光伏脈沖電荷轉(zhuǎn)移充電控制器的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了光伏脈沖電荷轉(zhuǎn)移充電控制器，其包括電荷存儲(chǔ)器、開關(guān)管K、控制器模塊以及電荷存儲(chǔ)器和蓄電池荷電端電壓檢測(cè)裝置；其中電荷存儲(chǔ)器與光伏電池并聯(lián)，電力電子開關(guān)K與蓄電池串聯(lián)后與電荷存儲(chǔ)器并聯(lián)，控制器通過檢測(cè)電力電子開關(guān)K兩端的電壓給開關(guān)K發(fā)出控制信號(hào)，以解決現(xiàn)有光伏發(fā)電蓄電池充電技術(shù)的效率和蓄電池保護(hù)問題。本實(shí)用新型的電路拓?fù)渲挥幸粋€(gè)開關(guān)管，不含有電感類器件，因此本技術(shù)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，充電效率高，能夠充分利用光伏能量，有效限制蓄電池的充電溫升，延長(zhǎng)蓄電池的使用壽命。本實(shí)用新型基于電荷轉(zhuǎn)移的脈沖充電技術(shù)，能夠解決上述問題，以實(shí)現(xiàn)各種狀況下對(duì)鉛酸蓄電池的高效和無(wú)損充電。
【專利說(shuō)明】光伏脈沖電荷轉(zhuǎn)移充電控制器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及光伏充電【技術(shù)領(lǐng)域】，具體為一種光伏脈沖電荷轉(zhuǎn)移充電控制器及其控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]蓄電池充電主要有三種極化，歐姆極化，濃差極化，電化學(xué)極化。根據(jù)電化學(xué)基本原理知道，鉛酸電池充電時(shí)，在發(fā)生析氣前，其極化主要是電化學(xué)極化和離子的濃差極化，電化學(xué)極化導(dǎo)致不能析H2和析02，濃差極化的結(jié)果，導(dǎo)致電池開路電壓升高、電池溫升高(更恰切地講電極的溫升)、充電效率低以及過早地進(jìn)入析氣反應(yīng)。一般來(lái)說(shuō)，電流密度加大，電池的三種極化都加大，但電化學(xué)極化對(duì)鉛酸電池金屬電極來(lái)講，影響不大，而對(duì)抑制析4，析O2的析氣反應(yīng)是有利的。一個(gè)合理的蓄電池充電器應(yīng)當(dāng)具備:1)適當(dāng)大的電流充電密度；2)有效的消除和降低濃差極化；3)有效地?cái)U(kuò)散聚集在電極上因極化而產(chǎn)生的熱量。
[0003]光伏電源具有隨機(jī)不可控性，傳統(tǒng)的一些充電技術(shù)包括浮充技術(shù)、恒流充電、恒壓充電、恒壓限流充電技術(shù)、限壓恒流充電技術(shù)、分階段充電技術(shù)都是建立在電源恒可控的基礎(chǔ)上，如果將傳統(tǒng)的技術(shù)直接運(yùn)用于光伏充電技術(shù)，當(dāng)光照強(qiáng)度不足時(shí)，蓄電池的充電電流就會(huì)很小。若此狀態(tài)持續(xù)比較久，會(huì)使得蓄電池內(nèi)部反應(yīng)的微粒過細(xì)，會(huì)降低蓄電池的使用壽命。
[0004]現(xiàn)有光伏發(fā)電的蓄電池充電技術(shù)中，存在的問題有:1)常規(guī)充電時(shí)間長(zhǎng)；2)大電流充電時(shí)，電池濃差極化大，電池溫度高，對(duì)蓄電池有損傷；3)光照強(qiáng)度比較弱時(shí)，光伏充電器難以對(duì)蓄電池進(jìn)行有效充電。
[0005]總而言之，傳統(tǒng)的充電技術(shù)難以適應(yīng)光伏電源的特性，無(wú)法簡(jiǎn)單有效的去除蓄電池充電時(shí)的濃差極化，保證電池充電溫升小。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0006]本實(shí)用新型的目的是針對(duì)現(xiàn)有充電技術(shù)中存在的問題，在充分考慮光伏電源的特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，提出光伏脈沖電荷轉(zhuǎn)移充電控制器，可以有效的去除濃差極化，保證電池溫升小，在光照不足的情況下也能有大的電流密度充電，提高太陽(yáng)能的利用效率。
[0007]本實(shí)用新型通過以下的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0008]—種光伏脈沖電荷轉(zhuǎn)移充電控制器，其包括電荷存儲(chǔ)器、開關(guān)管、控制器以及電荷存儲(chǔ)器端電壓檢測(cè)裝置和蓄電池端電壓檢測(cè)裝置，電荷存儲(chǔ)器端電壓檢測(cè)裝置和蓄電池端電壓檢測(cè)裝置分別與控制器連接；其中電荷存儲(chǔ)器與太陽(yáng)能光伏電池并聯(lián)，電力電子開關(guān)與蓄電池串聯(lián)后再與電荷存儲(chǔ)器并聯(lián)，控制器通過檢測(cè)電力電子開關(guān)兩端的電壓即電荷存儲(chǔ)器和蓄電池荷電端電壓，控制電力電子開關(guān)的通斷，實(shí)現(xiàn)對(duì)蓄電池充電的控制。
