CN104319849B - 一种太阳能电池充电控制器及充电控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种太阳能电池充电控制器及充电控制方法；该太阳能电池充电控制器包括太阳能电池供电输入接口电路、充电输出接口电路、电压检测电路、第一电压比较器、第二电压比较器和可变恒流限压充电电路，通过电路构架的改造，结合其充电控制方法，一方面解决了现有充电器采用太阳能电池作为供电电源进行充电所造成的能源浪费的问题，另一方面解决了现有充电器采用太阳能电池作为供电电源存在的太阳能利用率低的问题，有效解决了现有技术中的充电器在太阳能电池供电应用上的两大受限因素。因此，本发明太阳能电池充电控制器及其充电控制方法能够很好地应用于太阳能电池供电技术中，帮助推动太阳能电池供电应用技术的发展。

Description

一种太阳能电池充电控制器及充电控制方法

技术领域

本发明涉及太阳能利用技术以及蓄电池充电技术领域，具体涉及一种太阳能电池充电控制器及充电控制方法。

背景技术

充电器被广泛应用于对各类蓄电池的充电中。蓄电池充电时，电池正极与充电器充电输出接口的正极相联，电池负极与充电器充电输出接口的负极相联，并且充电输出接口输出的充电电压必须高于电池的总电动势。

目前应用较为广泛的充电器主要有恒流充电器、恒压充电器和恒流限压充电器三种。恒流充电器是用调整充电控制电路的输出电压，保持充电电流强度不变，对蓄电池进行充电；其充电控制电路简单，但由于蓄电池的可接受电流能力是随着充电过程的进行而逐渐下降的，到充电后期，充电电流多用于电解水，产生气体，不仅造成能源浪费，还容易导致蓄电池出气过甚。恒压充电器的充电电压在全部充电时间里保持恒定的数值，随着蓄电池端电压的逐渐升高，电流逐渐减少；与恒流充电过程相比，恒压充电过程更接近于蓄电池的最佳充电曲线，并且恒压充电控制电路也比较简单，但由于充电初期蓄电池电动势较低，恒压充电的电流较大，有可能超过电池最大承载电流的数倍，因此对蓄电池寿命造成很大影响，容易使蓄电池极板弯曲，甚至造成电池报废。

恒流限压充电器的充电电路中设计有内部基准参考电流和内部基准参考电压，当蓄电池电压较低时，恒流限压充电器以恒定电流（即其电路设定的内部基准参考电流）向蓄电池充电，该阶段的充电电流不变、充电电压逐渐变大（但不大于内部基准参考电压）；随着充电过程进行，当蓄电池电压逐渐增大至接近于电路所限制的内部基准参考电压时，恒流限压充电器限制充电电压继续增大，以相对恒定的电压（一般等于或接近于内部基准参考电压）向蓄电池充电，充电电流则逐渐减小（但不小于充电涓流），直至将蓄电池电量充满。恒流限压充电器的内部结构主要由电源输入接口电路、恒流限压充电控制电路、充电输出接口电路以及输出电流检测电路、输出电压检测电路、电流误差比较器和电压误差比较器构成，如图1所示。电源输入接口电路和充电输出接口电路分别与恒流限压充电控制电路的电源输入端和充电输出端电连接，其中，电源输入接口电路用于连接输入电源，充电输出接口电路用于连接充电的蓄电池。输出电流检测电路的检测端串联在恒流限压充电控制电路与充电输出接口电路之间，输出电压检测电路的检测端则与充电输出接口电路相并联，二者分别用于检测输出的充电电流和充电电压，且输出电流检测电路的信号输出端和输出电压检测电路的信号输出端分别电连接至电流误差比较器的比较输入端和电压误差比较器的比较输入端，用于将检测的输出的充电电流和充电电压分别传送至电流误差比较器和电压误差比较器进行比较。电流误差比较器的基准输入端电连接预设定的内部基准参考电流（如图1中“I₀”所示），用于将输出的充电电流与内部基准参考电流进行比较，而电压误差比较器的基准输入端则电连接预设定的内部基准参考电压（如图1中“V₀”所示），用于将输出的充电电压与内部基准参考电压进行比较，电流误差比较器的比较信号输出端和电压误差比较器的比较信号输出端分别电连接至恒流限压充电控制电路的控制参数输入端，用于将电流差值信号和电压差值信号分别传送至恒流限压充电控制电路。恒流限压充电控制电路则根据电流差值信号和电压差值信号进行恒流限压充电过程的控制；具体控制过程为：当输出的充电电压与内部基准参考电压相差较大时（表明蓄电池电压较低），恒流限压充电控制电路则按内部基准参考电流值输出恒定的充电电流至充电输出端向蓄电池充电；当输出的充电电压逐渐增大至接近于内部基准参考电压时（表明蓄电池电压已接近于内部基准参考电压），恒流限压充电控制电路则控制以恒定的电压（一般等于或接近于内部基准参考电压）向充电输出接口输出充电电流，并控制充电电流逐渐减小（但不小于充电涓流），直至将蓄电池电量充满。由此，实现了上述的恒流限压充过程。相比于恒流充电器和恒压充电器，恒流限压充电器的优点在于，既能保证高效的充电速度，又能保证在最大程度降低对蓄电池寿命影响的前提下将蓄电池电量充满，因此应用更为广泛。

