CN107276199A - 太阳能充电装置以及采用太阳能电池的充电方法 - Google Patents

太阳能充电装置以及采用太阳能电池的充电方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种太阳能充电装置以及采用太阳能电池的充电方法。所述装置包括太阳能电池板、充电模块以及充电接口，所述充电模块包括：直流‑直流变换器，与所述太阳能电池板和充电接口电性连接，用于将太阳能电池板输出的直流电压转换成充电采用的直流电压；快充协议识别模块，与所述充电接口和直流‑直流变换器电性连接，用于识别来自于充电模块的充电指令，并发送至直流‑直流变换器以改变直流‑直流变换器的输出电压；以及负载调节模块，与所述太阳能电池板和直流‑直流变换器电性连接，通过调节所述太阳能电池板的等效负载的方式，来稳定所述太阳能电池板的输出功率，从而提高所述太阳能电池板的输出效率。

Description

太阳能充电装置以及采用太阳能电池的充电方法
技术领域
本发明涉及电路设计领域，尤其涉及一种太阳能充电装置以及采用太阳能电池的充电方法。
背景技术
现有技术中的太阳能充电装置是使用太阳能电池加恒压模块的方案实现，其中恒压模块输出固定的电压，常见的形式是5V/2A的输出能力。随着智能终端的快速发展，手机一类的产品电池容量逐渐增加，为提高充电速度，相关厂商提出了改变输出电压的快速充电方法。快速充电方法需要充电端提供更高的电压，但是现有技术中还没有支持快速充电的太阳能充电装置。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种支持快速充电的太阳能充电装置和采用太阳能电池的充电方法。
为了解决上述问题，本发明提供了一种太阳能充电装置，包括太阳能电池板、充电模块以及充电接口，所述充电模块包括：直流-直流变换器，与所述太阳能电池板和充电接口电性连接，用于将太阳能电池板输出的直流电压转换成充电采用的直流电压；快充协议识别模块，与所述充电接口和直流-直流变换器电性连接，用于识别来自于充电模块的充电指令，并发送至直流-直流变换器以改变直流-直流变换器的输出电压；以及负载调节模块，与所述太阳能电池板和直流-直流变换器电性连接，通过调节所述太阳能电池板的等效负载的方式，来稳定所述太阳能电池板的输出功率，从而提高所述太阳能电池板的输出效率。
可选的，所述快充协议识别模块包括：协议解析单元，所述协议解析单元与所述充电接口电性连接，用于解析通过所述充电接口接收到的充电指令；指令发送单元，与所述协议解析单元以及直流-直流变换器电性连接，用于根据协议解析单元解析得到结果，发送输出控制指令至直流-直流变换器，控制所述直流-直流变换器输出相应的直流电压。
可选的，所述指令发送单元包括：一上拉电阻，所述上拉电阻的第一端与直流-直流变换器的输出端电性连接，第二端与所述直流-直流变换器的控制端电性连接；多个下拉电阻，所述每一个下拉电阻的第一端与直流-直流变换器的控制端电性连接，每一个下拉电阻的第二端通过一电压控制开关接地，所述电压控制开关的控制端与所述协议解析单元电性连接。
可选的，所述负载调节模块通过调节所述直流-直流变换器的平均功率的方式来稳定所述太阳能电池板的输出功率，所述负载调节模块包括：一脉冲调节开关，所述脉冲调节开关的第一端与直流-直流变换器的输出端电性连接，第二端与充电接口电性连接；以及一脉宽调制器，所述脉宽调制器与所述脉冲调节开关的控制端电性连接，所述脉宽调制器通过改变输出脉冲控制所述脉冲调节开关的开关，进而改变直流-直流变换器的平均功率，所述脉宽调制器还与所述太阳能电池板电性连接，以采样所述太阳能电池板的输出电流和电压信号，并据此调节所述脉宽调制器的输出脉冲。
