CN1996703A - 一种利用光伏电池自适应串并联充电的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种利用光伏电池自适应串并联来充电的装置及其方法，其包括：光伏电池组，由z个光伏电池组成，其中z为大于等于2的整数；光伏电池电压检测器VP，用于检测光伏电池的输出值；电池组，由n个蓄电池组成，n为大于等于1的整数；蓄电池电压检测器，用于检测电池组中电池的输出值；控制器，用于根据光伏电池电压检测器VP输出值选择光伏电池内部联接方式以及根据电池组中电池的输出值选择充电与放电对象。本发明是针对高效利用光能要求而提出了一种光伏电池自适应串并联充电的方法，此发明通过检测光强度，根据不同光强度，选择高效的光伏电池组内光伏电池的联接方式，实现高效充电。

Description

一种利用光伏电池自适应串并联充电的方法和装置

技术领域

本发明属于光伏电池技术领域，特别涉及一种利用光伏电池自适应串并联的方法和装置。

背景技术

由于在现在使用的太阳能电池多以多个电芯串联组织形式，其缺点有放电电流小、自适应能力差、转换效率低。从而限制了光伏技术在某些领域的发展，如移动电话电源方面应用，现有的太阳能电池手机只有在强光下才能对手机充电。因此使手机的使用产生了许多限制。中国专利申请号为200420028283.2的申请公开了一种便携式光电电源，其有光电板、容电器、稳压器以及机壳组成，虽然该申请公开了可以对光能进行转换、存储和输出。但是该申请存在以下问题：不能自动感应外界光强以选择存储的电量从而对便携式设备进行充电，充电电压需要较长的时间才能够上升到最佳动作点，因此导致了充电效率降低。根据现有的光伏电池的特性，等面积的光伏电池在相同的光强度下，串联连接模式可获得较高的开路电压，但同时短路电流是很小的，而并联联接的光伏电池，开路电压低，但短路电流则得到了提升。

本发明是针对高效利用光能要求而提出了一种光伏电池串并联自适应的方法，此发明通过检测光强度，根据不同光强度，选择高效的光伏电池组内光伏电池的联接方式，实现高效充电，在强光下，最大电流充电，可补充便携式设备正常使用消耗的电量；在一般光强下，大电流充电，可部分补充便携式设备正常使用消耗的电量；在弱光下，小电流充电，可补充便携式设备待机时消耗的电量；同时也提出了一种电池互充的方法，当电池组电池都低于便携式设备的工作电压时，同时收到用户发出的电池互充指令时，此时通过电池互充单元，将大容量电池的电量，转至小容量电池中，提升小容量电池的电压，方便了使用者。

发明内容

本发明提供了一种利用光伏电池自适应串并联来充电的装置，其包括：光伏电池，由z个光伏电池组成，其中z为大于等于2的整数；光伏电池电压检测器VP，用于检测光伏电池的输出值；电池组，由n个蓄电池组成，n为大于等于1的整数；蓄电池电压检测器，用于检测电池组中电池的输出值；控制器，用于根据光伏电池电压检测器VP输出值选择光伏电池电池内部联接方式以及根据电池组中电池的输出值选择充电与放电对象。

本发明还提供了一种光伏电池自适应串并联充电方法，其包括步骤：根据便携设备电池组中n个电池的输出值选择充电与放电对象，其中n为大于等于1的整数；根据光伏电池电压检测器VP检测的值选择z个光伏电池的内部联接方式，其中z为大于等于2的整数。

本发明还提供了一种利用光伏电池组自适应串并联来充电的装置，其包括：光伏电池模块，由m个光伏电池组组成，其中m为大于等于2的整数；光伏电池组电压检测器VP，用于检测光伏电池组的输出值；电池组，由n个蓄电池组成，n为大于等于1的整数；蓄电池电压检测器，用于检测电池组中电池的输出值；控制器，根据电池组中电池的输出值选择充电与放电对象；根据光伏电池组电压检测器VP检测的输出值选择光伏电池组的联接方式。

本发明还提供了一种光伏电池组自适应串并联充电方法，其包括步骤：检测电池组中n个电池的输出值，根据电池组中电池的输出值选择充电与放电对象，其中n为大于等于1的整数；根据光伏电池组电压检测器VP检测的光伏电池组的电压值选择m个光伏电池组的联接方式，其中m为大于等于2的整数。