但现有的恒流限压充电器依然存在着不足。由恒流限压充电器的充电原理可以知道，只有当恒流限压充电器输入电源的输出功率大于恒流限压充电器的初始充电功率（即内部基准参考电流与蓄电池初始电压的乘积）时，蓄电池才开始被充电；到了蓄电池的充电后期，当蓄电池电压接近电路所限制的内部基准参考电压时，只有当输入电源的输出功率大于恒流限压充电器的最大充电功率（即内部基准参考电流与内部基准参考电压的乘积）之后，才能进入充电电压较恒定（一般等于或接近于内部基准参考电压）、充电电流逐渐减小（但不小于充电涓流）的充电过程，将蓄电池充满；而在蓄电池电压接近电路所限制的内部基准参考电压之前，当蓄电池的电压随着充电过程开始增大时，如果输入电源的输出功率达不到即时充电功率（即内部基准参考电流与蓄电池的即时电压的乘积）时，则无法对蓄电池进行有效充电。在这种条件下，如果采用太阳能电池作为充电电源，由于太阳能电池的供电功率与其接收到的光照强度相关，因此太阳能电池的供电功率并不恒定，很容易出现输入电源的输出功率达不到即时充电功率的情况，造成太阳能源的浪费。另一方面，在一定的光照强度条件下，太阳能电池具有一个最大功率点，而其最大功率点对应的工作电压通常称为最佳工作电压，不同光照强度下，虽然太阳能电池的最佳工作电压值变化不大，但由于最大功率点不同，对应的工作电流也就不同，如果采用太阳能电池作为恒流限压充电器的供电电源对蓄电池充电，由于充电电流较为固定，也无法保持充电电压始终在最佳工作电压上，因此充电过程难以实现对太阳能电池的最大功率点跟踪，对太阳能的利用率较低。这些因素，都限制了恒流限压充电器以太阳能电池作为供电电源的应用，而作为一种环保能源，太阳能电池的供电应用技术又十分重要，如何有效的解决上述两方面的限制因素，成为了太阳能电池供电应用技术发展的重要突破点。

发明内容

针对现有技术中存在的上述不足，本发明的目的在于提供一种太阳能电池充电控制器，用以减少采用太阳能电池作为供电电源进行充电所造成的能源浪费，提高太阳能利用率，解决现有技术中的充电器在太阳能电池供电应用上受到限制的问题。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种太阳能电池充电控制器，包括太阳能电池供电输入接口电路、充电输出接口电路、电压检测电路、第一电压比较器、第二电压比较器和可变恒流限压充电电路；

所述太阳能电池供电输入接口电路、充电输出接口电路分别与可变恒流限压充电电路的电源输入端和充电输出端电连接；其中，太阳能电池供电输入接口电路用于连接太阳能电池的供电输出端，充电输出接口电路用于连接作为充电对象的蓄电池；

所述可变恒流限压充电电路具有正向调节控制端和负向调节控制端，用于根据正向调节控制端和负向调节控制端输入的电平状态调整充电输出端的充电电流大小，进行恒流限压充电过程的控制；其中，当正向调节控制端输入高电平时，可变恒流限压充电电路调整充电输出端的充电电流逐渐增大；当负向调节控制端输入高电平时，可变恒流限压充电电路调整充电输出端的充电电流逐渐减小；当正向调节控制端和负向调节控制端均输入低电平时，可变恒流限压充电电路停止对充电电流的调整；

所述电压检测电路的检测端并联在太阳能电池供电输入接口电路的供电输入端，电压检测电路的检测信号输出端电连接至第一电压比较器的正极输入端和第二电压比较器的负极输入端，用于检测太阳能电池的供电电压，并将太阳能电池的供电电压分别传送至第一电压比较器的正极输入端和第二电压比较器的负极输入端；

所述第一电压比较器的负极输入端电连接预设定的最佳工作电压上限值，第一电压比较器的比较电平输出端电连接至可变恒流限压充电电路的正向调节控制端，用于将太阳能电池的供电电压与预设定的最佳工作电压上限值进行比较，并将比较输出电平传送至可变恒流限压充电电路的正向调节控制端；

所述第二电压比较器的正极输入端电连接至预设定的最佳工作电压下限值，第二电压比较器的比较电平输出端电连接至可变恒流限压充电电路的负向调节控制端，用于将预设定的最佳工作电压下限值与太阳能电池的供电电压进行比较，并将比较输出电平传送至可变恒流限压充电电路的负向调节控制端。

上述的太阳能电池充电控制器中，作为一种优选方案，所述可变恒流限压充电电路具体为：包括恒流限压充电控制电路、输入功率检测电路、输出电流检测电路、输出电压检测电路、电流误差比较器、电压误差比较器和基准参考电流换算模块；

所述恒流限压充电控制电路的电源输入端和充电输出端分别作为可变恒流限压充电电路的电源输入端和充电输出端；

输入功率检测电路的检测端电连接在恒流限压充电控制电路的电源输入端，输入功率检测电路的信号输出端电连接至基准参考电流换算模块的功率数据输入端，用于检测输入电源的功率并传送至基准参考电流换算模块；

输出电流检测电路串联在恒流限压充电控制电路的充电输出端，输出电流检测电路的信号输出端电连接至电流误差比较器的比较输入端，用于检测恒流限压充电控制电路输出的充电电流并传送至电流误差比较器进行比较；

