CN104716694B - 一种基于太阳电池的电源补偿装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于太阳电池的电源补偿装置，充电装置与控制电路或者集成在用电器内的电源控制系统连接；所述充电装置为太阳电池。其方法包括以下步骤：充电装置连接至用电器电源接口，用电器通过微处理器对充电装置的输出进行电压‑电流扫描，当检测的开路电压值与设定电压值作差的绝对值小于阈值时，则微处理器给予开关电源控制器控制信号，使开关电源控制器控制开关电源将充电装置输出电压以设定电压输出至开关电源，开关电源以固定电压值为用电器储电装置充电。本发明的装置使用薄膜电池作为电源的装置，并且可以输出稳定电压对用电器充电，广泛用于不同的用电器。

Description

一种基于太阳电池的电源补偿装置和方法

技术领域

本发明涉及一种将太阳能转换成电能对用电器电源进行补偿的装置和方法。特别是使用太阳电池产生电能，使用集成电路或软件进行用电器电源管理，使得用电器电池使用时间增加的装置和方法。

背景技术

太阳电池是一种将太阳能转换为电能的装置，光子入射太阳电池时产生电子-空穴对，电子空穴被分离后分别导出到太阳电池的正负电极上产生电压。

使用太阳电池为便携装置补充电能是当前太阳电池的众多应用领域之一，可以使移动终端在更长的使用周期中摆脱对外界电网的依赖。

目前太阳能充电装置需要使用外置的控制电路对太阳电池板输出的电压进行控制，以满足用电器充电过程对电源的要求，如电压值、电流值、电压波动等。外置控制电路的使用会导致系统复杂程度的增加，这使得太阳电池与用电器的结合变得困难，特别是当前电子设备小型化的趋势日益明显，这也使得控制电路作为一个独立的装置在当前系统结合中变得难以实现。

发明内容

本发明目的是提供一种使用广泛、结构简单并且能够安全充电的装置和方法，以克服上述电池管理系统的缺陷。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：一种基于太阳电池的电源补偿装置，充电装置与控制电路或者集成在用电器内的电源控制系统连接；所述充电装置为太阳电池。

所述太阳电池为单晶硅片电池、多晶硅片电池或者薄膜电池。

所述充电装置通过连接线以及连接线设置的插头与集成在用电器内的电源控制系统连接。

所述充电装置设置于用电器的保护套或外壳上。

所述插头设置于用电器的保护套内表面，并且与用电器电源接口的位置对应。

所述控制电路输入端与充电装置输出端与连接，控制电路输出端与用电器的电源接口连接；所述控制电路用于将充电装置输出的电压控制在设定范围内给用电器充电。

一种基于太阳电池的电源补偿方法，包括以下步骤：

充电装置连接至用电器电源接口，用电器通过微处理器对充电装置的输出进行电压-电流扫描，当检测的开路电压值与设定电压值作差的绝对值小于阈值时，则微处理器给予开关电源控制器控制信号，使开关电源控制器控制开关电源将充电装置输出电压以设定电压输出至开关电源，开关电源以固定电压值为用电器储电装置充电。

所述设定电压通过以下方式得到：用电器内的微处理器监测充电装置的输出电压和电流，并得到当前太阳电池的最大功率点，最大功率点对应的电压为设定电压。

如果用电器自身不能对发电装置的输出进行电压-电流扫描，充电装置通过控制电路给用电器充电；

当控制电路所检测的充电装置输出电压在阈值范围内，则输出电压给用电器。

本发明具有以下有益效果及优点：

1.本发明的装置与现有技术相比，特点在于使用太阳电池，尤其是薄膜电池作为电源的装置。

2.本发明的装置结构简单，安全方便，便于携带。

3.本发明使用范围广，保证用电器的安全充电，延长用电器电源的使用寿命。

4.本发明避免为太阳能电池配制单独的控制电路，使用软件和用电器的电源控制器使得器件变得简洁。

附图说明

图1为本发明的太阳能用电器电源补偿装置模块示意图一；

图2为本发明的太阳能用电器电源补偿装置模块示意图二；

图3为与手机外壳结合的太阳能电源补偿装置结构示意图；

图4为图3的俯视图；

图5为太阳能电池背面示意图；

图6为太阳能电池正面示意图；

图7为太阳能电池侧面示意图；

图8本发明的控制方法流程图一；

图9本发明的控制方法流程图二；

其中，1充电装置，2用电器，其中21微处理器，22开关电源控制器，23开关电源，24用电器储能装置，3控制软件，4控制电路。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明做进一步的详细说明。

