慢的影响，进一步加快充电速度，提高储能装置30的使用寿命。相关技术中的两阶段或者三阶段充电法都无法兼顾到上述四阶段充电控制策略的所有优势。而且，本发明实施例的光伏空调***100，还可以根据负载(直流空调器20)的运行状态，自动调整充电控制策略，实现了光伏电能的最大化利用。

基于上述方面实施例的光伏空调***，下面参照附图描述根据本发明另一方面实施例提出的光伏空调***的储能装置的充电控制方法。

图6是根据本发明的一个实施例的光伏空调***的储能装置的充电控制方法的流程图，如图6所示，该充电控制方法包括以下步骤：

S1，控制器分别获得光伏电池输出的光伏信号、DC/DC转换电路的输出信号以及储能装置的电量信号。

S2，控制器根据光伏电池的光伏信号判断是否满足为储能装置充电的条件，以及根据DC/DC转换电路的输出信号判断直流空调器是否处于运行状态。

S3,如果满足充电条件且直流空调器处于非运行状态时以四阶段充电模式控制光伏充电电路，以对储能装置进行充电。

首先，控制器根据光伏电池的光伏信号判断是否满足为储能装置充电的条件，例如判断光伏电压是否大于预设阈值，光伏电压大于该预设阈值，则满足为储能装置充电的条件。以及根据DC/DC转换电路的输出信号判断直流空调器是否处于运行状态。

如果满足充电条件且直流空调器处于非运行状态，控制器以四阶段充电模式控制光伏充电电路。

具体地，在进入充电控制之后，控制器对光伏充电电路执行第一充电阶段控制，其中，在第一充电阶段，控制器对光伏充电电路的控制信号的占空比从最小允许占空比逐渐增大至最大允许占空比。最小允许占空比可以为0.04-0.06，最大允许占空比可以为0.85-1。

进一步地，控制器对光伏充电电路的控制信号的占空比增大至最大允许占空比之后，如果储能装置的电量小于第一预设电量阈值，控制器对光伏充电电路执行第二充电阶段控制；其中，在第二充电阶段时，如果光伏充电电路为第一类电路结构，控制器以最大允许占空比的控制信号控制光伏充电电路；或者，在第二充电阶段时，如果光伏充电电路为第二类电路结构，控制器以MPPT模式对光伏充电电路进行控制。

如果储能装置的电量大于或等于第一预设电量阈值，控制器对光伏充电电路执行第三充电阶段控制，其中，在第三充电阶段，控制器对光伏充电电路的控制信号的占空比为第一预设占空比，第一预设占空比大于最小允许占空比小于最大允许占空比，具体地，第一占空比可以为0.45-0.55。

如果储能装置的电量大于第二预设电量阈值，控制器对光伏充电电路执行第四充电阶段控制，其中，在第四充电阶段，控制器对光伏充电电路的控制信号的占空比为第二预设占空比，第二预设占空比大于最小允许占空比且小于第一预设占空比，具体地，第二占空比可以为0.08-0.1。

另外，如果直流空调器处于运行状态，无论储能装置处于什么样的电量状态，控制器对光伏充电电路执行第二充电阶段控制，以保证直流空调器的正常工作。

基于上述说明，图7是根据本发明的一个具体实施例的光伏空调***的充电控制方法的流程图，如图7所示，包括以下步骤：

S100，采样光伏电池的光伏电压Upv。

S200，判断光伏电压是否满足给储能装置充电的要求。

例如，判断Upv是否大于设定的电压阈值，如果是，则进入步骤S300，否则返回步骤S100，继续监控光伏电池的输出的光伏电压Upv。

S300，监测DC/DC转换电路的输出电流Idc，并判断直流空调器是否开机运行。

如果直流空调器开机运行，则进入步骤S400，否则进入步骤S500。

S400，光伏充电电路的PWM1控制信号占空比调到最大允许占空比，或者进行MPPT控制，以最大限度地利用光伏电池为直流空调器供电；

S500，进入对储能装置的四阶段充电管理策略，即首先进入软启动充电阶段，激活储能装置充电。

S600，获取储能装置的SOC信号。

S700，根据不同的SOC值的范围，进入相应的充电阶段进行充电。

S800，在进行阶段充电的同时，还同步检测直流空调器是否开机运行，如果开机运行，则进入步骤S400，即以最大占空比或者MPPTT充电模式控制，反之，则返回步骤S600，即继续通过储能装置的SOC值来进行阶段模式充电。

可以看出，本发明实施例的光伏空调***的充电控制方法，充分考虑了光伏电池、储能装置与直流空调器三者之间的功率容量关系，根据不同的光伏充电电路拓扑进行与其相对应的充电管理控制策略，最大限度地发挥了光伏电池的发电能力，实现了储能装置的快速充电，同时又避免了储能装置的极化现象、电解水和活性物质脱落等不良影响，有效延长了蓄电池的使用寿命。本发明采用的充电控制方法，在白天时可以尽量使用光伏电池输出的电能为直流空调器供电，从而有效保留储能装置的电量，使其在夜间的续航能力大为提高。

需要说明的是，在本说明书的描述中，流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行***、装置或设备(如基于计算机的***、包括处理器的***或其他可以从指令执行***、装置或设备取指令并执行指令的***)使用，或结合这些指令执行***、装置或设备而使用。就本说明书而言，"计算机可读介质"可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行***、装置或设备或结合这些指令执行***、装置或设备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或多个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(RAM)，只读存储器(ROM)，可擦除可编辑只读存储器(EPROM或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(CDROM)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。

