CN102118043A - 用于对动力电池充电的太阳能充电器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种太阳能充电器，包括：光敏单元、开关单元、充电单元和控制单元，光敏单元、开关单元、充电单元分别与控制单元连接；光敏单元用于检测光照强度并将所检测的光照强度提供给控制单元；开关单元用于在控制单元的控制下断开或闭合以将充电单元与动力电池断开或连接；充电单元用于在开关单元闭合时，在控制单元的控制下将输入到充电单元的从太阳能转换得到的电压升压并提供给动力电池；控制单元用于接收光敏单元提供的光照强度，当光照强度高于第二预设值时，启动充电单元以及闭合开关单元以使充电单元为动力电池充电，并在充电单元为动力电池充电的同时监测动力电池的电压，当动力电池的电压达到饱和值时关闭充电单元以及断开开关单元。

Description

用于对动力电池充电的太阳能充电器
技术领域
本发明涉及电动车领域，尤其涉及用于对动力电池充电的太阳能充电器。
背景技术
目前，在市场上使用的电动大巴是在架设电源线的轨道线路上行驶，车上无动力电池，无太阳能充电系统，车辆只能在架设电源线的道路上行驶，用车不方便。
众所周知，太阳能是一种无污染的新型能源，取之方便，而且也不会对环境造成污染。但是，目前的太阳能充电器大多是用于手机、相机、应急灯等小功率设备，而用于电动大巴等电动汽车的大功率太阳能充电器则很少。
因此，如何提供一种用于电动大巴和汽车等的大功率太阳能充电器是需要解决的问题。
发明内容
本发明针对目前尚没有大功率太阳能充电器的问题，提供一种用于对动力电池充电的太阳能充电器，能够为电动大巴等电动汽车的动力电池进行充电。
本发明提供一种用于对动力电池充电的太阳能充电器，包括：光敏单元(101)、开关单元(102)、充电单元(103)和控制单元(104)，所述光敏单元(101)、开关单元(102)、充电单元(103)分别与所述控制单元(104)连接；
所述光敏单元(101)，用于检测光照强度并将所检测的光照强度提供给所述控制单元(104)；
所述开关单元(102)，用于在所述控制单元(104)的控制下断开或闭合以将所述充电单元(103)与动力电池断开或连接；
所述充电单元(103)，用于在所述开关单元(102)闭合时，在所述控制单元(104)的控制下将输入到该充电单元(103)的从太阳能转换得到的电压升压并提供给所述动力电池；
所述控制单元(104)，用于接收所述光敏单元(101)提供的光照强度，当所述光照强度高于第二预设值时，启动所述充电单元(103)以及闭合所述开关单元(102)以使所述充电单元(103)为所述动力电池充电，在所述充电单元(103)为所述动力电池充电的同时监测所述动力电池的电压，当所述动力电池的电压达到饱和值时关闭所述充电单元(103)以及断开所述开关单元(102)。
通过采用所述的太阳能充电器，由于充电单元(103)能够在控制单元(104)的控制下将输入到该充电单元(103)的从太阳能转换得到的电压升压并提供给动力电池，从而实现了为动力电池充电的目的。
附图说明
图1是本发明太阳能充电器结构的一种示意图；
图2是本发明太阳能充电器结构的另一示意图；
图3是本发明太阳能充电器结构的又一示意图；
图4是本发明太阳能充电器结构的又一示意图；
图5是本发明太阳能充电器结构的又一示意图；
图6是本发明太阳能充电器结构的又一示意图；
图7是本发明太阳能充电器充电的流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明太阳能充电器进行详细描述。
如图1所示，在本发明的一个方案中，太阳能充电器100包括光敏单元101、开关单元102、充电单元103和控制单元104，光敏单元101、开关单元102、充电单元103分别与所述控制单元104连接。其中：
光敏单元101，用于检测光照强度，将所检测的光照强度提供给控制单元104。例如，实际应用中，光敏单元101可以是光敏电阻或其他的光敏元件。