输出电压检测电路的检测端并联在恒流限压充电控制电路的充电输出端，输出电压检测电路的信号输出端电连接至电压误差比较器的比较输入端，用于检测恒流限压充电控制电路输出的充电电压并传送至电压误差比较器进行比较；

基准参考电流换算模块为预设有电流/充电功率换算比例的逻辑运算功能模块，用于按照所述电流/充电功率换算比例，根据输入电源的功率换算得到相应比例的基准参考电流信号，并传输至电流误差比较器的基准输入端；且基准参考电流换算模块设有正向调节控制端和负向调节控制端，能够根据正向调节控制端和负向调节控制端输入的电平状态调整电流/充电功率换算比例的大小；其中，当正向调节控制端输入高电平时，基准参考电流换算模块调整电流/充电功率换算比例逐渐增大；当负向调节控制端输入高电平时，基准参考电流换算模块调整电流/充电功率换算比例逐渐减小；当正向调节控制端和负向调节控制端均输入低电平时，基准参考电流换算模块保持电流/充电功率换算比例不变；所述基准参考电流换算模块的正向调节控制端和负向调节控制端分别作为可变恒流限压充电电路的正向调节控制端和负向调节控制端；

电流误差比较器的比较信号输出端电连接至恒流限压充电控制电路的控制参数输入端，用于将输出的充电电流与基准参考电流进行比较，并将比较得到的电流差值信号传送至恒流限压充电控制电路；

电压误差比较器的基准输入端电连接预设定的内部基准参考电压，电压误差比较器的比较信号输出端电连接至恒流限压充电控制电路的控制参数输入端，用于将输出的充电电压与内部基准参考电压进行比较，并将比较得到的电压差值信号传送至恒流限压充电控制电路；

恒流限压充电控制电路用于根据电流差值信号和电压差值信号进行恒流限压充电过程的控制。

相应地本发明还提供了采用上述太阳能电池充电控制器对蓄电池充电的太阳能电池充电控制方法；为此，本发明采用了如下的技术方案：

一种太阳能电池充电控制方法，该方法具体包括如下步骤：

1）采用如上所述的太阳能电池充电控制器，将太阳能电池的供电输出端连接至太阳能电池充电控制器的太阳能电池供电输入接口电路，将作为充电对象的蓄电池连接至太阳能电池充电控制器的充电输出接口电路，由太阳能电池将太阳能转换为电能后，经过太阳能电池充电控制器控制对蓄电池进行恒流限压充电；

当太阳能电池的供电电压小于太阳能电池充电控制器中预设定的最佳工作电压下限值时，执行步骤2；

当太阳能电池的供电电压大于太阳能电池充电控制器中预设定的最佳工作电压上限值时，执行步骤3；

当太阳能电池的供电电压介于预设定的最佳工作电压上限值和最佳工作电压下限值之间时，执行步骤4；

2）第一电压比较器的比较电平输出端输出低电平至可变恒流限压充电电路的正向调节控制端，第二电压比较器的比较电平输出端输出高电平至可变恒流限压充电电路的负向调节控制端；然后执行步骤5；

3）第一电压比较器的比较电平输出端输出高电平至可变恒流限压充电电路的正向调节控制端，第二电压比较器的比较电平输出端输出低电平至可变恒流限压充电电路的负向调节控制端；然后执行步骤6；

4）第一电压比较器的比较电平输出端输出低电平至可变恒流限压充电电路的正向调节控制端，第二电压比较器的比较电平输出端输出低电平至可变恒流限压充电电路的负向调节控制端；然后执行步骤7；

5）在负向调节控制端输入高电平的状态下，可变恒流限压充电电路中的基准参考电流换算模块调整电流/充电功率换算比例逐渐减小，换算得到的基准参考电流信号相应减小，在恒流限压充电控制电路的控制下，使得可变恒流限压充电电路充电输出端的充电电流逐渐减小，进而太阳能电池的供电电流逐渐减小、供电电压逐渐增大，直至太阳能电池的供电电压介于最佳工作电压上限值和最佳工作电压下限值之间时，跳转执行步骤4；

6）在正向调节控制端输入高电平的状态下，可变恒流限压充电电路中的基准参考电流换算模块调整电流/充电功率换算比例逐渐增大，换算得到的基准参考电流信号相应增大，在恒流限压充电控制电路的控制下，使得可变恒流限压充电电路充电输出端的充电电流逐渐增大，进而太阳能电池的供电电流逐渐增大、供电电压逐渐减小，直至太阳能电池的供电电压介于最佳工作电压上限值和最佳工作电压下限值之间时，跳转执行步骤4；

7）在正向调节控制端和负向调节控制端均输入低电平的状态下，可变恒流限压充电电路中的基准参考电流换算模块保持电流/充电功率换算比例不变，可变恒流限压充电电路停止对充电输出端充电电流大小的调整，由可变恒流限压充电电路中的恒流限压充电控制电路根据当前的电流差值信号和电压差值信号进行恒流限压充电过程的控制。

相比于现有技术，本发明具有如下有益效果：

1、本发明太阳能电池充电控制器，在采用太阳能电池作为供电电源对蓄电池进行充电的初始阶段，无论太阳能电池的供电电压是否在预设定的最佳工作电压上限值和最佳工作电压下限值之间，经过太阳能电池充电控制器对充电电流的自适应调整控制，始终能够将太阳能电池的供电电压调整在最佳工作电压上限值和最佳工作电压下限值之间，在这样的工作电压状态下对蓄电池进行恒流限压充电，则能够让太阳能电池的供电功率始终保持在其光照强度条件下的最大功率点上，实现了对太阳能电池的最大功率点跟踪，从而有效提高了太阳能利用率。

