CN101174773A - 具有非对称蓄电池组的太阳能电池及其充电放电方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有非对称蓄电池组的太阳能电池以及非对称蓄电池组，所述非对称蓄电池组包括一个小容量的蓄电池单元和一个或多个大容量蓄电池单元。利用小容量蓄电池单元充电时间较短的特性，太阳能电池在智能控制器的管理下，可以在用电设备的电池电压不足而停止工作的情况下，优先选择对小容量蓄电池单元进行充电，使其在较短的时间内达到设备重新启动和基本使用所需的电压水平。之后，再逐个对大容量的蓄电池单元进行充电。该太阳能蓄电池组的结构设计很好地满足了用户在紧急情况下通过光能快速充电快速开启设备并正常使用的需求。

Description

具有非对称蓄电池组的太阳能电池及其充电放电方法

技术领域

本发明属于蓄电池和太阳能电池领域，尤其是一种具有非对称蓄电池组的太阳能电池。

背景技术

随着人类的不断发展，能源消耗越来越大，整个社会将更多的注意力转向了新能源的开发和利用上，太阳能电池就是目前的开发热点之一。但是因为太阳能电池只能在有光照的条件下才能提供电能，而且又受到光电转换板受光面积小、光电转化率不高、光照强度通常不稳定且光照强度不够大的限制，所以与之相应的，太阳能电池大多配有蓄电池。

在电子设备中，比如手机或笔记本电脑、PDA、数码相机、数码摄像机等便携式设备上，也已经采用蓄电池组和太阳能电池进行供电，但是目前的技术都是使用对称的蓄电池组，所谓的对称即是指采用型号规格相同的多块电池单元构成蓄电池组。

但是这样的设置会带来下列问题：如果蓄电池容量设计过大，虽然可以保证有足够的蓄电量，但是充电时间会过长；如果蓄电池容量设计过小，虽然可以缩短充电时间，但是不能保证有足够的蓄电量。

这些问题给许多电子设备的用户带来了困扰。

发明内容

本发明的首要目的就是提供一种在保证有足够大储电量的前提下能够进行快速充电的非对称蓄电池组及具有非对称蓄电池组的太阳能电池，以解决电子设备使用过程中的上述问题。

为了实现上述目的，本发明提供了三个技术方案：

一种具有非对称蓄电池组的太阳能电池，包括光电转换装置，以及非对称蓄电池组，与所述光电转换装置相互连接且将所述光电转换装置输出的电能予以储存，所述非对称蓄电池组包括至少两个蓄电池，其中一个蓄电池为小容量蓄电池，所述小容量蓄电池的电容量小于其余蓄电池的容量。

其中小容量蓄电池的电容量小于或等于其余蓄电池中容量最小的蓄电池电容量的2/3。非对称蓄电池组可优选包括两个蓄电池，其中所述小容量蓄电池的电容量为250毫安时，大容量蓄电池的电容量为650毫安时。

该太阳能电池，还可包括至少一个用于防止过充、过压、过流、过热、倒流的保护电路，设于所述光电转换装置与所述非对称蓄电池组之间、或设于所述非对称蓄电池组的每个电池单元。所述保护电路优选一个肖特基二极管。

其中光电转换装置优选为光伏电池。该太阳能电池优选为以下便携式电子设备上的供电单元：手机、对讲机、数码相机、个人数字助理器、数码照相机、电子书、数码摄像机或笔记本电脑。

本发明还提供了一种非对称蓄电池组，包括至少两个蓄电池，其中一个蓄电池为小容量蓄电池，所述小容量蓄电池的电容量小于其余蓄电池的容量。所述小容量蓄电池的电容量优选小于或等于其余蓄电池中容量最小的蓄电池电容量的2/3。更进一步地，所述非对称蓄电池组优选包括两个蓄电池，其中所述小容量蓄电池的电容量为250毫安时，大容量蓄电池的电容量为650毫安时。

本发明又公开了一种具有非对称蓄电池组的太阳能电池的充电放电方法，用于对电子设备进行供电，首先，检测所述太阳能电池中各蓄电池的电压；当每个蓄电池的电压都小于所述电子设备的开机电压值时，则光电转换装置优先对所述小容量蓄电池充电，其余蓄电池处于等待状态；待所述小容量蓄电池的电压达到设备的开机电压值后，再对其余所述大容量蓄电池单元充电，并同时使所述小容量蓄电池对所述电子设备进行放电。