开关单元102，用于在控制单元104的控制下断开或闭合，以将充电单元103与动力电池断开或连接。例如，开关单元102可以是继电器，当太阳能充电器100满足充电条件时，控制单元104使继电器闭合从而充电单元103能够在控制单元104的控制下为动力电池充电，而当太阳能充电器100不满足充电条件时，控制单元104使继电器断开，从而充电单元103与动力电池断开连接，太阳能充电器100也就不能为动力电池充电。而且，由于继电器在断开时具有高绝缘电阻特性、闭合时具有低导通电阻特性，所以在继电器断开时能够很好地隔离充电单元103和动力电池，避免了在停止充电时，输出电压采样线(对应于图1中的电压采样+和电压采样-)上采样到大致为输入给充电单元103的电压大小的电压值而引起控制单元104的误动作，而在继电器闭合时又不影响太阳能充电器100的充电性能。
充电单元103，用于在所述开关单元102闭合时，在控制单元104的控制下将输入到充电单元103的从太阳能转换得到的电压升压并提供给所述动力电池。这里，将太阳能转换成电压的装置可以为太阳能电池板，而充电单元103可以将所述太阳能电池板的输出电压(例如，320V)转换成比该输出电压更高的动力电池电压(例如，570V)，实现了为所述动力电池充电的目的。
控制单元104，用于接收所述光敏单元101提供的光照强度，当所述光照强度高于第二预设值(例如，等于或大于50lux的任一数值)时，启动所述充电单元103以及闭合开关单元102以使充电单元103为所述动力电池充电，并且在充电单元103为所述动力电池充电的同时监测所述动力电池的电压，当所述动力电池的电压达到饱和值(例如，570V)时关闭所述充电单元103以及断开开关单元102。应当理解的是，这里的570V仅是举例，根据动力电池中单元电池的容量以及单元电池的数目，动力电池的饱和值是可以具有不同值的。其中，控制单元104对所述动力电池电压的监测可以通过图1中输出端的电压采样(即，图1中的电压采样+和电压采样-)来实现。
图1中的in+和in-分别是太阳能充电器100的正输入端子和负输入端子，out+和out-分别是太阳能充电器100的正输出端子和负输出端子，其中，正输入端子和负输入端子可以通过维修开关(未示出)与太阳能获取装置(例如，太阳能电池板)连接，而正输出端子和负输出端子可以通过维修开关(未示出)与动力电池连接。
通过采用所述的太阳能充电器100，由于充电单元103能够在控制单元104的控制下源源不断地将输入到充电单元103的从太阳能转换得到的电压升压并提供给动力电池，从而实现了为动力电池充电的目的。
在本发明的另一方案中，如图2所示，太阳能充电器100还包括连接到控制单元104的电源单元201，用于由输入到所述充电单元103的从太阳能转换得到的电压供电，提供控制单元104工作所需的电源，并当所述从太阳能转换得到的电压上升至第一预设值时使控制单元104开始工作。这样，在输入到所述充电单元103的电压还没有上升到第一预设值时，控制单元104不工作，所以太阳能充电器100不工作；只有当输入到所述充电单元103的电压足够高时，本发明太阳能充电器100才开始工作，这样就具备了自动启动和关闭的功能。此外，所述第一预设值可以是等于或大于12V的任一数值，例如80V。应当理解的是，这里仅是对所述第一预设值的举例，根据实际应用情况，所述第一预设值可以具有不同的数值。通常，控制单元104在输入给充电单元103的电压高于一定值(例如，100V)的情况下才启动充电单元103，所以，优选地，电源单元201使控制单元104开始工作的电压值需低于控制单元104启动充电单元103时输入给充电单元103的最低电压。
在本发明的又一方案中，控制单元104还用于在所述动力电池的电压达到饱和值(例如，570V)之后周期性地(例如，每隔30分钟)闭合开关单元102并检测所述动力电池的当前电压，若所述动力电池的当前电压低于所述饱和值，则在所述光敏单元101所提供的光照强度高于所述第二预设值时启动所述充电单元103以为所述动力电池充电。这样，不仅能够在电动大巴或汽车行驶过程中不断地为电动大巴或汽车的动力电池充电，还能够减缓车行驶过程中动力电池输出电流的突变，从而不仅增加了车的续航能力，还缓解了动力电池在大电流时对动力电池的损伤，保护了电池的性能，延长了电池的寿命。这里，控制单元104闭合开关单元102的周期T可以根据动力电池的容量和耗能情况来设定，不失一般性的，将其设置为10至50分钟的任一数值，即控制单元104每隔T时长闭合一次开关单元102以检测动力电池的当前电压。