2、本发明太阳能电池充电控制器中，其可变恒流限压充电电路采用了独特的基准参考电流相关电路结构，在利用恒流限压充电控制电路进行恒流限压充电控制的基础上，还通过输入功率检测电路检测输入电源的功率并传送至基准参考电流换算模块，由基准参考电流换算模块按照预设的电流/充电功率换算比例，根据输入电源的功率换算得到相应比例的基准参考电流信号，使得基准参考电流信号随输入电源的功率而可变，大幅度的扩展了输入电源能够对蓄电池进行有效充电的功率浮动范围，能够大幅减少因太阳能电池供电功率不恒定造成的能源浪费，同时还能够根据正向调节控制端和负向调节控制端输入的电平状态调整电流/充电功率换算比例的大小，从而实现主动调整电输出端充电电流大小的功能。

3、本发明太阳能电池充电控制器及其充电控制方法，一方面解决了现有充电器采用太阳能电池作为供电电源进行充电所造成的能源浪费的问题，另一方面解决了现有充电器采用太阳能电池作为供电电源存在的太阳能利用率低的问题，有效解决了现有技术中的充电器在太阳能电池供电应用上的两大受限因素，能够很好地应用于太阳能电池供电技术中，帮助推动太阳能电池供电应用技术的发展。

附图说明

图1为现有技术中恒流限压充电器的构架示意图。

图2为本发明太阳能电池充电控制器的构架示意图。

图3为本发明太阳能电池充电控制器中可变恒流限压充电电路的电路构架示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案作进一步说明。

本发明提供一种太阳能电池充电控制器，如图2所示，其包括太阳能电池供电输入接口电路、充电输出接口电路、电压检测电路、第一电压比较器、第二电压比较器和可变恒流限压充电电路。太阳能电池供电输入接口电路、充电输出接口电路分别与可变恒流限压充电电路的电源输入端和充电输出端电连接；其中，太阳能电池供电输入接口电路用于连接太阳能电池的供电输出端，充电输出接口电路用于连接作为充电对象的蓄电池。可变恒流限压充电电路具有正向调节控制端（如图2中“Reg+”所示）和负向调节控制端（如图2中“Reg-”所示），用于根据正向调节控制端和负向调节控制端输入的电平状态调整充电输出端的充电电流大小，进行恒流限压充电过程的控制；其中，当正向调节控制端输入高电平时，可变恒流限压充电电路调整充电输出端的充电电流逐渐增大；当负向调节控制端输入高电平时，可变恒流限压充电电路调整充电输出端的充电电流逐渐减小；当正向调节控制端和负向调节控制端均输入低电平时，可变恒流限压充电电路停止对充电电流的调整。电压检测电路的检测端并联在太阳能电池供电输入接口电路的供电输入端，电压检测电路的检测信号输出端电连接至第一电压比较器的正极输入端和第二电压比较器的负极输入端，用于检测太阳能电池的供电电压，并将太阳能电池的供电电压分别传送至第一电压比较器的正极输入端和第二电压比较器的负极输入端。第一电压比较器的负极输入端电连接预设定的最佳工作电压上限值（如图2中“V_P.max”所示），第一电压比较器的比较电平输出端电连接至可变恒流限压充电电路的正向调节控制端，用于将太阳能电池的供电电压与预设定的最佳工作电压上限值进行比较，并将比较输出电平传送至可变恒流限压充电电路的正向调节控制端。第二电压比较器的正极输入端电连接至预设定的最佳工作电压下限值（如图2中“V_P.min”所示），第二电压比较器的比较电平输出端电连接至可变恒流限压充电电路的负向调节控制端，用于将预设定的最佳工作电压下限值与太阳能电池的供电电压进行比较，并将比较输出电平传送至可变恒流限压充电电路的负向调节控制端。

在本发明太阳能电池充电控制器中，可变恒流限压充电电路的设计实现方案有多种。图3示出了一种较优的可变恒流限压充电电路实现方案，其包括恒流限压充电控制电路、输入功率检测电路、输出电流检测电路、输出电压检测电路、电流误差比较器、电压误差比较器和基准参考电流换算模块。其中，恒流限压充电控制电路的电源输入端和充电输出端分别作为可变恒流限压充电电路的电源输入端和充电输出端。输入功率检测电路的检测端电连接在恒流限压充电控制电路的电源输入端，输入功率检测电路的信号输出端电连接至基准参考电流换算模块的功率数据输入端，用于检测输入电源的功率并传送至基准参考电流换算模块。输出电流检测电路串联在恒流限压充电控制电路的充电输出端，输出电流检测电路的信号输出端电连接至电流误差比较器的比较输入端，用于检测恒流限压充电控制电路输出的充电电流并传送至电流误差比较器进行比较。输出电压检测电路的检测端并联在恒流限压充电控制电路的充电输出端，输出电压检测电路的信号输出端电连接至电压误差比较器的比较输入端，用于检测恒流限压充电控制电路输出的充电电压并传送至电压误差比较器进行比较。基准参考电流换算模块为预设有电流/充电功率换算比例的逻辑运算功能模块，用于按照所述电流/充电功率换算比例，根据输入电源的功率换算得到相应比例的基准参考电流信号（如图3中“I₀”所示），并传输至电流误差比较器的基准输入端；且基准参考电流换算模块设有正向调节控制端（如图3中“Reg+”所示）和负向调节控制端（如图3中“Reg-”所示），能够根据正向调节控制端和负向调节控制端输入的电平状态调整电流/充电功率换算比例的大小；其中，当正向调节控制端输入高电平时，基准参考电流换算模块调整电流/充电功率换算比例逐渐增大；当负向调节控制端输入高电平时，基准参考电流换算模块调整电流/充电功率换算比例逐渐减小；当正向调节控制端和负向调节控制端均输入低电平时，基准参考电流换算模块保持电流/充电功率换算比例不变；基准参考电流换算模块的正向调节控制端和负向调节控制端分别作为可变恒流限压充电电路的正向调节控制端和负向调节控制端。电流误差比较器的比较信号输出端电连接至恒流限压充电控制电路的控制参数输入端，用于将输出的充电电流与基准参考电流进行比较，并将比较得到的电流差值信号传送至恒流限压充电控制电路。电压误差比较器的基准输入端电连接预设定的内部基准参考电压（如图3中“V₀”所示），电压误差比较器的比较信号输出端电连接至恒流限压充电控制电路的控制参数输入端，用于将输出的充电电压与内部基准参考电压进行比较，并将比较得到的电压差值信号传送至恒流限压充电控制电路。恒流限压充电控制电路用于根据电流差值信号和电压差值信号进行恒流限压充电过程的控制。