本发明公开一种将太阳能转换成电能对用电器电源进行补偿的技术。使用太阳电池作为能量来源，根据用电器不同选用不同的控制电路或控制软件对太阳发电装置的电源输出进行控制。

本装置由太阳电池、连接线缆以及与用电器匹配的电源插头组成。所述太阳电池可以是单晶、多晶硅片电池或者薄膜电池。薄膜电池包括非晶、微晶硅薄膜电池或者微晶/非晶硅双叠层电池或者非晶/微晶/微晶硅、非晶/非晶硅锗/微晶硅三结电池或者碲化镉、铜铟镓硒薄膜电池或者染料敏化、有机太阳电池等。

如图1所示，根据用电器功能的不同，充电装置1可以为独立的装置或者设置于用电器2的保护套或外壳上。例如用电器为手机、电脑等可以安装软件的智能处理系统时，充电装置1可以直接与用电器相连。集成在用电器中的电源控制系统包括顺序连接的微处理器21、开关电源控制器22、开关电源23、储能装置24（蓄电池），开关电源23的电源输入端为电源接口，该输入端与微处理器21连接，用于进行输入电压-电流的扫描。

充电装置1连接至用电器2电源接口，用电器2通过微处理器21对充电装置1的输出进行电压-电流扫描，当检测的开路电压值与设定电压值作差的绝对值小于阈值时，则微处理器21给予开关电源控制器22控制信号，使开关电源控制器22控制开关电源23将充电装置1输出电压以设定电压输出至开关电源23，开关电源以固定电压值为用电器储电装置24充电。设定电压通过以下方式得到：用电器2内的微处理器监测充电装置1的输出电压和电流，并得到当前太阳电池的最大功率点，此时最大功率点对应的电压为设定电压。

充电控制软件可以是集成于用电器操作软件之中的电源控制软件，或者是在用电器操作软件平台上运行的电源控制软件。用于避免用电器电源向发电装置倒流，同时控制用电器使用内置电源或者使用充电装置作为电源、或者使用充电装置对内置电源进行充电。

如图2所示，根据用电器功能的不同，例如用电器为汽车电池等不能安装软件的非智能处理系统时，充电装置1可以通过充电控制电路4使输入电压满足用电器的充电需求。充电控制电路为一集成模拟电路，用于控制太阳能发电装置的输出电压，避免用电器电源向发电装置倒流。

该技术可以用于多种领域，如便携式电子设备、野外测量、通讯，汽车电池、气泵、充电器，野营用品等。本装置可以集成在手机、平板电脑、笔记本电脑的保护套之中，为移动设备的电源充电，符合用户使用习惯。充电装置1可以安装在汽车顶部，为汽车蓄电池或者电动、混合动力汽车的电池充电。本装置可以是柔性的，可以设计成平板式、折叠式、可打开的扇形或者碟形。带有控制电路的充电装置1可以组装成为一种通用的便携式太阳能电力补偿装置，通过使用不同的接头与各种用电器连接。

1.将充电装置1集成在小型电子产品(如手机、平板电脑、笔记本电脑)的外壳之中，连接充电装置1的输出接头集成在外壳之中，输出接头与用电器保持连通。在用电器中安装电源控制软件，软件可以实时监测用电器电源接口的状态，当太阳电池的输出满足充电要求时软件控制充电装置对用电器电池进行充电以延长其电池的使用时间。

2.将充电装置1安装在柔软蒙皮之中，蒙皮可以固定在交通工具(如汽车、飞行器)表面，充电装置1的输出接头连接电源控制输出电路，控制电路的输出电压为稳定值，当充电装置1的输出满足充电要求时，控制电路连通为用电器的电池充电以延长其使用时间。

电源补偿方法包括以下步骤：

如图8所示，充电装置1连接至用电器2的电源接口；控制软件3通过微处理器对充电装置1输出进行电压-电流扫描，当检测的开路电压值与设定电压值作差的绝对值小于阈值时，则认为有阳光，控制软件3通过微处理器21给予开关电源控制器22控制信号，使开关电源控制器22控制开关电源23将充电装置1输出电压控制在稳定数值。该数值根据当前太阳电池的最大功率点而定。为用电器储电装置24充电。