在本发明的技术，利用了在同等充电状态下，小容量蓄电池较之大容量电池充电时间更短的特性，通过对蓄电池的选择性充电，即首先对小容量蓄电池进行充电，使整个蓄电池组的充电电压迅速达到设备的开机电压，从而使电子设备的用户可以在短时间内再次开机使用。

本发明的非对称蓄电池组及具有非对称蓄电池组的太阳能电池优点是很明显的，在保证有足够大储电量的前提下，能够进行快速充电，保证了用户在紧急情况下可以快速重新开启设备并短期正常运行。

附图说明

图1是具有非对称蓄电池组的太阳能电池的总体结构示意图。

图2是具有非对称蓄电池组的太阳能电池在小容量蓄电池单元充电、大容量蓄电池单元处于等待状态时的电路图。

图3是具有非对称蓄电池组的太阳能电池在小容量蓄电池单元放电、大容量蓄电池单元充电状态时的示意图。

附图中各标号分别表示为：

VM1、VM2-电压检测器；

CK+1、CK+2、CK-1、CK-2、DK+1、DK+2、DK-1、DK-2-开关；

D1-肖特基二极管；

NB1、NB2-蓄电池单元；

100-光电转换装置；

200-非对称蓄电池组；

300-控制器。

具体实施方式

本发明所述的具有非对称蓄电池组的太阳能电池的设计原理是：采用大小容量互相匹配的蓄电池组，其中的大容量蓄电池用于保证有足够大的储电量、而小容量蓄电池用于保证进行快速充电，这样的设置可对光能进行充分合理的利用，保证了用户既有足够长的待机时间，且在紧急情况下还可以快速重新开启设备并短期正常运行。

为了对本发明进行更详细的阐述，在此，对上述原理进行如下说明：通常，任何一款电器设备都有与其匹配的电池组，该电池组的容量一般用毫安时来表示，该数值越大那么就意味着该电池的容量越大。一款电器设备电池组的容量为1200毫安时，即表明该电池组可以提供120毫安恒定电流并持续10小时的供电能力。

对该电池组进行充电时，充电时间的长短和充电电流有着直接的关系。充电时间(时间单位为小时)等于电池单元的电容量除以充电电流，再乘以系数1.2。此处的系数1.2为该领域技术人员在长期实践过程中所确定的经验值，该经验值并不适用于全新电池或其它不同规格的电池，而且也会随着型号的不同而变化。若一个电池单元的电容量是1200毫安时，充电电流是600毫安，那么对上述电池单元满充所需要的时间是2.4小时；与此相比较可知，若电池单元的电容量是600毫安时，那么对其进行满充电所需要的时间则是1.2小时，很显然，两者比较充电时间减少了一半。可见，在同等的充电条件下，小容量蓄电池单元的充电时间比大容量蓄电池单元的充电时间要短，小容量的电池更适用于电器设备的应急快速转换光能充电。本发明的一个实施例中采用了一大一小两个蓄电池组成蓄电池组，其中小容量蓄电池选择其容量为其他蓄电池中最小容量蓄电池的2/3，以保证将充电时间缩短到可接受的范围内。

在本发明的具有非对称蓄电池组的太阳能电池中，对小容量蓄电池单元的选择还应该遵循如下标准：

(1)小容量蓄电池单元的电容量应该足够满足电器设备正常的短时间使用；

(2)小容量蓄电池单元的选择应该与整个太阳能蓄电池组在性能、电路设计、外观结构等方面相匹配；

(3)为了降低成本，该小容量蓄电池单元应该是市售的可大批量生产的标准电池单元。

本发明的具有非对称蓄电池组的太阳能电池主要用做便携式电子设备上的供电单元，这些便携式电子设备主要包括手机、对讲机、数码相机、个人数字助理器(PDA)、数码照相机、电子书、数码摄像机或笔记本电脑等。