采用上述可变恒流限压充电电路的优选实现方案，优点在于：其电路结构中依然采用了恒流限压充电控制电路，因此其充电控制过程依然沿用了现有的恒流限压充原理，即当蓄电池电压较低时，恒流限压充电控制电路以恒定电流（即基准参考电流）向蓄电池充电，该阶段的充电电流不变、充电电压逐渐变大（但不大于内部基准参考电压）；随着充电过程进行，当蓄电池电压逐渐增大至接近于内部基准参考电压时，恒流限压充电控制电路则限制充电电压继续增大，以相对恒定的电压（一般等于或接近于内部基准参考电压）向蓄电池充电，充电电流则逐渐减小（但不小于充电涓流），直至将蓄电池电量充满。但是，可变恒流限压充电电路中对基准参考电流的相关电路结构设置，与现有技术中常见恒流限压充电器存在明显不同。现有技术恒流限压充电器中，电流误差比较器的基准输入端连接预设定的内部基准参考电流，其内部基准参考电流值的大小固定不变，限制了恒流限压充电器在前期充电过程中（即蓄电池电压接近内部基准参考电压之前）的电源输出功率必须大于即时充电功率（即内部基准参考电流与蓄电池的即时电压的乘积）才能对蓄电池进行有效充电，否则电源输出功率就被浪费了。而在上述可变恒流限压充电电路的优选实现方案中，其通过输入功率检测电路检测输入电源的功率并传送至基准参考电流换算模块，由基准参考电流换算模块按照预设的电流/充电功率换算比例，根据输入电源的功率换算得到相应比例的基准参考电流信号，电流误差比较器的基准输入端则不再是连接固定不变的内部基准参考电流，而是连接由基准参考电流换算模块根据输入电源的功率换算输出的基准参考电流信号，因此基准参考电流信号是随输入电源的功率而可变的；当输入电源的功率较大时，基准参考电流换算模块换算得到的基准参考电流信号相应较大，恒流限压充控制电路则控制充电电流恒定在较大的基准参考电流值上，对蓄电池进行快速的充电；当输入电源的功率减小时，基准参考电流值则并不会始终保持在原有的较大值上，导致输入电源功率达不到原有较大的即时充电功率（即原有较大的基准参考电流与蓄电池的即时电压的乘积）而阻碍对蓄电池进行有效充电，基准参考电流换算模块会根据减小的输入电源功率进行换算，从而相应比例地减小基准参考电流值，让恒流限压充电控制电路控制充电电流恒定在较小值的基准参考电流值上，对蓄电池进行充电，此时虽然充电速度会相应的减慢，但不会导致输入电源的功率被浪费；除非输入电源的功率已经小于最低的即时充电功率（即充电涓流与蓄电池的即时电压的乘积），此时才会导致无法对蓄电池进行充电。由此，便大幅度的扩展了输入电源能够对蓄电池进行有效充电的功率浮动范围，即便采用太阳能电池设备作为输入电源，也能够大幅减少因功率不恒定造成的能源浪费。另一方面，基准参考电流换算模块还设有正向调节控制端和负向调节控制端，能够根据正向调节控制端和负向调节控制端输入的电平状态调整电流/充电功率换算比例的大小，从而实现调整电输出端充电电流大小的功能。

本发明的太阳能电池充电控制器进行太阳能电池充电控制的具体流程如下：

1）采用上述的太阳能电池充电控制器，将太阳能电池的供电输出端连接至太阳能电池充电控制器的太阳能电池供电输入接口电路，将作为充电对象的蓄电池连接至太阳能电池充电控制器的充电输出接口电路，由太阳能电池将太阳能转换为电能后，经过太阳能电池充电控制器控制对蓄电池进行恒流限压充电；