本发明是针对高效利用光能要求而提出了一种光伏电池自适应串并联充电的方法，此发明通过检测光伏电池开路输出电压，根据不同的电压值，选择最高效率的光伏电池组内，各光伏电池的联接方式，实现高效充电。在强光下，以最大电流充电，可补充便携式设备，正常使用消耗的电量；在一般光强下，大电流充电，可部分补充便携式设备正常使用消耗的电量；在弱光下，小电流充电，可补充便携式设备待机时消耗的电量。

附图说明

图1是根据本发明实施例1的光伏电池组自适应串并联充电装置的原理示意图；

图2是根据本发明实施例1的并联充电光伏电池组联接的示意图；

图3是根据本发明实施例1的并、串联混合充电光伏电池组联接的示意图；

图4是根据本发明实施例1的串联充电光伏电池组联接的示意图；

图5是根据本发明实施例1的光伏电池组自适应串并联充电装置的流程图；

图6是根据本发明实施例2的光伏电池组串并联自适应充电装置的原理示意图；

图7是根据本发明实施例2的并联充电光伏电池组联接的示意图；

图8是根据本发明实施例2的串联充电光伏电池组联接的示意图；

图9是根据本发明实施例2的光伏电池组串并联自适应充电装置的流程图；

图10是根据本发明实施例的m个光伏电池组自适应串并联的结构图；

具体实施方式

实施例1：

参照图1，是根据本发明实施例的光伏电池组串并联自适应充电装置的原理示意图。其包括有，由光伏电池组B1至B4组成的光伏电池模块，其中每个光伏电池组由9个光伏电池构成；开关PK+1～+4、PK-1～PK-4、SK1～SK3、KK，光伏电池组电压检测器VP；便携式设备锂电池组MB1和MB2(以下称其为“电池组”)，防逆流二极管D1，开关CK1～CK2、DK1～DK3，电池电压检测器VM1～VM2与控制器，控制器根据电池组中电池的输出值选择充电与放电对象；根据光伏电池组电压检测器VP检测的输出值选择光伏电池组的联接方式。

其中控制器，由低功耗带多路ADC的PIC18L系列单片机组成，用于检测***状态和控制光电池模块内部联接方式和选择光电池模块的充电对象与对外放电对象。光电池组，是***的能源供应源；电池组，用于为便携式设备提供电源；防逆流二极管(以下称“二极管”)，根据二极管的单向导电性，用于防止充电时产生逆流，在实际用中，光环境有可能变化很大，光电池的输出电压会出现不稳定情况，故此二极管用于在不稳定的情况下可以防止光电池组流向电池组的电流发生逆流。

此实施例选择蓄电池为锂电池，其标称电压为4.2V；在强光下，一个光强时，单个光伏电芯开路电压为0.5伏，本实例采用光伏电池组为9个光伏电芯组成，故在一个光强下，单个光伏电池组开路电压可达4.5伏，此时采用四个光伏电池组并联充电，可极大限度提高了充电电流，如图2所示。一般光强度下，高于0.5但低于1个光强，单个光伏电芯开路电压可为0.25伏，此时可将光伏电池组分为两个小组，小组1：B1与B2串联，小组2：B3与B4串联，然后再将小组1与小组2并联，如图3所示，这样在一般光强下，提高了开路电压，电流输出也得到了提高；在弱光下，光伏电池组串联联接，如图4所示，极大地提高了开路电压，实现在弱光下小电流充电，这电流可补充便携式设备待机消耗。通过本发明的方法和装置实现了无论强度还是弱光都能对便携式设备充电。

下面参照图5来说明根据本发明实施例1的流程，一般便携式设备的锂电池满电量时电压值为4.2V，因此这里取MB1、MB2的满电量阀值为4.2V。

(1)断开开关KK、SK1~SK3，闭合开关PK+1~PK+4、PK-1~PK-4，通过VP检测光电池组并联开路电压Vp，当Vp≥4.5V时，光照强度为强光，转到步骤(2)；当Vp＜4.5V且Vp≥2.25V，此时光照强度为一般光强，转到步骤(3)；当Vp＜2.25V时，此时处于弱光下，转到步骤(4)。

(2)强光下，光电池组并联联接，断开开关SK1~SK3，闭合开关PK+1~PK+4、PK-1~PK-4；转到步骤(5)。

(3)一般光强下，光电池组串、并联混合联接，断开开关PK+2、PK+4、SK2、PK-1、PK-3，闭合开关PK+1、PK+3、SK1、SK2、PK-2、PK-4；转到步骤(5)。

