CN102355019B

CN102355019B - 太阳能服装充电电流的控制方法和装置

Info

Publication number: CN102355019B
Application number: CN201110281349.3A
Authority: CN
Inventors: 丁永生; 李龙飞; 郝矿荣
Original assignee: Donghua University
Current assignee: Donghua University
Priority date: 2011-09-21
Filing date: 2011-09-21
Publication date: 2014-02-26
Anticipated expiration: 2031-09-21
Also published as: CN102355019A

Abstract

本发明涉及太阳能服装充电电流的控制方法，包括以下步骤：检测太阳能电池的输出功率；检测内置电池的可放电量和电动势；检测外置电池的可充电量和电动势；求解功率平衡方程组；根据计算得到的外置电池的充电电流对外置电池进行充电。本发明还涉及太阳能服装充电电流的控制装置，包括检测模块、计算模块和充电模块。本发明能够在最短时间内完成外置电池的充电任务。

Description

太阳能服装充电电流的控制方法和装置

技术领域

本发明涉及太阳能充电技术领域，特别是涉及一种太阳能服装充电电流的控制方法和装置。

背景技术

近年来，随着柔性太阳能电池的发展，太阳能充电技术已逐渐应用到传统的服装领域。设置有太阳能充电装置的服装，有助于解决户外或紧急情况时的充电问题。

现有技术中，电池的充电方法一般为恒压充电法或先恒流后恒压充电法，也有采用脉冲充电法的。由于具有源源不断的电能来源，这些充电方法不需要考虑电能的利用效率，一般都采用较大的或预先设定的充电电流或充电电压，直到完成充电任务。

然而，对于具有太阳能电池和内置电池的太阳能服装，由于受到尺寸与重量的限制，太阳能电池的输出功率和内置电池的容量一般都较小。当外置电池的充电电流较小时，其电能主要来源于太阳能电池，而内置电池的放大电流较小或者为零。当外置电池的充电电流逐渐增大时，内置电池的放大电流亦逐渐增大。当外置电池的充电电流增大至某值时，内置电池的电量恰好在外置电池充满电时耗尽。这时的充电电流和充电时间分别称为最佳充电电流和最短充电时间。当外置电池的充电电流大于最佳充电电流时，将出现内置电池已耗尽而外置电池仍未充满电状态。即使进一步由太阳能电池充电至最短充电时间，因为电能由内置电池转移到外置电池的效率随充电电流的增大而减小，外置电池也不会达到充满电状态。于是，提出如何确定最佳充电电流，从而在最短时间内完成外置电池充电任务的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种太阳能服装对外置电池充电电流的控制方法和装置，使得在最短时间内完成外置蓄电池的充电任务。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种太阳能服装充电电流的控制方法，包括以下步骤：

检测太阳能电池的输出功率P；

检测内置电池的可放电量Q₁和电动势E₁；

检测外置电池的可充电量Q₂和电动势E₂；

求解功率平衡方程组：

\{\begin{matrix} I_{1} \cdot [E_{1} - η_{1} (I_{1})] - I_{2} \cdot [E_{2} + η_{2} (I_{2})] + P = 0 \\ I_{1} \cdot t = Q_{1} \\ I_{2} \cdot t = Q_{2} \end{matrix}

其中，I₁为所述内置电池的放电电流，I₂为所述外置电池的充电电流，t为时间，η₁为所述内置电池的超电势，η₂为所述外置电池的超电势；

根据计算得到的外置电池的充电电流I₂对外置电池进行充电。

所述的内置电池的超电势和外置电池的超电势为

\{\begin{matrix} η_{1} (I_{1}) = a_{1} + b_{1} \cdot \lg (I_{1} / c_{1}) \\ η_{2} (I_{2}) = a_{2} + b_{2} \cdot \lg (I_{2} / c_{2}) \end{matrix},