可选的，所述负载调节模块通过钳位太阳能电池板输出电压的方式来稳定所述太阳能电池板的输出功率，所述负载调节模块包括：一储能单元，所述储能单元与所述太阳能电池板电性连接；一充放电控制开关，所述充放电控制开关的第一端与所述储能单元电性连接，第二端通过一反向保护二极管与所述太阳能电池板电性连接；一电压监控单元，所述电压监控单元与所述充放电控制开关的控制端以及储能单元电性连接，用于根据所述储能单元的输出电压值来控制所述充放电控制开关的通断。
本发明还提供了一种采用太阳能电池的充电方法，包括如下步骤：提供一太阳能电池板；采用一直流-直流变换器将太阳能电池板输出的直流电压转换成充电采用的直流电压；根据被充电设备的指令改变直流-直流变换器输出的电压值；通过调节所述太阳能电池板的等效负载的方式，来稳定所述太阳能电池板的输出功率，从而提高所述太阳能电池板的输出效率，进而提高充电速度。。
可选的，稳定所述太阳能电池板的输出功率的步骤进一步是通过调节所述直流-直流变换器的平均功率的方式来稳定所述太阳能电池板的输出功，包括：通过采用一脉宽调制器调节直流-直流变换器的输出占空比方式，来调节所述直流-直流变换器的平均功率。
可选的，稳定所述太阳能电池板的输出功率的步骤进一步是通过钳位太阳能电池板输出电压的方式来稳定所述太阳能电池板的输出功率，包括：采用一储能单元与所述太阳能电池板并联的方式，以使所述太阳能电池板的输出电压保持稳定。
本发明的优点在于，无论被充电的终端是否要求开启快冲模式，都可以通过调节所述太阳能电池板的等效负载的方式，包括但不限于调节所述直流-直流变换器的平均功率的方式，以及钳位太阳能电池板输出电压的方式，来稳定所述太阳能电池板的输出功率。通过上述调节方式可以将所述太阳能电池板的输出稳定在最大功率点附近，从而提高所述太阳能电池板的输出效率，进而提高充电速度。
附图说明
附图1所示是本发明所述太阳能充电装置一具体实施方式的结构示意图，
附图2所示是本发明所述太阳能充电装置另一具体实施方式的结构示意图。
附图3所示是本发明所述太阳能充电装置另一具体实施方式的结构示意图。
附图4所示是本发明所述采用太阳能电池的充电方法的一具体实施方式的实施步骤示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明提供的太阳能充电装置以及采用太阳电池的充电方法的具体实施方式做详细说明。
附图1所示是本发明所述太阳能充电装置一具体实施方式的结构示意图，包括太阳能电池板11、充电模块12以及充电接口13。太阳能电池板11输出的电能被充电模块12转换后，通过充电接口13向外充电。被充电的终端可以是手机或者平板电脑等。对于支持快速充电的终端，需要充电接口13为其提供高于5V的充电电压，通常包括5V/2A、9V/1.67A、12V/1.5A等多个规格。这需要充电模块12根据情况进行调节。
在本具体实施方式中，为了实现上述调节功能，充电模块12包括直流-直流变换器121、快充协议识别模块122、以及负载调节模块123。
所述直流-直流变换器121与所述太阳能电池板11和充电接口13电性连接，用于将太阳能电池板11输出的直流电压转换成充电采用的直流电压。快充协议识别模块122与所述充电接口13和直流-直流变换器121电性连接，用于识别来自于充电模块122的充电指令，并发送至直流-直流变换器121以改变直流-直流变换器121的输出电压。被充电终端如果需要快速充电，会发送发起快速充电的命令至充电接口13。快充协议识别模块122能够识别该命令，并发送给直流-直流变换器121，驱动其改变输出电压。通常包括5V/2A、9V/1.67A、12V/1.5A等多个模式。