(4)弱光下，光电池组串联联接，断开开关PK+2~PK+4、PK-1~PK-3，闭合开关SK1~SK3；转到步骤(5)。

(5)控制器读取电池电压检测器VM1、VM2值，得出MB1、MB2电压分别为VB1、VB2；当VB1＞4.2V，VB2＞4.2V时，电池组不需充电，处于满电量状态，转到步骤(6)；当VB1＜VB2，且VB1≤4.2V，选择MB1为充电对象，MB2为对外放电对象，转到步骤(7)；当VB2＜VB1，且VB2≤4.2V，选择MB2为充电对象，MB1为对外放电对象，转到步骤(8)。

(6)电池组满电量状态，选择MB1为对外放电对象，同时光电池模块直接对外放电，开关KK、DK1、DK3关闭，开关CK1、CK2、DK2断开；转到步骤(9)。

(7)对电池MB1充电，选择MB1为光电池模块的充电对象，MB2为对外放电对象，开关KK、CK1、DK2关闭，开关CK2、DK1、DK3断开；转到步骤(9)。

(8)对电池MB2充电，选择MB2为光电池模块的充电对象，MB1为对外放电对象，开关KK、CK2、DK1关闭，开关CK1、DK2、DK3断开，转到步骤(9)。

(9)***休息10秒钟，转到步骤(1)。

实施例2：

参照图6，是根据本发明实施例2的光伏电池组串并联自适应充电装置的原理示意图。由光伏电池B1至B3组成的光伏电池组(以下称为“光电池组”)，其中光伏电池组由9个光伏电芯组成，开关PK+1～PK+3、PK-1～PK-3、SK1～SK2、KK，光伏电池组电压检测器VP；便携式设备锂电池组MB1，防逆流二极管D1，开关CK1、DK1～DK2，电池电压检测器VM1与控制器组成。

当光电池组的组数为2或3时，光伏电池组的联接方式只有两种；串联联接，并联联接。此实施例选取光伏电池模块由3个光伏电池组组成，因此只有两种联接方式。

此实施例选择锂电池标称电压为4.2V；在强光下，一个光强时，单个光伏电芯开路电压为0.5伏，本实例采用光伏电池组由9个光伏电芯组成，故在一个光强下，单个光伏电池组开路电压可达4.5伏，此时采用三个光伏电池组并联充电，可极大限度提高了充电电流，如图7所示。一般光强度与弱光下，低于1个光强，单个光伏电芯开路电压最高可为0.49伏，此时采用串联充电方式，如图8所示，这样在一般光强与弱光下，提高了开路电压，电流输出也得到了提高。

下面参照图9来说明根据本发明实施例2的流程。

(1)断开开关KK、SK1~SK2，闭合开关PK+1~PK+3、PK-1~PK-3，通过VP检测光电池组并联开路电压Vp，当Vp≥4.5V时，光照强度为强光，转到步骤(2)；当Vp＜4.5V，此时光照强度为一般光强或弱光下，转到步骤(3)。

(2)强光下，光电池组并联联接，断开开关SK1~SK2，闭合开关PK+1~PK+3、PK-1~PK-3；转到步骤(4)。

(3)一般光强下或弱光下，光电池组串联联接，断开开关PK+2、PK+3、PK-1、PK-2，闭合开关PK+1、SK1、SK2、PK-3；转到步骤(5)。

(4)控制器读取电池电压检测器VM1值，得到MB1电压为VB1；当VB1＞4.2V时，电池组不需充电，处于满电量状态，转到步骤(5)；当VB1≤4.2V，选择MB1为充电对象，同时也为对外放电对象，转到步骤(7)。

(5)电池组满电量状态，选择MB1为对外放电对象，同时光电池模块直接对外放电，开关KK、DK1、DK2关闭，开关CK1断开；转到步骤(8)。

(7)对电池MB1充电，选择MB1同为光电池模块的充电对象与对外放电对象；开关KK、CK1、DK1关闭，开关DK2断开；转到步骤(8)。

(8)***休息10秒钟，转到步骤(1)。

下面参照图10来说明当光伏电池组的数量为任一整数值m时的情况，其中m为大于等于4，在强光下，采用光电池组联接方式为并联，m个光伏电池组并联联接对外放电，实现最大充电电流输出；在一般光强下，采用光电池组联接方式为串联、并联混合联接，相邻的x个光伏电池组串联，组成串联小组，x为小于等于m/2的整数，然后再由y个串联小组的并联相连对外放电，实现大电流充电，y为m/x的值向下取整的整数；在弱光下，采用光电池组联接方式为串联，m个电池组串联联接对外放电，实现在弱光下小电流充电。