其中，a₁、b₁和c₁为内置电池的材料常数，a₂、b₂和c₂为外置电池的材料常数。

所述的内置电池的材料常数a₁、b₁和c₁为内置电池的放电电流I₁的分段函数；所述的外置置电池的材料常数a₂、b₂和c₂为外置电池的充电电电流I₂的分段函数。

当计算得到的外置电池的充电电流I₂大于门限值时，则根据门限值对所述外置电池进行充电。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：还提供一种太阳能服装充电电流的控制装置，包括：

检测模块，用于检测太阳能电池的输出功率P，内置电池的可放电量Q₁和电动势E₁，以及外置电池的可充电量Q₂和电动势E₂；

计算模块，根据功率平衡方程组：

\{\begin{matrix} I_{1} \cdot [E_{1} - η_{1} (I_{1})] - I_{2} \cdot [E_{2} + η_{2} (I_{2})] + P = 0 \\ I_{1} \cdot t = Q_{1} \\ I_{2} \cdot t = Q_{2} \end{matrix}

计算外置电池的充电电流，其中，I₁为所述内置电池的放电电流，I₂为所述外置电池的充电电流，t为时间，η₁为所述内置电池的超电势，η₂为所述外置电池的超电势；

充电模块，用于计算得到的外置电池的充电电流I₂对外置电池进行充电。

所述的内置电池的超电势和外置电池的超电势为

\{\begin{matrix} η_{1} (I_{1}) = a_{1} + b_{1} \cdot \lg (I_{1} / c_{1}) \\ η_{2} (I_{2}) = a_{2} + b_{2} \cdot \lg (I_{2} / c_{2}) \end{matrix},

控制装置还包括：预设模块，用于设置与计算得到的外置电池的充电电流I₂进行比较的门限值；判断模块，用于判断计算出的外置电池的充电电流I₂是否大于门限值，如果计算出的外置电池的充电电流I₂大于门限值，则根据门限值对外置电池进行充电，否则，根据计算得到的外置电池的充电电流I₂对外置电池进行充电。

有益效果

由于采用了上述的技术方案，本发明与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：本发明根据功率平衡方程组解得的最佳充电电流，并通过解得的最佳充电电流对外置蓄电池进行充电，由于内置电池的电量恰好在外置电池充满电时耗尽，从而能够在最短时间内完成外置电池的充电任务，从而能够在最短时间内完成外置蓄电池的充电任务。本发明还通过将计算出的外置电池的充电电流与预先设置的门限值进行比较，可以确保由于充电电流过大而对充电电池造成损害的情况不会发生。

附图说明

图1是本发明第一实施方式的流程图；

图2是本发明第二实施方式的流程图；

图3是本发明第三实施方式的结构方框图；

图4是本发明第四实施方式的结构方框图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

本发明的第一实施方式涉及一种太阳能服装充电电流的控制方法，该方法根据功率方程和电量方程解得的最佳充电电流，并通过解得的最佳充电电流对外置蓄电池进行充电，从而能够在最短时间内完成外置蓄电池的充电任务，如图1所示，包括以下步骤：

步骤101，检测太阳能电池的输出功率P₁；

步骤102，检测内置电池的可放电量Q₁和电动势E₁；

步骤103，检测外置电池的可充电量Q₂和电动势E₂；

在步骤104中，求解功率平衡方程组：

\{\begin{matrix} I_{1} \cdot [E_{1} - η_{1} (I_{1})] - I_{2} \cdot [E_{2} + η_{2} (I_{2})] + P = 0 \\ I_{1} \cdot t = Q_{1} \\ I_{2} \cdot t = Q_{2} \end{matrix}

其中，I₁为所述内置电池的放电电流，I₂为所述外置电池的充电电流，t为时间，η₁为所述内置电池的超电势，η₂为所述外置电池的超电势。

内置电池的超电势和外置电池的超电势选用超电势经验公式：

\{\begin{matrix} η_{1} (I_{1}) = a_{1} + b_{1} \cdot \lg (I_{1} / c_{1}) \\ η_{2} (I_{2}) = a_{2} + b_{2} \cdot \lg (I_{2} / c_{2}) \end{matrix}

其中，a₁、b₁和c₁为内置电池的材料常数，a₂、b₂和c₂为外置电池的材料常数，其中，内置电池的材料常数a₁、b₁和c₁为内置电池的放电电流I₁的分段函数；外置置电池的材料常数a₂、b₂和c₂为外置电池的充电电流I₂的分段函数。