而改变输出电压后，直流-直流变换器121的输出功率随之发生变化，这导致太阳能电池板11的输出功率也发生变化。但太阳能电池板11受太阳能电池的特性影响，输出功率存在一最大功率点，只有在该功率点上太阳能电池的转化效率才是最大的。而直流-直流变换器121的输出发生变化之后，如果不加以辅助调节手段，显然会改变太阳能电池板11的输出功率，可能会导致太阳能电池的输出效率降低。在本具体实施方式中，采用负载调节模块123与所述太阳能电池板11和直流-直流变换器121电性连接。负载调节模块123的作用在于能够调节所述太阳能电池板11的等效负载。通过调节等效负载，来稳定所述太阳能电池板11的输出功率在最大功率点，从而提高所述太阳能电池板11的输出效率。
附图2所示是本发明所述太阳能充电装置另一具体实施方式的结构示意图。在本具体实施方式中，所述快充协议识别模块122进一步包括协议解析单元230和指令发送单元240。所述协议解析单元230与所述充电接口13电性连接，用于解析通过所述充电接口13接收到的充电指令。所述充电指令可以是标准的充电协议指令，例如高通的QC2.0等，也可以是制造商自定义的指令集。协议解析单元230根据预设的算法将解析结果发送至指令发送单元240。指令发送单元240与所述协议解析单元230以及直流-直流变换器121电性连接。指令发送单元240收到协议解析单元230发送的结果后，发送一输出控制指令至直流-直流变换器121，控制所述直流-直流变换器121输出相应的直流电压。
本具体实施方式中，充电接口13包括高电平输出端V+、低电平输出端V-、升压端子D+、以及降压端子D-。协议解析单元230根据升压端子D+和降压端子D-的信号解析出结果并发送至输出端。协议解析单元230的输出端包括多个引脚，每个引脚根据充电接口13发出的充电指令选择输出高电平或者低电平。指令发送单元240则包括一上拉电阻R1，和多个下拉电阻，本具体实施方式为下拉电阻R2和R3，指令发送单元240还包括匹配电阻R4。所述上拉电阻R1的第一端与直流-直流变换器121的输出端电性连接，第二端与所述直流-直流变换器121的控制端Vf电性连接；匹配电阻R4的第一端与所述直流-直流变换器121的控制端Vf电性连接，第二端接地。下拉电阻R2和R3中的每一个下拉电阻的第一端与直流-直流变换器121的控制端Vf电性连接，下拉电阻R2和R3中的每一个下拉电阻的第二端通过电压控制开关K2和K3接地。所述电压控制开关K2和K3的控制端与所述协议解析单元230电性连接，具体地说是每个开关电性连接到协议解析单元230的一个输出端的引脚上。电压控制开关K2和K3根据议解析单元230的输出端的引脚电平来选择开关状态，从而将下拉电阻R2和R3接入下拉电阻的网络中，以控制直流-直流变换器121的控制端Vf的电平。匹配电阻R4是可选组件，用于调整控制端Vf的最大电平。
本具体实施方式中，协议解析单元230的输出引脚为两个，对应的下拉电阻和电压控制开关也为两个，若协议解析单元230的输出引脚数目增加，则可以控制更多档位的输出模式，对应的下拉电阻和电压控制开关也应增加到相同的数目。
本具体实施方式中，所述负载调节模块123通过调节所述直流-直流变换器121的平均功率的方式来稳定所述太阳能电池板11的输出功率。故所述负载调节模块123包括一脉冲调节开关250以及一脉宽调制器260。所述脉冲调节开关250的第一端与直流-直流变换器121的输出端电性连接，第二端与充电接口13电性连接；所述脉宽调制器260与所述脉冲调节开关250的控制端电性连接。