实施例3

下面来说明根据本发明实施例3的利用电池电芯自适应串并联来充电的装置，其包括光伏电池，由z个光伏电芯组成，其中z为大于等于2的整数；光伏电芯电压检测器VP，用于检测单个或多个光伏电芯输出值；控制器，根据输出值选择光伏电池组内部联接方式，电池电压检测器，检测电池组中电池电压，控制器根据电池组中电池的电压值选择充电与放电对象；电池组，由n个蓄电池组成，n为大于等于1的整数。通过光伏电芯电压检测器检测得到的单节光伏电芯电压为Vp，设蓄电池的标称电压为Vb，此时有c个电芯串联组成串联小组，然后再由d个串联小组并联起来对外放电，z、VP、Vb、c、d关系有：

c＝Vb/Vp，c为蓄电池的标称电压Vb除以单节光伏电芯电压的值向上取整；

d＝z/c，d为总光伏电芯数z除以串联起来的光伏电芯数c向下取整。

当电池组的所有电池的电压大于满电量阈值时，***不需充电，处于满电量状态，选择蓄电池组中的任一电池对外放电，光伏电池组直接对外放电。

当电池组中有电池电压低于满电量阈值时，启动光伏电池组对电池组充电，优先选取电池组中电压最低的电池为光伏电池组的充电对象，电池组中电压最高的电池为对外放电对象，当n等于1时，只要该电池电压低于满电量阈值，同时选择该电池为充电对象与对外放电对象。

上面结合附图对本发明的具体实施例进行了详细说明，但本发明并不限制于上述实施例，在不脱离本申请的权利要求的精神和范围情况下，本领域的技术人员可作出各种修改或改型。

Claims (20)

1.一种利用光伏电池自适应串并联来充电的装置，其特征在于包括：

光伏电池组，由z个光伏电池组成，其中z为大于等于2的整数；

光伏电池组电压检测器VP，用于检测单个或多个光伏电池的输出值；

电池组，由n个蓄电池组成，n为大于等于1的整数；

蓄电池电压检测器，用于检测电池组中电池的输出值；

控制器，用于根据光伏电池电压检测器VP输出值选择光伏电池内部联接方式以及根据电池组中电池的输出值选择充电与放电对象。

2.据权利要求1所述的装置，其特征在于进一步包括：

防逆流二极管，用于防止光伏电池组向电池组充电时产生逆流。

3.根据权利要求1至2任何一个所述的装置，其特征在于：

通过光伏电池组电压检测器VP检测得到的单节光伏电池开路电压为Vp，设蓄电池的标称电压为Vb，此时有c个电池串联组成串联小组，然后再由d个串联小组并联起来对外放电，z、VP、Vb、c、d关系有：

c＝Vb/Vp，c为蓄电池的标称电压Vb除以单节光伏电池电压的值向上取整；

d＝z/c，d为总光伏电池数z除以串联起来的光伏电池数c向下取整。

4.根据权利要求1至3任何一个所述的装置，其特征在于：

当电池组的所有电池的电压大于满电量阈值时，选择蓄电池组中的任一电池对外放电，光伏电池组直接对外放电。

5.根据权利要求1至4任何一个所述的装置，其特征在于：

当电池组中有电池电压低于满电量阈值时，启动光伏电池组对电池组充电，优先选取电池组中电压最低的电池为光伏电池组的充电对象，电池组中电压最高的电池为对外放电对象，当n等于1时，只要该电池电压低于满电量阈值，同时选择该电池为充电对象与对外放电对象。

6.一种利用光伏电池组自适应串并联来充电的装置，其特征在于包括：

光伏电池模块，由m个光伏电池组组成，其中m为大于等于2的整数；

光伏电池组电压检测器VP，用于检测光伏电池组的输出值；

电池组，由n个蓄电池组成，n为大于等于1的整数；

蓄电池电压检测器，用于检测电池组中电池的输出值；

控制器，根据电池组中电池的输出值选择充电与放电对象；根据光伏电池组电压检测器VP检测的输出值选择光伏电池组的联接方式。

7.据权利要求6所述的装置，其特征在于进一步包括：

防逆流二极管，用于在光伏电池输出电压不稳定的情况下，防止光伏电池组向电池组充电时产生逆流。

8.根据权利要求6或7所述的装置，其特征在于：

当电池组的所有电池的电压大于满电量阈值时，选择蓄电池组中的任一电池对外放电，光伏电池模块直接对外放电。

9.根据权利要求6至8任何一个所述的装置，其特征在于：

当电池组中有电池电压低于满电量阈值时，启动光伏电池模块对电池组充电，优先选取电池组中电压最低的电池为光伏电池模块的充电对象，电池组中电压最高的电池为对外放电对象，当n等于1时，只要该电池电压低于满电量阈值，同时选择该电池为充电对象与对外放电对象。