应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行***执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。

本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。

在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (11)

1.一种光伏空调***，其特征在于，包括：

光伏电池和直流空调器；

储能装置，用于在所述光伏电池处于非输出状态时输出电能至低压直流母线；

光伏变流装置，所述光伏变流装置包括光伏充电电路、DC/DC转换电路和控制器，

所述光伏充电电路，用于将所述光伏电池输出的电能传输至所述低压直流母线以为所述储能装置充电；

所述DC/DC转换器，用于将所述低压直流母线上的电能转换为所述直流空调器工作所需电信号；

所述控制器，用于分别获得所述光伏电池输出的光伏信号、所述DC/DC转换电路的输出信号以及所述储能装置的电量信号，并根据所述光伏电池的光伏信号判断是否满足为所述储能装置充电的条件，以及根据所述DC/DC转换电路的输出信号判断所述直流空调器是否处于运行状态，并在满足充电条件且所述直流空调器处于非运行状态时以四阶段充电模式控制所述光伏充电电路，以对所述储能装置进行充电；

其中，在第一充电阶段，所述控制器对所述光伏充电电路的控制信号的占空比从最小允许占空比逐渐增大至最大允许占空比。

2.如权利要求1所述的光伏空调***，其特征在于，控制器对光伏充电电路的控制信号的占空比增大至最大允许占空比之后，在所述储能装置的电量小于第一预设电量阈值时，所述控制器对所述光伏充电电路执行第二充电阶段控制；其中，

如果所述光伏充电电路为第一类电路结构，所述控制器以所述最大允许占空比的控制信号控制所述光伏充电电路；或者，

如果所述光伏充电电路为第二类电路结构，所述控制器以MPPT模式对所述光伏充电电路进行控制。

3.如权利要求2所述的光伏空调***，其特征在于，在所述储能装置的电量大于或等于所述第一预设电量阈值时，所述控制器对所述光伏充电电路执行第三充电阶段控制，其中，在所述第三充电阶段，所述控制器对所述光伏充电电路的控制信号的占空比为第一预设占空比，所述第一预设占空比大于所述最小允许占空比小于所述最大允许占空比。

4.如权利要求3所述的光伏空调***，其特征在于，在所述储能装置的电量大于第二预设电量阈值时，所述控制器对所述光伏充电电路执行第四充电阶段控制，其中，在第四充电阶段，所述控制器对所述光伏充电电路的控制信号的占空比为第二预设占空比，所述第二预设占空比大于所述最小允许占空比且小于所述第一预设占空比。

5.如权利要求4所述的光伏空调***，其特征在于，在所述直流空调器处于运行状态时，所述控制器对所述光伏充电电路执行所述第二充电阶段控制。

6.如权利要求1所述的光伏空调***，其特征在于，所述光伏空调***为车载光伏空调***。

7.一种如权利要求1所述的光伏空调***的充电控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

控制器分别获得所述光伏电池输出的光伏信号、所述DC/DC转换电路的输出信号以及所述储能装置的电量信号；以及

所述控制器根据所述光伏电池的光伏信号判断是否满足为所述储能装置充电的条件，以及根据所述DC/DC转换电路的输出信号判断所述直流空调器是否处于运行状态；

如果满足充电条件且所述直流空调器处于非运行状态时以四阶段充电模式控制所述光伏充电电路，以对所述储能装置进行充电；

其中，在第一充电阶段，所述控制器对所述光伏充电电路的控制信号的占空比从最小允许占空比逐渐增大至最大允许占空比。

8.如权利要求7所述的充电控制方法，其特征在于，还包括：

在所述控制器对所述光伏充电电路的控制信号的占空比增大至所述最大允许占空比之后，如果所述储能装置的电量小于第一预设电量阈值，所述控制器对所述光伏充电电路执行第二充电阶段控制；其中，

在所述第二充电阶段时，如果所述光伏充电电路为第一类电路结构，所述控制器以所述最大允许占空比的控制信号控制所述光伏充电电路；或者，

在所述第二充电阶段时，如果所述光伏充电电路为第二类电路结构，所述控制器以MPPT模式对所述光伏充电电路进行控制。

9.如权利要求8所述的充电控制方法，其特征在于，还包括：

如果所述储能装置的电量大于或等于所述第一预设电量阈值，所述控制器对所述光伏充电电路执行第三充电阶段控制，其中，在所述第三充电阶段，所述控制器对所述光伏充电电路的控制信号的占空比为第一预设占空比，所述第一预设占空比大于所述最小允许占空比小于所述最大允许占空比。

10.如权利要求9所述的充电控制方法，其特征在于，还包括：

如果所述储能装置的电量大于第二预设电量阈值，所述控制器对所述光伏充电电路执行第四充电阶段控制，其中，在第四充电阶段，所述控制器对所述光伏充电电路的控制信号的占空比为第二预设占空比，所述第二预设占空比大于所述最小允许占空比且小于所述第一预设占空比。

11.如权利要求10所述的充电控制方法，其特征在于，还包括：

如果所述直流空调器处于运行状态，所述控制器对所述光伏充电电路执行所述第二充电阶段控制。