在本发明的又一方案中，控制单元104还用于在所述太阳能充电器100为所述动力电池充电期间，在所述光敏单元101所检测的当前光照强度低于所述第二预设值时，关闭所述充电单元103以及断开开关单元102，并然后周期性地(例如，每隔3分钟)将所述光敏单元101所检测的当前光照强度与所述第二预设值进行比较，当检测到所述光敏单元101所检测的当前光照强度高于所述第二预设值时，启动所述充电单元103以及闭合开关单元102以继续为所述动力电池充电。这样就确保了低光照时不为动力电池充电。此外，检测光照强度的周期长度可以位于0.5至10分钟范围内。
在本发明的又一方案中，控制单元104还用于与外部控制装置(例如，电池管理器、显示器等)进行通信，并根据来自所述外部控制装置的指令控制所述充电单元103和开关单元102。例如，若在所述太阳能充电器100为所述动力电池充电之前，所述控制单元104接收到所述外部控制装置的快充或慢充指令，那么控制单元104不启动所述充电单元103以及不闭合开关单元102，从而可以用市电为动力电池进行充电；若在所述太阳能充电器100为所述动力电池充电期间，控制单元104接收到所述外部控制装置的快充或慢充指令，那么控制单元104关闭所述充电单元103以及断开开关单元102，以便能够用市电为动力电池充电。这样，本发明的太阳能充电器100就能够满足各种充电要求，例如快充、慢充等。
在本发明的又一方案中，如图3所示，太阳能充电器100还包括连接到控制单元104的制冷单元301，所述控制单元104还用于检测所述太阳能充电器100的温度，并在所述太阳能充电器100的温度达到第三预设值时启动所述制冷单元301。其中，所述第三预设值位于40至100℃范围内，例如，85℃。这样，就确保了太阳能充电器100的可靠工作。其中，检测太阳能充电器100的温度的方式可以用温度传感器来实现，而且由于充电单元103是主要的能量转换部件，所以可以优选检测充电单元103附近的温度。
在上述图1至3中，开关单元102与太阳能充电器100的正输出端子和负输出端子都相连，应当理解的是，实际上，开关单元102也可以只与太阳能充电器100的其中一个输出端子(例如，正输出端子)连接。
根据本发明的又一方案，如图4所示，充电单元103可以包括一端连接到所述太阳能充电器100的正输入端子、另一端连接到所述太阳能充电器100的负输入端子的电容C1，和一端连接到所述正输入端子、另一端连接到二极管D1的正极的电感L1，和一端连接到所述负输入端子、另一端连接到所述二极管D1的负极的电容C2，和漏极连接到所述二极管D1的正极、源极连接到所述负输入端子、栅极连接到所述控制单元的MOS管Q1，其中，所述二极管D1的负极连接到所述开关单元的其中一端，所述开关单元的另一端连接到所述太阳能充电器100的正输出端子，所述太阳能充电器100的负输出端子连接到所述负输入端子。这确保了太阳能充电器100高压到高压的转换。图4中，位于MOS管Q1的源极和漏极之间的二极管是MOS管01的内置二极管。
如图5所示，在本发明的又一方案中，太阳能充电器100还可以包括正极连接到所述正输入端子、负极连接到所述电容C1与所述电感L1的公共端的二极管D2，从而避免了在输入正负极性接反情况下对太阳能充电器100的损坏。还如图5所示，太阳能充电器100还可以包括正极连接到所述正输出端子、负极连接到所述电力电池的二极管D3，避免了充电期间及非充电状态时动力电池电压对太阳能充电器100输出电压采样的影响。
此外，如图6所示，太阳能充电器100还可以包括位于电容C1和电感L1的公共端处的第一电流传感器601，用于检测该处的电流并提供给控制单元104，以便所述控制单元104能够根据该电流以及所检测的输入给充电单元103的电压来调整MOS管Q1的占空比，从而可以调整输出带载功率，然后可以调整为充电单元103提供输入电压的太阳能获取装置(未示出)的输出功率，使太阳能获取装置能调整到最大输出功率点。还如图6所示，太阳能充电器100还可以包括位于二极管D1的负极处的第二电流传感器602，用于检测该处的电流并提供给控制单元104，从而控制单元104可以计算输出带载功率，获得太阳能充电器100的充电效率。