10.根据权利要求6至9任何一个所述的装置，其特征在于：

当光电池组数m为2或3时，光伏电池组的联接方式有两种：串联联接，并联联接；

在强光下，m个光伏电池组并联联接对外放电，实现最大充电电流输出；

在非强光下，m个光伏电池组串联联接对外放电。

11.根据权利要求6至10任何一个所述的装置，其特征在于：

当光电池组数m大于等于4时，光伏电池组的联接方式有三种：串联联接，并联联接，串、并联混合联接；

在强光下，m个光伏电池组并联联接对外放电，实现最大充电电流输出；

在一般光强下，相邻的x个光伏电池组串联，组成串联小组，x为小于等于m/2的整数，然后再由y个串联小组的并联相连对外放电，实现大电流充电，y为m/x的值向下取整的整数；

在弱光下，m个光伏电池组串联联接对外放电，实现在弱光下小电流充电。

12.一种利用光伏电池自适应串并联充电的方法，其特征在于：

根据便携设备电池组的n个电池的输出值选择充电与放电对象，其中n为大于等于1的整数；

根据光伏电池电压检测器VP检测的值选择z个光伏电池的内部联接方式，其中z为大于等于2的整数。

13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于：

通过光伏电池电压检测器VP检测得到的单节光伏电池开路电压为Vp，设蓄电池的标称电压为Vb，此时有c个电池串联组成串联小组，然后再由d个串联小组并联起来对外放电，z、VP、Vb、c、d关系有：

c＝Vb/Vp，c为蓄电池的标称电压Vb除以单节光伏电池电压的值向上取整；

d＝z/c，d为总光伏电池数z除以串联起来的光伏电池数c向下取整。

14.根据权利要求12或13所述的方法，其特征在于：

当电池组的所有电池的电压大于满电量阈值时，选择蓄电池组中的任一电池对外放电，光伏电池组直接对外放电。

15.根据权利要求12至14任何一个所述的装置，其特征在于：

当电池组中有电池电压低于满电量阈值时，启动光伏电池组对电池组充电，优先选取电池组中电压最低的电池为光伏电池组的充电对象，电池组中电压最高的电池为对外放电对象，当n等于1时，只要该电池电压低于满电量阈值，同时选择该电池为充电对象与对外放电对象。

16.一种利用光伏电池组自适应串并联充电的方法，其特征在于：

检测电池组中n个电池的输出值，根据电池组中电池的输出值选择充电与放电对象，其中n为大于等于1的整数；

根据光伏电池组电压检测器VP检测的光伏电池组的输出值选择光伏电池模块中m个光伏电池组的联接方式，其中m为大于等于2的整数。

17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于：

当电池组的所有电池的电压大于满电量阈值时，此时选择电池组的其中一电池为对外放电对象，同时光伏电池模块直接对外放电。

18.根据权利要求16或17所述的方法，其特征在于：

当n个电池组中有电池电压低于满电量阈值时，启动光伏电池模块对电池组充电，优先选取电池组中电压最低的电池为光伏电池模块的充电对象，电池组中电压最高的电池为对外放电对象，当n等于1时，只要该电池电压低于满电量阈值，同时选择该电池为充电对象与对外放电对象。

19.根据权利要求16至18任何一个所述的方法，其特征在于：

当光电池组数m为2或3时，光伏电池组的联接方式有两种：串联联接，并联联接；

在强光下，m个光伏电池组并联联接对外放电，实现最大充电电流输出；

在非强光下，m个光伏电池组串联联接对外放电。

20.根据权利要求16至18任何一个所述的方法，其特征在于：

当光电池组数m大于等于4时，光伏电池组的联接方式有三种：串联联接，并联联接，串、并联混合联接；

在强光下，m个光伏电池组并联联接对外放电，实现最大充电电流输出；

在一般光强下，相邻的x个光伏电池串联，组成串联小组，x为小于等于m/2的整数，然后再由y个串联小组的并联相连对外放电，实现大电流充电，y为m/x的值向下取整的整数；

在弱光下，m个光伏电池组串联联接对外放电，实现在弱光下小电流充电。

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