当太阳能电池的供电电压小于太阳能电池充电控制器中预设定的最佳工作电压下限值时，执行步骤2；

当太阳能电池的供电电压大于太阳能电池充电控制器中预设定的最佳工作电压上限值时，执行步骤3；

当太阳能电池的供电电压介于预设定的最佳工作电压上限值和最佳工作电压下限值之间时，执行步骤4；

2）第一电压比较器的比较电平输出端输出低电平至可变恒流限压充电电路的正向调节控制端，第二电压比较器的比较电平输出端输出高电平至可变恒流限压充电电路的负向调节控制端；然后执行步骤5；

3）第一电压比较器的比较电平输出端输出高电平至可变恒流限压充电电路的正向调节控制端，第二电压比较器的比较电平输出端输出低电平至可变恒流限压充电电路的负向调节控制端；然后执行步骤6；

4）第一电压比较器的比较电平输出端输出低电平至可变恒流限压充电电路的正向调节控制端，第二电压比较器的比较电平输出端输出低电平至可变恒流限压充电电路的负向调节控制端；然后执行步骤7；

5）在负向调节控制端输入高电平的状态下，可变恒流限压充电电路中的基准参考电流换算模块调整电流/充电功率换算比例逐渐减小，换算得到的基准参考电流信号相应减小，在恒流限压充电控制电路的控制下，使得可变恒流限压充电电路充电输出端的充电电流逐渐减小，进而太阳能电池的供电电流逐渐减小、供电电压逐渐增大，直至太阳能电池的供电电压介于最佳工作电压上限值和最佳工作电压下限值之间时，跳转执行步骤4；

6）在正向调节控制端输入高电平的状态下，可变恒流限压充电电路中的基准参考电流换算模块调整电流/充电功率换算比例逐渐增大，换算得到的基准参考电流信号相应增大，在恒流限压充电控制电路的控制下，使得可变恒流限压充电电路充电输出端的充电电流逐渐增大，进而太阳能电池的供电电流逐渐增大、供电电压逐渐减小，直至太阳能电池的供电电压介于最佳工作电压上限值和最佳工作电压下限值之间时，跳转执行步骤4；

7）在正向调节控制端和负向调节控制端均输入低电平的状态下，可变恒流限压充电电路中的基准参考电流换算模块保持电流/充电功率换算比例不变，可变恒流限压充电电路停止对充电输出端充电电流大小的调整，由可变恒流限压充电电路中的恒流限压充电控制电路根据当前的电流差值信号和电压差值信号进行恒流限压充电过程的控制。

通过上述流程可以看到，以太阳能电池作为供电电源，采用太阳能电池充电控制器对蓄电池进行充电的过程中：如果太阳能电池的供电电压介于预设定的最佳工作电压上限值和最佳工作电压下限值之间，可变恒流限压充电电路不会对充电输出端充电电流大小进行调整，由可变恒流限压充电电路中的恒流限压充电控制电路直接根据当前的电流差值信号和电压差值信号进行恒流限压充电过程的控制；而当太阳能电池的供电电压小于太阳能电池充电控制器中预设定的最佳工作电压下限值时，由于第二电压比较器的正极输入端电压高于负极输入端电压，第二电压比较器的比较电平输出端输出高电平至可变恒流限压充电电路的负向调节控制端，因此可变恒流限压充电电路中的基准参考电流换算模块调整电流/充电功率换算比例逐渐减小，使得可变恒流限压充电电路充电输出端的充电电流逐渐减小，进而太阳能电池的供电电流逐渐减小、供电电压逐渐增大，直至太阳能电池的供电电压介于最佳工作电压上限值和最佳工作电压下限值之间时，第二电压比较器的比较电平输出端不再输出高电平，基准参考电流换算模块保持电流/充电功率换算比例不变，可变恒流限压充电电路停止对充电输出端充电电流大小的调整，进行恒流限压充电过程的控制；当太阳能电池的供电电压大于太阳能电池充电控制器中预设定的最佳工作电压上限值时，由于第一电压比较器的正极输入端电压高于负极输入端电压，第一电压比较器的比较电平输出端输出高电平至可变恒流限压充电电路的正向调节控制端，因此可变恒流限压充电电路中的基准参考电流换算模块调整电流/充电功率换算比例逐渐增大，使得可变恒流限压充电电路充电输出端的充电电流逐渐增大，进而太阳能电池的供电电流逐渐增大、供电电压逐渐减小，直至太阳能电池的供电电压介于最佳工作电压上限值和最佳工作电压下限值之间时，第一电压比较器的比较电平输出端不再输出高电平，基准参考电流换算模块保持电流/充电功率换算比例不变，可变恒流限压充电电路停止对充电输出端充电电流大小的调整，进行恒流限压充电过程的控制。也就是说，在对蓄电池进行充电的初始阶段，无论太阳能电池的供电电压是否在预设定的最佳工作电压上限值和最佳工作电压下限值之间，经过太阳能电池充电控制器对充电电流的自适应调整控制，始终能够将太阳能电池的供电电压调整在最佳工作电压上限值和最佳工作电压下限值之间，在这样的工作电压状态下对蓄电池进行恒流限压充电，则能够让太阳能电池的供电功率始终保持在其光照强度条件下的最大功率点上，实现了对太阳能电池的最大功率点跟踪，从而有效提高了太阳能利用率。

由此可见，本发明太阳能电池充电控制器及其充电控制方法，一方面解决了现有充电器采用太阳能电池作为供电电源进行充电所造成的能源浪费的问题，另一方面解决了现有充电器采用太阳能电池作为供电电源存在的太阳能利用率低的问题，有效解决了现有技术中的充电器在太阳能电池供电应用上的两大受限因素。因此，本发明太阳能电池充电控制器及其充电控制方法能够很好地应用于太阳能电池供电技术中，帮助推动太阳能电池供电应用技术的发展。