以下将结合附图，通过以下实施例对本发明进行进一步阐述。

请看图1，为本发明的具有非对称蓄电池组的太阳能电池的总体结构示意图，本发明的具有非对称蓄电池组的太阳能电池包括光电转化器100、非对称蓄电池组200、以及控制器300；其中光电转化器100和非对称蓄电池组200之间通过放电总线和充电总线相互连接；控制器300与光电转化器100和非对称蓄电池组200之间分别通过控制总线进行连接。此外太阳能电池还包括：对非对称蓄电池组200内的各蓄电池进行电压检测的电压检测器、和与所述非对称蓄电池组200内的各蓄电池相连接的开关组、还对非对称蓄电池组200设置有防止过充、充放、过压、过流、过热、倒流的保护电路。

请进一步参见图2，是本发明的太阳能电池一个具体实施例的电路图，本实施例中的光电转换装置100可选择由n个光伏电芯串联或并联或混联组成，如可由12个光伏电芯串联联接组成。非对称蓄电池组200是由两个满电量时为4.2V的锂离子电池组成，如图2所示NB1和NB2，其中小容量蓄电池单元NB1的容量为250mAH，大容量蓄电池单元NB2的容量为650mAH，经适当充电后其电压能够满足便携设备对电源电压的要求。另外，非对称蓄电池组200还设有对NB1、NB2进行电压检测的电压检测器(图中未示)，NB1、NB2的电压信号分别是VM1、VM2；同时设有开关组，包括DK-1、DK-2；DK+1、DK+2；CK+1、CK+2、CK-1和CK-2，本实施例中采用了低功耗COMS开关，用于控制NB1、NB2的充放电状态，其连接方式详见图示，此不赘述。图2所示的开关状态为小容量蓄电池单元充电、大容量蓄电池单元处于等待的状态。

本实施例中的控制器300是由低功耗带多路模拟数字转换器(ADC)的微处理器组成；也可采用PIC18L系列单片机，该控制器的输入信号为NB1、NB2的电压信号VM1、VM2，其输出信号为DK-1、DK-2；DK+1、DK+2；CK+1、CK+2、CK-1和CK-2的开关信号，用于控制各开关的通断状态。

此外，还在光电转化器100、和非对称蓄电池组200之间设有保护电路，本实施例中的保护电路采用了普通肖特基二极管D1，根据二极管的单向导电性，用于防止充电时产生电流的过充、过压、过流、过热、倒流，这是因为在实际应用中，光环境有可能变化很大，那么光伏电池的输出电压有可能会出现不稳定情况，故此二极管用于在该种情况下，防止光伏电池组流向蓄电池组的电流发生逆流。当然在实际应用中，还可在非对称蓄电池组200的每个电池单元NB1和NB2上分别设有一个用于防止过充、充放、过压、过流、过热、倒流的保护电路，设于所述光电转换装置与所述非对称蓄电池组之间、或设于所述非对称蓄电池组的每个电池单元。

本发明的具有非对称蓄电池组的太阳能电池的工作过程如下：

首先，控制器300定时通过电压检测蓄电池单元NB1、NB2的电压信号VM1、VM2，当上述两个蓄电池单元的电压VM1、VM2都小于设备的开机电压值时，控制器300选择闭合开关CK+1、CK-1，断开其余开关，如图2所示，优先对小容量蓄电池NB1进行充电，大容量蓄电池则处于等待状态。对于使用者而言，此时即可救急，将原本无电的手机、电脑等电子设备进行快速启动开机的操作。通过优先对小容量蓄电池单元NB1进行充电，从而有效地缩短了达到设备的开机电压所需的时间。

其次，控制器300控制光电转换装置100当电压检测器检测到蓄电池单元NB1的电压VM1达到开机电压值时，控制器300选择闭合开关DK+1、DK-1、CK+2、CK-2，断开其余开关，如图3所示，从而选择NB1对外放电，光电转换装置100则转而对大容量蓄电池NB2进行充电。本发明的独特的创新，使得电子设备可以实现在没有任何其它外部电源供给而只有光照的情况下，使用光能对无法达到设备开机电压的太阳能蓄电池进行选择性充电，由于只选择具有非对称蓄电池组的太阳能电池中的小容量蓄电池进行充电，而不像其它的光伏电池充电方法那样选择一个大容量蓄电池单元或一整个电池组作为充电对象。因此，通过本发明可以实现对小容量蓄电池单元的快速充电，从而实现在设备彻底没电情况下，通过太阳能充电后用户可以快速启动并使用设备的目的。