脉宽调制器260输出一脉冲信号，脉冲调节开关250的控制端根据脉冲信号的电平执行开关操作，脉冲调节开关250关闭状态下直流-直流变换器121的输出为0，因此通过控制所述脉冲调节开关250的开关可以改变直流-直流变换器121的平均功率。所述脉宽调制器260还与所述太阳能电池板11电性连接，以采样所述太阳能电池板11的输出电流和电压信号，并据此调节所述脉宽调制器260的输出脉冲。调剂输出脉冲具体包括调节输出脉冲的频率以及占空比，通过调节输出脉冲可以改变直流-直流变换器121的输出占空比，进而改变直流-直流变换器121的平均输出和输入功率。而直流-直流变换器121输入功率是由太阳能电池板11提供的，因此改变输入功率会直接改变太阳能电池板11的输出电流和电压。通过上述调节手段，将太阳能电池板11的输出电流和电压信号稳定在最大功率点，达到提高太阳能电池板11输出效率的目的。
附图3所示是本发明所述太阳能充电装置另一具体实施方式的结构示意图。在本具体实施方式中，所述快充协议识别模块122的结构与前一具体实施方式相同。但所述负载调节模块123是通过钳位太阳能电池板11输出电压的方式来稳定所述太阳能电池板11的输出功率，所述负载调节模块123包括储能单元370、充放电控制开关380以及电压监控单元390。所述储能单元370与所述太阳能电池板11电性连接。所述充放电控制开关380的第一端与所述储能单元370电性连接，第二端通过一反向保护二极管381与所述太阳能电池板11电性连接。所述电压监控单元390与所述充放电控制开关380的控制端以及储能单元370电性连接，用于根据所述储能单元370的输出电压值来控制所述充放电控制开关380的通断。所述储能单元370可以是可充电的锂电池或者超级电容。储能单元370两端的电压是固定的，则太阳能电池板11两端的电压就被钳位在储能单元370两端的电压减去反向保护二极管381的压降和太阳能电池板11的内阻压降。而在储能单元370、保护二极管381、以及太阳能电池板11的回路中，流过太阳能电池板11的电流也是稳定的。该电流可以通过调整太阳能电池板11中的电池片的串联个数来调整。因此，上述结构能够实现太阳能电池板11的电流和电压都是稳定的。通过调整太阳能电池板11中的电池片的串联个数、以及储能单元370的输出电压等参数，可以将太阳能电池板11的输出电流和电压信号稳定在最大功率点，达到提高太阳能电池板11输出效率的目的。
附图4所示是本发明所述采用太阳能电池的充电方法的一具体实施方式的实施步骤示意图。包括：步骤S40，提供一太阳能电池板；步骤S41，采用一直流-直流变换器将太阳能电池板输出的直流电压转换成充电采用的直流电压；步骤S42，根据被充电设备的指令改变直流-直流变换器输出的电压值；步骤S43，通过调节所述太阳能电池板的等效负载的方式，来稳定所述太阳能电池板的输出功率，从而提高所述太阳能电池板的输出效率。
在步骤S43中，可以采用通过调节所述直流-直流变换器的平均功率的方式来稳定所述太阳能电池板的输出功，包括如下步骤：通过采用一脉宽调制器调节直流-直流变换器的输出占空比方式，来调节所述直流-直流变换器的平均功率。
在步骤S43中，可以采用通过钳位太阳能电池板输出电压的方式来稳定所述太阳能电池板的输出功率，包括如下步骤：采用一储能单元与所述太阳能电池板并联的方式，以使所述太阳能电池板的输出电压保持稳定。
采用以上方法，将太阳能电池板的输出电流和电压信号稳定在最大功率点，达到提高太阳能电池板输出效率的目的。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种太阳能充电装置，包括太阳能电池板、充电模块以及充电接口，其特征在于，所述充电模块包括：
直流-直流变换器，与所述太阳能电池板和充电接口电性连接，用于将太阳能电池板输出的直流电压转换成充电采用的直流电压；