在具体的应用实施层面上，本发明的太阳能电池充电控制器中，太阳能电池供电输入接口电路、充电输出接口电路、电压检测电路、电压比较器（包括第一电压比较器和第二电压比较器）以及可变恒流限压充电电路中的恒流限压充电控制电路、输出电流检测电路、输出电压检测电路、电流误差比较器、电压误差比较器、输入功率检测电路等，均为现有技术中成熟的电路单元或可市购获得的模块化电路产品。而对于基准参考电流换算模块，本领域技术人员可采用可编程逻辑器件、单片机、ARM处理器等逻辑运算功能模块，进行简单的换算运算编程得以实现，其自身实现也属于现有的成熟技术。因此对于本领域技术人员而言，本发明的太阳能电池充电控制器的实现技术非常简单，可以很快应用于工业化设计和生产。具体应用时，基准参考电流换算模块中根据输入电源的功率换算得到相应比例的基准参考电流信号的具体换算方式，本领域技术人员可以根据不同的具体应用环境进行调整；例如，若基准参考电流为I₀，输入电源的功率为W_in，电流/充电功率换算比例为k，则基准参考电流换算方式可设计为I₀=k×W_in，根据正向调节控制端和负向调节控制端输入的电平状态调整电流/充电功率换算比例k的大小即可调整基准参考电流为I₀的大小，进而在恒流限压充电控制电路的控制下调整可变恒流限压充电电路充电输出端充电电流的大小。此外，在前述基准参考电流换算方式的基础上，还可以增设电流最大门限值I_max，若k×W_in的值未超过电流最大门限值I_max，则以I₀=k×W_in输出基准参考电流信号，若k×W_in的值已经超过了电流最大门限值I_max，则以I₀=I_max输出基准参考电流信号，等等。当然，从蓄电池充电器的充电原理不难看出，本发明太阳能电池充电控制器的可变恒流限压充电电路中，基准参考电流换算模块预设的电流/充电功率换算比例的取值大小，需要根据实际应用经验或者根据对整个充电电路的阻抗分析结果进行确定，以保证基准参考电流换算模块按照该电流/充电功率换算比例换算确定基准参考电流以后，恒流限压充电控制电路将输入电源功率进行转换并以恒定的基准参考电流对蓄电池进行充电时，其充电电压应该大于蓄电池的即时电压，从而确保充电的顺利进行。另一方面，基准参考电流换算模块根据正向调节控制端和负向调节控制端输入的电平状态调整电流/充电功率换算比例大小的具体方式也可以是多样的，例如可以采用每单位时间呈倍数增大/减小的调整方式，或者采用每单位时间等值增大/减小的调整方式，或者根据实际的输入功率大小采用每单位时间控制基准参考电流信号线性增大/减小的调整方式，等；而具体采用何种调整方式，需要根据实际的应用环境而确定。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (1)

1.一种太阳能电池充电控制方法，其特征在于，该方法具体包括如下步骤：

1）采用太阳能电池充电控制器，将太阳能电池的供电输出端连接至太阳能电池充电控制器的太阳能电池供电输入接口电路，将作为充电对象的蓄电池连接至太阳能电池充电控制器的充电输出接口电路，由太阳能电池将太阳能转换为电能后，经过太阳能电池充电控制器控制对蓄电池进行恒流限压充电；

所述太阳能电池充电控制器包括太阳能电池供电输入接口电路、充电输出接口电路、电压检测电路、第一电压比较器、第二电压比较器和可变恒流限压充电电路；所述太阳能电池供电输入接口电路、充电输出接口电路分别与可变恒流限压充电电路的电源输入端和充电输出端电连接；其中，太阳能电池供电输入接口电路用于连接太阳能电池的供电输出端，充电输出接口电路用于连接作为充电对象的蓄电池；所述可变恒流限压充电电路具有正向调节控制端和负向调节控制端，用于根据正向调节控制端和负向调节控制端输入的电平状态调整充电输出端的充电电流大小，进行恒流限压充电过程的控制；其中，当正向调节控制端输入高电平时，可变恒流限压充电电路调整充电输出端的充电电流逐渐增大；当负向调节控制端输入高电平时，可变恒流限压充电电路调整充电输出端的充电电流逐渐减小；当正向调节控制端和负向调节控制端均输入低电平时，可变恒流限压充电电路停止对充电电流的调整；所述电压检测电路的检测端并联在太阳能电池供电输入接口电路的供电输入端，电压检测电路的检测信号输出端电连接至第一电压比较器的正极输入端和第二电压比较器的负极输入端，用于检测太阳能电池的供电电压，并将太阳能电池的供电电压分别传送至第一电压比较器的正极输入端和第二电压比较器的负极输入端；所述第一电压比较器的负极输入端电连接预设定的最佳工作电压上限值，第一电压比较器的比较电平输出端电连接至可变恒流限压充电电路的正向调节控制端，用于将太阳能电池的供电电压与预设定的最佳工作电压上限值进行比较，并将比较输出电平传送至可变恒流限压充电电路的正向调节控制端；所述第二电压比较器的正极输入端电连接至预设定的最佳工作电压下限值，第二电压比较器的比较电平输出端电连接至可变恒流限压充电电路的负向调节控制端，用于将预设定的最佳工作电压下限值与太阳能电池的供电电压进行比较，并将比较输出电平传送至可变恒流限压充电电路的负向调节控制端；