上述图5和图6中的开关S1为维修开关，便于太阳能充电器100的拆卸。
下面以图7所示的流程为例，说明太阳能充电器100的优选充电流程：
S71、当输入到太阳能充电器的从太阳能转换得到的电压上升至一定电压值时(例如，80V)，太阳能充电器启动。
S72、当太阳能充电器检测到当前的光照强度高于第二预设值(例如，等于或大于50lux的任一数值)时，根据来自外部控制装置(例如，电池管理器)的控制局域网(Control Area Network，CAN)通讯指令(若外部控制装置给出快充或慢充指令，则太阳能充电器不为动力电池充电)，开始为动力电池充电。
S73、在给动力电池充电的同时，太阳能充电器检测动力电池的电压，并通过CAN总线对外发送报文(例如，表明太阳能充电器当前状态的报文等)。
S74、在充电期间，若太阳能充电器检测到当前光照强度低于所述第二预设值，则停止为所述动力电池的充电，并随后定期(例如，平均每隔3分钟)检测当前光照强度，并当检测到的当前光照强度达到所述第一预设值时，继续为动力电池充电。
S75、在充电期间，若所述外部控制装置发出的报文中有快充或慢充指令时，则太阳能充电器停止为动力电池充电，待快充或慢充完成后检测所需条件达到要求后再继续为动力电池充电。
S76、当太阳能充电器检测到所述动力电池的电压达到饱和值(例如，570V)时，则停止为所述动力电池的充电。
S77、太阳能充电器定期(例如，每隔30分钟)检测动力电池的电压，并在动力电池的电压低于饱和值时，继续为动力电池充电。
应当理解的是，图7所示的充电流程仅是示例性的优选流程。根据实际情况，该流程的某些步骤可以省略或互换，例如，在步骤S77之后，若本发明太阳能充电器100接收到快充或慢充指令，也可以执行快充或慢充。
采用所述的充电流程，不仅能够实现利用太阳能为动力电池充电的目的，而且在电动大巴和汽车等行驶过程中也能为动力电池充电，增加了车的续航能力，有效缓解了动力电池在大电流输出时的损失，延长了动力电池的寿命，而且由于太阳能充电器能够根据外部控制装置的不同指令执行相应的动作，从而能够灵活控制太阳能充电器的工作状态。

Claims (17)

1.一种用于对动力电池充电的太阳能充电器，包括光敏单元(101)、开关单元(102)、充电单元(103)和控制单元(104)，所述光敏单元(101)、开关单元(102)、充电单元(103)分别与所述控制单元(104)连接；
所述光敏单元(101)用于检测光照强度并将所检测的光照强度提供给所述控制单元(104)；
所述开关单元(102)用于在所述控制单元(104)的控制下断开或闭合以将所述充电单元(103)与动力电池断开或连接；
所述充电单元(103)用于在所述开关单元(102)闭合时，在所述控制单元(104)的控制下将输入到该充电单元(103)的从太阳能转换得到的电压升压并提供给所述动力电池；
所述控制单元(104)用于接收所述光敏单元(101)提供的光照强度，当所述光照强度高于第二预设值时，启动所述充电单元(103)以及闭合所述开关单元(102)以使所述充电单元(103)为所述动力电池充电，并在所述充电单元(103)为所述动力电池充电的同时监测所述动力电池的电压，当所述动力电池的电压达到饱和值时关闭所述充电单元(103)以及断开所述开关单元(102)。
2.根据权利要求1所述的太阳能充电器，其中，所述太阳能充电器还包括：
连接到所述控制单元(104)的电源单元(201)，用于由输入到所述充电单元(103)的从太阳能转换得到的电压供电，提供控制单元(104)工作所需的电源，并在所述从太阳能转换得到的电压升至第一预设值时，使控制单元(104)开始工作。
3.根据权利要求2所述的太阳能充电器，其中，所述第一预设值为等于或大于12V的任一数值。