快充协议识别模块，与所述充电接口和直流-直流变换器电性连接，用于识别来自于充电模块的充电指令，并发送至直流-直流变换器以改变直流-直流变换器的输出电压；以及负载调节模块，与所述太阳能电池板和直流-直流变换器电性连接，通过调节所述太阳能电池板的等效负载的方式，来稳定所述太阳能电池板的输出功率，从而提高所述太阳能电池板的输出效率。
2.根据权利要求1所述的太阳能充电装置，其特征在于，所述快充协议识别模块包括：
协议解析单元，所述协议解析单元与所述充电接口电性连接，用于解析通过所述充电接口接收到的充电指令；
指令发送单元，与所述协议解析单元以及直流-直流变换器电性连接，用于根据协议解析单元解析得到结果，发送输出控制指令至直流-直流变换器，控制所述直流-直流变换器输出相应的直流电压。
3.根据权利要求2所述的太阳能充电装置，其特征在于，所述指令发送单元包括：
一上拉电阻，所述上拉电阻的第一端与直流-直流变换器的输出端电性连接，第二端与所述直流-直流变换器的控制端电性连接；
多个下拉电阻，所述每一个下拉电阻的第一端与直流-直流变换器的控制端电性连接，每一个下拉电阻的第二端通过一电压控制开关接地，所述电压控制开关的控制端与所述协议解析单元电性连接。
4.根据权利要求1所述的太阳能充电装置，其特征在于，所述负载调节模块通过调节所述直流-直流变换器的平均功率的方式来稳定所述太阳能电池板的输出功率，所述负载调节模块包括：
一脉冲调节开关，所述脉冲调节开关的第一端与直流-直流变换器的输出端电性连接，第二端与充电接口电性连接；以及
一脉宽调制器，所述脉宽调制器与所述脉冲调节开关的控制端电性连接，所述脉宽调制器通过改变输出脉冲来控制所述脉冲调节开关的开关，进而改变直流-直流变换器的平均功率，所述脉宽调制器还与所述太阳能电池板电性连接，以采样所述太阳能电池板的输出电流和电压信号，并据此调节所述脉宽调制器的输出脉冲。
5.根据权利要求1所述的太阳能充电装置，其特征在于，所述负载调节模块通过钳位太阳能电池板输出电压的方式来稳定所述太阳能电池板的输出功率，所述负载调节模块包括：
一储能单元，所述储能单元与所述太阳能电池板电性连接；
一充放电控制开关，所述充放电控制开关的第一端与所述储能单元电性连接，第二端通过一反向保护二极管与所述太阳能电池板电性连接；
一电压监控单元，所述电压监控单元与所述充放电控制开关的控制端以及储能单元电性连接，用于根据所述储能单元的输出电压值来控制所述充放电控制开关的通断。
6.一种采用太阳能电池的充电方法，其特征在于，包括如下步骤：
提供一太阳能电池板；
采用一直流-直流变换器将太阳能电池板输出的直流电压转换成充电采用的直流电压；
根据被充电设备的指令改变直流-直流变换器输出的电压值；
通过调节所述太阳能电池板的等效负载的方式，来稳定所述太阳能电池板的输出功率，从而提高所述太阳能电池板的输出效率。
7.根据权利要求6所述的采用太阳能电池的充电方法，其特征在于，稳定所述太阳能电池板的输出功率的步骤进一步是通过调节所述直流-直流变换器的平均功率的方式来稳定所述太阳能电池板的输出功率，包括：
通过采用一脉宽调制器调节直流-直流变换器的输出占空比方式，来调节所述直流-直流变换器的平均功率。
8.根据权利要求6所述的采用太阳能电池的充电方法，其特征在于，稳定所述太阳能电池板的输出功率的步骤进一步是通过钳位太阳能电池板输出电压的方式来稳定所述太阳能电池板的输出功率，包括：
采用一储能单元与所述太阳能电池板并联的方式，以使所述太阳能电池板的输出电压保持稳定。
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