将超电势经验公式代入功率平衡方程组，即可求得外置电池的充电电流I₂。

步骤105，根据计算得到外置电池的充电电流I₂对外置电池进行充电。

由此可见，根据功率平衡方程组解得的最佳充电电流，并通过解得的最佳充电电流对外置蓄电池进行充电，由于内置电池的电量恰好在外置电池充满电时耗尽，从而能够在最短时间内完成外置电池的充电任务，从而能够在最短时间内完成外置蓄电池的充电任务。

本发明的第二实施方式还是涉及一种太阳能服装充电电流的控制方法，本实施方式大致与第一实施方式相同，其区别在于，在本实施方式中，当外置电池的充电电电流I₂的数值解大于某一临界值时，则以该临界值对外置电池进行充电。也就是说，需要设定与计算得到的外置电池的充电电流进行比较的门限值，并将该门限值与计算得到的外置电池所需的充电电流进行比较，当计算出的外置电池所需的充电电流大于该门限值时，则根据门限值对外置电池进行充电；当计算出的外置电池所需的充电电流小于或等于该门限值时，则根据计算得到的外置电池的充电电流对外置电池进行充电。如图2所示，包括以下步骤：

步骤201～步骤204与第一实施方式中的步骤101～步骤104相同，在此不再赘述。

在步骤205中，将计算出的外置电池的充电电流I₂与预先设置的门限值进行比较，并判断计算出的外置电池的充电电流I₂是否大于门限值，如果计算出的外置电池的充电电流I₂大于门限值，则进入步骤206，否则，进入步骤207。

在步骤206中，根据门限值对外置电池进行充电，也就是说当门限值小于计算出的外置电池的充电电流I₂时，以门限值代替计算出的外置电池所需的充电电流对外置电池进行充电。

在步骤207中，根据计算得到的外置电池的充电电流I₂对外置电池进行充电。

值得一提的是，本实施方式中的门限值可以是在步骤101～步骤104中的任何时刻进行设置，也可以在一开始就进行设置。

不难发现，本实施方式中通过将计算出的外置电池的充电电流与预先设置的门限值进行比较，可以确保由于充电电流过大而对充电电池造成损害的情况不会发生。

本发明的第三实施方式涉及一种太阳能服装充电电流的控制装置，如图3所示，包括：检测模块301，用于检测太阳能电池的输出功率P，内置电池的可放电量Q₁和电动势E₁，以及外置电池的可充电量Q₂和电动势E₂；计算模块302，根据功率平衡方程组：

\{\begin{matrix} I_{1} \cdot [E_{1} - η_{1} (I_{1})] - I_{2} \cdot [E_{2} + η_{2} (I_{2})] + P = 0 \\ I_{1} \cdot t = Q_{1} \\ I_{2} \cdot t = Q_{2} \end{matrix}

计算外置电池的充电电流，其中，I₁为所述内置电池的放电电流，I₂为所述外置电池的充电电流，t为时间，η₁为所述内置电池的超电势，η₂为所述外置电池的超电势；充电模块303，用于计算得到的外置电池的充电电流I₂对外置电池进行充电。

其中，所述的内置电池的超电势和外置电池的超电势为

\{\begin{matrix} η_{1} (I_{1}) = a_{1} + b_{1} \cdot \lg (I_{1} / c_{1}) \\ η_{2} (I_{2}) = a_{2} + b_{2} \cdot \lg (I_{2} / c_{2}) \end{matrix},

不难发现，根据功率平衡方程组解得的最佳充电电流，并通过解得的最佳充电电流对外置蓄电池进行充电，由于内置电池的电量恰好在外置电池充满电时耗尽，从而能够在最短时间内完成外置电池的充电任务，从而能够在最短时间内完成外置蓄电池的充电任务。