4.根据权利要求1所述的太阳能充电器，其中，所述控制单元(104)还用于在所述动力电池的电压达到所述饱和值之后周期性地闭合所述开关单元(102)以检测所述动力电池的当前电压，若所述动力电池的当前电压低于所述饱和值且在所述光敏单元(101)所提供的光照强度高于所述第二预设值时启动所述充电单元(103)以为所述动力电池充电。
5.根据权利要求4所述的太阳能充电器，其中，所述周期性地闭合所述开关单元(103)的周期的时长范围为10至50分钟。
6.根据权利要求1所述的太阳能充电器，其中，所述控制单元(104)还用于在为所述动力电池充电期间，当所述光敏单元(101)所检测的当前光照强度低于所述第二预设值时，关闭所述充电单元(103)以及断开所述开关单元(102)，并然后周期性地将所述光敏单元(101)所检测的当前光照强度与所述第二预设值进行比较，当检测到所述光敏单元(101)所检测的当前光照强度高于所述第二预设值时，启动所述充电单元(103)以及闭合所述开关单元(102)以继续为所述动力电池充电。
7.根据权利要求6所述的太阳能充电器，其中，所述比较所述光敏单元(101)所检测的当前光照强度与所述第二预设值的周期的时长的范围为0.5至10分钟。
8.根据权利要求1所述的太阳能充电器，其中，所述控制单元(104)还用于与外部控制装置进行通信，并根据来自所述外部控制装置的指令控制所述充电单元(103)和所述开关单元(102)。
9.根据权利要求8所述的太阳能充电器，其中，所述控制单元(104)还用于若在为所述动力电池充电之前接收到所述外部控制装置的快充或慢充指令，则不启动所述充电单元(103)以及不闭合所述开关单元(102)；若在为所述动力电池充电期间接收到所述外部控制装置的快充或慢充指令，则关闭所述充电单元(103)以及断开所述开关单元(102)。
10.根据权利要求1所述的太阳能充电器，其中，所述太阳能充电器还包括连接到所述控制单元(104)的制冷单元，所述控制单元(104)还用于检测所述太阳能充电器的温度，并在所述太阳能充电器的温度达到第三预设值时启动所述制冷单元。
11.根据权利要求10所述的太阳能充电器，其中，所述第三预设值为40至100℃的任一数值。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的太阳能充电器，其中，所述第二预设值为等于或大于50lux的任一数值。
13.根据权利要求1至11中任一项所述的太阳能充电器，其中，所述充电单元(103)包括一端接收正输入信号、另一端接收负输入信号的电容C1，和一端连接到电容C1的接收正输入信号的端子上、另一端连接到二极管D1的正极的电感L1，和一端连接到电容C1的接收负输入信号的端子上、另一端连接到所述二极管D1的负极的电容C2，和漏极连接到所述二极管D1的正极、源极连接到所述电容C1的接收负输入信号的端子上、栅极连接到所述控制单元(104)的MOS管Q1，其中，所述二极管D1的负极连接到所述开关单元(102)的其中一端，所述开关单元(102)的另一端作为所述太阳能充电器的正输出端子，所述电容C1和电感L1的公共端作为所述太阳能充电器的正输入端子，而所述电容C1的接收负输入信号的一端作为所述太阳能充电器的负输入端子，而且所述太阳能充电器的负输出端子连接到所述负输入端子。
14.根据权利要求13所述的太阳能充电器，其中，所述太阳能充电器还包括正极连接到所述正输入端子、负极连接到所述电容C1与所述电感L1的公共端的二极管D2。
15.根据权利要求14所述的太阳能充电器，其中，所述太阳能充电器还包括正极连接到所述正输出端子、负极连接到所述动力电池的二极管D3。
16.根据权利要求13所述的太阳能充电器，其中，所述太阳能充电器还包括位于所述电容C1和电感L1的公共端处的第一电流传感器，用于感应所述电容C1和电感L1的公共端处的电流并将感应的电流提供给所述控制单元(104)。
17.根据权利要求16所述的太阳能充电器，其中，所述太阳能充电器还包括位于所述二极管D1的负极处的第二电流传感器，用于感应所述二极管D1的负极处的电流并将感应的电流提供给所述控制单元(104)。
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