所述可变恒流限压充电电路具体为：包括恒流限压充电控制电路、输入功率检测电路、输出电流检测电路、输出电压检测电路、电流误差比较器、电压误差比较器和基准参考电流换算模块；所述恒流限压充电控制电路的电源输入端和充电输出端分别作为可变恒流限压充电电路的电源输入端和充电输出端；输入功率检测电路的检测端电连接在恒流限压充电控制电路的电源输入端，输入功率检测电路的信号输出端电连接至基准参考电流换算模块的功率数据输入端，用于检测输入电源的功率并传送至基准参考电流换算模块；输出电流检测电路串联在恒流限压充电控制电路的充电输出端，输出电流检测电路的信号输出端电连接至电流误差比较器的比较输入端，用于检测恒流限压充电控制电路输出的充电电流并传送至电流误差比较器进行比较；输出电压检测电路的检测端并联在恒流限压充电控制电路的充电输出端，输出电压检测电路的信号输出端电连接至电压误差比较器的比较输入端，用于检测恒流限压充电控制电路输出的充电电压并传送至电压误差比较器进行比较；基准参考电流换算模块为预设有电流/充电功率换算比例的逻辑运算功能模块，用于按照所述电流/充电功率换算比例，根据输入电源的功率换算得到相应比例的基准参考电流信号，并传输至电流误差比较器的基准输入端；且基准参考电流换算模块设有正向调节控制端和负向调节控制端，能够根据正向调节控制端和负向调节控制端输入的电平状态调整电流/充电功率换算比例的大小；其中，当正向调节控制端输入高电平时，基准参考电流换算模块调整电流/充电功率换算比例逐渐增大；当负向调节控制端输入高电平时，基准参考电流换算模块调整电流/充电功率换算比例逐渐减小；当正向调节控制端和负向调节控制端均输入低电平时，基准参考电流换算模块保持电流/充电功率换算比例不变；所述基准参考电流换算模块的正向调节控制端和负向调节控制端分别作为可变恒流限压充电电路的正向调节控制端和负向调节控制端；电流误差比较器的比较信号输出端电连接至恒流限压充电控制电路的控制参数输入端，用于将输出的充电电流与基准参考电流进行比较，并将比较得到的电流差值信号传送至恒流限压充电控制电路；电压误差比较器的基准输入端电连接预设定的内部基准参考电压，电压误差比较器的比较信号输出端电连接至恒流限压充电控制电路的控制参数输入端，用于将输出的充电电压与内部基准参考电压进行比较，并将比较得到的电压差值信号传送至恒流限压充电控制电路；恒流限压充电控制电路用于根据电流差值信号和电压差值信号进行恒流限压充电过程的控制；

当太阳能电池的供电电压小于太阳能电池充电控制器中预设定的最佳工作电压下限值时，执行步骤2；

当太阳能电池的供电电压大于太阳能电池充电控制器中预设定的最佳工作电压上限值时，执行步骤3；

当太阳能电池的供电电压介于预设定的最佳工作电压上限值和最佳工作电压下限值之间时，执行步骤4；

2）第一电压比较器的比较电平输出端输出低电平至可变恒流限压充电电路的正向调节控制端，第二电压比较器的比较电平输出端输出高电平至可变恒流限压充电电路的负向调节控制端；然后执行步骤5；

3）第一电压比较器的比较电平输出端输出高电平至可变恒流限压充电电路的正向调节控制端，第二电压比较器的比较电平输出端输出低电平至可变恒流限压充电电路的负向调节控制端；然后执行步骤6；

4）第一电压比较器的比较电平输出端输出低电平至可变恒流限压充电电路的正向调节控制端，第二电压比较器的比较电平输出端输出低电平至可变恒流限压充电电路的负向调节控制端；然后执行步骤7；

5）在负向调节控制端输入高电平的状态下，可变恒流限压充电电路中的基准参考电流换算模块调整电流/充电功率换算比例逐渐减小，换算得到的基准参考电流信号相应减小，在恒流限压充电控制电路的控制下，使得可变恒流限压充电电路充电输出端的充电电流逐渐减小，进而太阳能电池的供电电流逐渐减小、供电电压逐渐增大，直至太阳能电池的供电电压介于最佳工作电压上限值和最佳工作电压下限值之间时，跳转执行步骤4；

6）在正向调节控制端输入高电平的状态下，可变恒流限压充电电路中的基准参考电流换算模块调整电流/充电功率换算比例逐渐增大，换算得到的基准参考电流信号相应增大，在恒流限压充电控制电路的控制下，使得可变恒流限压充电电路充电输出端的充电电流逐渐增大，进而太阳能电池的供电电流逐渐增大、供电电压逐渐减小，直至太阳能电池的供电电压介于最佳工作电压上限值和最佳工作电压下限值之间时，跳转执行步骤4；

7）在正向调节控制端和负向调节控制端均输入低电平的状态下，可变恒流限压充电电路中的基准参考电流换算模块保持电流/充电功率换算比例不变，可变恒流限压充电电路停止对充电输出端充电电流大小的调整，由可变恒流限压充电电路中的恒流限压充电控制电路根据当前的电流差值信号和电压差值信号进行恒流限压充电过程的控制。