[0009]進(jìn)一步地,所述電力電子開關(guān)米用MOS管。
[0010]進(jìn)一步地，所述電荷存儲(chǔ)器采用電容器。
[0011 ] 進(jìn)一步地，所述電荷存儲(chǔ)器端電壓檢測(cè)裝置和蓄電池端電壓檢測(cè)裝置均采用電壓檢測(cè)電路和A/D轉(zhuǎn)換電路。
[0012]所述控制器采用常用的已有單片機(jī)實(shí)現(xiàn)。
[0013]當(dāng)電荷存儲(chǔ)器中的電壓u (t)達(dá)到設(shè)定值Uopen,控制器產(chǎn)生一個(gè)高電平控制電力電子開關(guān)開通，直到檢測(cè)到電荷存儲(chǔ)裝置中的電壓u (t)不再降低，控制器則產(chǎn)生一個(gè)低電平控制電力電子開關(guān)關(guān)斷，直到電荷存儲(chǔ)器的電壓u (t)再一次達(dá)到設(shè)定值U0卿，控制器產(chǎn)生一個(gè)高電平控制電力電子開關(guān)開通，控制器周期性控制電力電子開關(guān)的通斷。
[0014]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有如下優(yōu)點(diǎn)和技術(shù)效果:
[0015]1、將光伏電池產(chǎn)生的電荷暫時(shí)存儲(chǔ)到一個(gè)電荷存儲(chǔ)裝置，其電荷量反應(yīng)為電荷存儲(chǔ)器兩端的電壓，通過檢測(cè)其兩端的電壓來(lái)判定開關(guān)開通的條件，從而來(lái)實(shí)現(xiàn)充電的控制。
[0016]2、本實(shí)用新型的電路拓?fù)渲挥幸粋€(gè)開關(guān)管，不含有電感類器件，因此本技術(shù)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，充電效率高，能夠充分利用光伏能量，有效限制蓄電池的充電溫升，延長(zhǎng)蓄電池的使用壽命。
[0017]3、本實(shí)用新型主要采用控制充電器充停時(shí)間的占空比來(lái)控制電池去極化的效果，從而抑制溫升。
[0018]下面結(jié)合附圖進(jìn)一步說(shuō)明本實(shí)用新型的技術(shù)方案。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0019]圖1本實(shí)用新型的光伏脈沖電荷轉(zhuǎn)移充電控制器的拓?fù)溲b置圖。
[0020]圖2本實(shí)用新型的光伏脈沖電荷轉(zhuǎn)移充電控制器工作原理波形示意圖。
[0021]圖3本實(shí)用新型的光伏脈沖電荷轉(zhuǎn)移充電控制器的一種電路實(shí)例示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022]以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的實(shí)施作進(jìn)一步說(shuō)明，但本實(shí)用新型的實(shí)施和保護(hù)范圍不限于此。
[0023]圖1給出了本實(shí)用新型的光伏脈沖電荷轉(zhuǎn)移充電控制器的拓?fù)溲b置示意圖，太陽(yáng)光伏電池產(chǎn)生的直流電能首先存儲(chǔ)在電荷存儲(chǔ)器I中，控制器2通過電荷存儲(chǔ)器I的端電壓檢測(cè)裝置3和蓄電池E端電壓檢測(cè)裝置4，獲得電荷存儲(chǔ)器I和蓄電池的端電壓信息，并通過控制開關(guān)通斷，以控制蓄電池中的恢復(fù)粒子流中的粒子直徑在10_2mm?10_3mm之間。圖2給出了工作原理波形圖，從圖中可以看出來(lái)當(dāng)電荷存儲(chǔ)器I中的電壓u(t)達(dá)到設(shè)定值U0卿，控制器2便會(huì)產(chǎn)生一個(gè)高電平控制電力電子開關(guān)開通，直到檢測(cè)到電荷存儲(chǔ)裝置中的電壓u (t)不再降低，此時(shí)電壓為Uclose,控制器2便會(huì)產(chǎn)生一個(gè)低電平控制電力電子開關(guān)關(guān)斷，直到u(t)再一次達(dá)到U_n。由于整個(gè)充電過程中電荷存儲(chǔ)裝置I給予蓄電池的充電電壓都比較大，而且蓄電池內(nèi)阻小，所以能夠得到較大充電電流密度。一個(gè)周期內(nèi)電荷存儲(chǔ)器I充電時(shí)間記作Λ τ，電荷存儲(chǔ)器I放電時(shí)間為Λ Τ，這樣即可在一個(gè)Λ T時(shí)間上對(duì)蓄電池充入Λ Q的電量，可實(shí)現(xiàn)蓄電池在充電過程中有一組直徑控制在10_2?10_3mm的粒子恢復(fù)在對(duì)應(yīng)電極板上，并且通過設(shè)定合理的U_n、及電荷存儲(chǔ)器I的電容大小，設(shè)定一個(gè)合理的Λ τ、Λ Τ，通過大量的實(shí)驗(yàn)表明當(dāng)光照最強(qiáng)時(shí)鉛酸蓄電池最佳Λ τ、Λ T匹配為(Δ τ + ΛΤ) =2?3ms，占空比約為50%的時(shí)候效果最為明顯。將光伏電池近似看作一個(gè)電流為I的電流源。這樣當(dāng)開關(guān)斷開時(shí)候，有光伏電池的電荷存儲(chǔ)于電荷存儲(chǔ)器，此時(shí)電荷存儲(chǔ)器上的電壓從Uel.上升至Utjpm則:
[0024]I.Λ τ = C(Uopen-Uclose) (I)
[0025]當(dāng)開關(guān)閉合時(shí)電荷存儲(chǔ)器與光伏電池的電荷都同時(shí)充入蓄電池中，此時(shí)電荷存儲(chǔ)器上的電壓從Uopen下降致Uclose,則:
[0026]I.ΔΤ+C(Uopen-Uclose) = IavAT (2)
[0027]其中Iav:充電期間平均電流，能夠反應(yīng)充電電流密度
[0028]C:電荷存儲(chǔ)器容值
[0029]因此為了達(dá)到最佳匹配時(shí)間，及其期望的充電電流密度便可以通過上述公式(I)、
(2)來(lái)選擇電荷存儲(chǔ)器容值C，及Utjpm的合理值。
[0030]這樣便可在一定時(shí)間Λ T的間歇期內(nèi)消除由Λ T充電時(shí)間產(chǎn)生的微小活性極化和濃差極化。加之所有的開通條件都是當(dāng)電荷存儲(chǔ)器I的電壓達(dá)到設(shè)定值U_n，即可保證光照不足的時(shí)候也能在充電期間有較大的電流密度，使得陰天充電也得以進(jìn)行，充分的利用太陽(yáng)能。
[0031 ] 圖3給出了本實(shí)用新型的電路實(shí)例示原理框圖，采用電容C作為電荷存儲(chǔ)器I，MOS管Q作為電力電子開關(guān)K，電荷存儲(chǔ)器端電壓檢測(cè)裝置和蓄電池端電壓檢測(cè)裝置均采用電壓檢測(cè)電路和A/D轉(zhuǎn)換電路，電壓檢測(cè)電路通過電阻分壓的方式采樣電容C兩端的電壓和電池兩端的電壓，再經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后輸入控制器；控制器可以采用現(xiàn)有控制芯片實(shí)現(xiàn)(例如采用常用AT89系列、MCS — 51系列單片機(jī)實(shí)現(xiàn))，控制器控制信號(hào)通過驅(qū)動(dòng)電路便可驅(qū)動(dòng)MOS管Q，電路實(shí)例中還包括輔助電源和過放保護(hù)電路等。輔助電源用于對(duì)控制器進(jìn)行供電，過放保護(hù)電路通過檢測(cè)蓄電池電壓判定蓄電池是否過放，如果是將其與外接負(fù)載中斷開，起到保護(hù)蓄電池的作用。
【權(quán)利要求】
1.一種光伏脈沖電荷轉(zhuǎn)移充電控制器，其特征在于包括電荷存儲(chǔ)器、開關(guān)管、控制器以及電荷存儲(chǔ)器端電壓檢測(cè)裝置和蓄電池端電壓檢測(cè)裝置，電荷存儲(chǔ)器端電壓檢測(cè)裝置和蓄電池端電壓檢測(cè)裝置分別與控制器連接；其中電荷存儲(chǔ)器與太陽(yáng)能光伏電池并聯(lián)，電力電子開關(guān)與蓄電池串聯(lián)后再與電荷存儲(chǔ)器并聯(lián)，控制器通過檢測(cè)電力電子開關(guān)兩端的電壓即電荷存儲(chǔ)器和蓄電池荷電端電壓，控制電力電子開關(guān)的通斷，實(shí)現(xiàn)對(duì)蓄電池充電的控制。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種光伏脈沖電荷轉(zhuǎn)移充電控制器，其特征是所述電力電子開關(guān)采用MOS管。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種光伏脈沖電荷轉(zhuǎn)移充電控制器，其特征是所述電荷存儲(chǔ)器米用電容器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種光伏脈沖電荷轉(zhuǎn)移充電控制器，其特征是所述電荷存儲(chǔ)器端電壓檢測(cè)裝置和蓄電池端電壓檢測(cè)裝置均采用電壓檢測(cè)電路和A/D轉(zhuǎn)換電路。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種光伏脈沖電荷轉(zhuǎn)移充電控制器，其特征是所述控制器采用常用的已有單片機(jī)實(shí)現(xiàn)。
【文檔編號(hào)】H02J7/00GK203722288SQ201420007423
【公開日】2014年7月16日 申請(qǐng)日期:2014年1月6日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月6日
【發(fā)明者】楊金明, 姚國(guó)興, 曾君, 許厚鵬 申請(qǐng)人:華南理工大學(xué)