本发明的第四实施方式还是涉及一种太阳能服装充电电流的控制装置，本实施方式大致与第四实施方式相同，其区别在于，在本实施方式中，如图4所示，还包括：预设模块404，用于设置与计算得到的外置电池所需的充电电流进行比较的门限值；判断模块405，用于判断计算出的外置电池的充电电流是否大于门限值，如果计算出的外置电池所需的充电电流大于门限值，则根据门限值对外置电池进行充电，否则，根据计算得到的充电电流对外置电池进行充电。本实施方式中的检测模块401、计算模块402和充电模块403与第三实施方式相同，在此不再赘述。由此可见，本实施方式中通过将计算出的外置电池所需的充电电流与预先设置的门限值进行比较，可以确保由于充电电流过大而对充电电池造成损害的情况不会发生。

Claims

1.一种太阳能服装充电电流的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

检测太阳能电池的输出功率P；

检测内置电池的可放电量Q₁和电动势E₁；

检测外置电池的可充电量Q₂和电动势E₂；

求解功率平衡方程组：

\{\begin{matrix} I_{1} \cdot [E_{1} - η_{1} (I_{1})] - I_{2} \cdot [E_{2} + η_{2} (I_{2})] + P = 0 \\ I_{2} \cdot t = Q_{1} \\ I_{2} \cdot t = Q_{2} \end{matrix}

其中，I₁为所述内置电池的放电电流，I₂为所述外置电池的充电电流，t为时间，η₁（I₁）为所述内置电池的超电势，η₂（I₂）为所述外置电池的超电势；

2.根据权利要求1所述的太阳能服装充电电流的控制方法，其特征在于，所述的内置电池的超电势和外置电池的超电势为

\{\begin{matrix} η_{1} (I_{1}) = a_{1} + b_{1} \cdot \lg (I_{1} / c_{1}) \\ η_{2} (I_{2}) = a_{2} + b_{2} \cdot \lg (I_{2} / c_{2}) \end{matrix}

3.根据权利要求2所述的太阳能服装充电电流的控制方法，其特征在于，所述的内置电池的材料常数a₁、b₁和c₁为内置电池的放电电流I₁的分段函数；所述的外置置电池的材料常数a₂、b₂和c₂为外置电池的充电电电流I₂的分段函数。

4.根据权利要求1所述的太阳能服装充电电流的控制方法，其特征在于，当计算得到的外置电池的充电电流I₂大于门限值时，则根据门限值对所述外置电池进行充电。

5.一种太阳能服装充电电流的控制装置，其特征在于，包括：检测模块，用于检测太阳能电池的输出功率P，内置电池的可放电量Q₁和电动势E₁，以及外置电池的可充电量Q₂和电动势E₂；计算模块，根据功率平衡方程组：

\{\begin{matrix} I_{1} \cdot [E_{1} - η_{1} (I_{1})] - I_{2} \cdot [E_{2} + η_{2} (I_{2})] + P = 0 \\ I_{1} \cdot t = Q_{1} \\ I_{2} \cdot t = Q_{2} \end{matrix}

计算外置电池的充电电流，其中，I₁为所述内置电池的放电电流，I₂为所述外置电池的充电电流，t为时间，η₁（I₁）为所述内置电池的超电势，η₂（I₂）为所述外置电池的超电势；充电模块，用于计算得到的外置电池的充电电流I₂对外置电池进行充电。

6.根据权利要求5所述的太阳能服装充电电流的控制装置，其特征在于，所述的内置电池的超电势和外置电池的超电势为

\{\begin{matrix} η_{1} (I_{1}) = a_{1} + b_{1} \cdot \lg (I_{1} / c_{1}) \\ η_{2} (I_{2}) = a_{2} + b_{2} \cdot \lg (I_{2} / c_{2}) \end{matrix}

7.根据权利要求5所述的太阳能服装充电电流的控制装置，其特征在于，还包括：预设模块，用于设置与计算得到的外置电池的充电电流I₂进行比较的门限值；判断模块，用于判断计算出的外置电池的充电电流I₂是否大于门限值，如果计算出的外置电池的充电电流I₂大于门限值，则根据门限值对外置电池进行充电，否则，根据计算得到的外置电池的充电电流I₂对外置电池进行充电。