需要说明的是，第一，虽然本实施例仅考虑了一个小容量蓄电池单元和一个大容量蓄电池单构成蓄电池组的情况，然而通常在实际应用中也同样适用于多个大容量蓄电池单元和一个小容量蓄电池单元的组合。其基本工作原理同样是：在所有蓄电池都没电的情况下，控制器控制优先对小容量蓄电池单元进行充电。第二，个别或全部电池达到开机电压的充电、放电选择的策略和顺序也可变化为很多不同的选择方案。第三，相关电路在满足本发明的基本原理下，可以有无数的组合、变型、优化方案，相关元器件的选择也是可变的。因此，本专业普通技术人员应该明白，本发明并不仅仅限于上述实施例，在上述实施例基础上，所做出的未超出权利要求保护范围的任何形式和细节的变化，本领域的技术人员可对上述非对称电池组控制器的电路和逻辑做出各种改型，对电池组中电池单元数量进行不同的组合调整，这些都应该属于本发明所要保护的范围。

Claims (12)

1.一种具有非对称蓄电池组的太阳能电池，包括光电转换装置，其特征在于，还包括：

非对称蓄电池组，与所述光电转换装置相互连接且将所述光电转换装置输出的电能予以储存，所述非对称蓄电池组包括至少两个蓄电池，其中一个蓄电池为小容量蓄电池，所述小容量蓄电池的电容量小于其余蓄电池的容量。

2.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，所述小容量蓄电池的电容量小于或等于其余蓄电池中容量最小的蓄电池电容量的2/3。

3.根据权利要求1或2所述的太阳能电池，其特征在于，还包括至少一个用于防止过充、过压、过流、过热、倒流的保护电路，设于所述光电转换装置与所述非对称蓄电池组之间、或设于所述非对称蓄电池组的每个电池单元。

4.根据权利要求3所述的太阳能电池，其特征在于，所述保护电路包括一个肖特基二极管。

5.根据权利要求2、3或4所述的太阳能电池，其特征在于，所述非对称蓄电池组包括两个蓄电池，其中所述小容量蓄电池的电容量为250毫安时，大容量蓄电池的电容量为650毫安时。

6.根据权利要求1-5任一所述的太阳能电池，其特征在于，所述光电转换装置为光伏电池。

7.根据权利要求1-6任一所述的太阳能电池，其特征在于，所述电池为便携式电子设备上的供电单元，所述便携式电子设备包括手机、对讲机、数码相机、个人数字助理器、数码照相机、电子书、数码摄像机或笔记本电脑。

8.一种非对称蓄电池组，包括至少两个蓄电池，其特征在于，其中一个蓄电池为小容量蓄电池，所述小容量蓄电池的电容量小于其余蓄电池的容量。

9.根据权利要求8所述的太阳能电池，其特征在于，所述小容量蓄电池的电容量小于或等于其余蓄电池中容量最小的蓄电池电容量的2/3。

10.根据权利要求8或9所述的非对称蓄电池组，其特征在于，所述非对称蓄电池组包括两个蓄电池，其中所述小容量蓄电池的电容量为250毫安时，大容量蓄电池的电容量为650毫安时。

11.一种具有非对称蓄电池组的太阳能电池的充电放电方法，用于对电子设备进行供电，采用如权利要求1-7所述的太阳能电池，其特征在于，包括以下步骤：

首先，检测所述太阳能电池中各蓄电池的电压；

当每个蓄电池的电压都小于所述电子设备的开机电压值时，则光电转换装置优先对所述小容量蓄电池充电，其余蓄电池处于等待状态；

待所述小容量蓄电池的电压达到设备的开机电压值后，再对其余所述大容量蓄电池单元充电，并同时使所述小容量蓄电池对所述电子设备进行放电。

12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述光电转换装置为光伏电池；所述电子设备包括手机、对讲机、数码相机、个人数字助理器、数码照相机、电子书、数码摄像机或笔记本电脑。

Images