如图9所示，当用电器无法支持控制软件3的情况下，充电装置1通过控制电路4与用电器储电装置24连接。使用控制电路进行电源管理的方法流程如下：当输入控制电路电压在要求范围之内时，控制电路输出稳定的工作电压，输入电压要求在4.75-23V之内皆可，输出电压在1-15V范围内可调。

实施例1：

如图3～图7所示，与手机保护套结合的太阳能电力补偿装置设计如下：使用活页式手机套，在活页外表面上分别固定两片双结硅薄膜太阳电池组件，组件为五个子电池串联结构，可以使充电装置的电压达到5.5V以上。使用的两个电池组件的尺寸分别为57×93mm和57×100mm，两个组件并联连接到输出插头，当使用的太阳电池光电转换效率为12%时，输出电流可以达到260mA。输出插头固定在手机套活页中部，可以直接插入手机充电插口，并且可以保持插入时手机套不影响手机的正常使用。手机中的充电管理软件可以实时监测手机插头的状态，当外界光强满足充电要求时使用发电装置为手机电池充电。

实施例2：

如图3～图7所示，与手机保护套结合的太阳能电力补偿装置设计如下：使用活页式手机套，在活页外表面上分别固定两片硅片太阳电池组件，组件为十个子电池串联结构，可以使充电装置的电压达到5.5V以上。使用的两个电池组件的尺寸分别为57×93mm和57×100mm，两个组件并联连接到输出插头，当使用的太阳电池光电转换效率为20%时，输出电流可以达到440mA。输出插头固定在手机套活页中部，可以直接插入手机充电插口，并且可以保持插入时手机套不影响手机的正常使用。手机中的充电管理软件可以实时监测手机插头的状态，当外界光强满足充电要求时使用发电装置为手机电池充电。

实施例3：

与平板电脑保护套结合的太阳能电力补偿装置设计如下：使用活页式保护套，在活页外表面上分别固定两片硅片太阳电池组件，组件为十个子电池串联结构，可以使充电装置的电压达到5.5V以上。使用的两个电池组件的尺寸均为183×235mm，两个组件并联连接到输出插头，当使用的太阳电池光电转换效率为20%时，输出电流可以达到1.5A。输出插头固定在保护套底部，可以直接插入平板电脑充电插口，并且可以保持插入时保护套不影响平板电脑的正常使用。平板电脑中的充电管理软件可以实时监测插头的状态，当外界光强满足充电要求时使用充电装置为平板电脑电池充电。

实施例4：

用于汽车的太阳能电力补偿装置设计如下：使用封装的双结硅薄膜太阳电池组件，组件为十个子电池串联结构，可以使充电装置的电压达到13V以上。使用的电池组件的尺寸为1000×1000mm，组件连接到输出插头，当使用的双结硅薄膜太阳电池光电转换效率为12%时，输出电流可以达到9.2A。输出插头连接控制电路，控制电路监测发电装置输出电压，当外界光强满足充电要求时使用发电装置为汽车蓄电池或者电动汽车的电池充电。

实施例5：

通用的太阳能电力补偿装置设计如下：使用单晶硅太阳电池组件的尺寸为100×300mm，子组件为十个子电池串联结构，可以使充电装置的输出电压达到5.5V以上，五个子组件并行连接到输出接头上，当使用的单晶硅太阳电池光电转换效率为20%时，输出电流可以达到1.1A。输出插头连接控制电路，控制电路监测充电装置输出电压，当外界光强满足充电要求时接通电路使得输出插头具有充电电压，为其连接的用电器充电。子组件固定在柔性（可折叠）基板上，使得组件装置可以折叠，减小携带尺寸。

Claims (1)

1.一种基于太阳电池的电源补偿装置的方法，其特征在于包括以下步骤：

充电装置(1)与集成在用电器内的电源控制系统连接；所述电源控制系统包括顺序连接的微处理器(21)、开关电源控制器(22)、开关电源(23)、用电器储电装置(24)，开关电源(23)的电源输入端为用电器电源接口，该输入端与微处理器(21)连接，用于进行输入电压-电流的扫描；所述充电装置(1)为太阳电池，设置于用电器(2)的保护套或外壳上；通过连接线以及连接线设置的插头与集成在用电器内的电源控制系统连接；

充电装置(1)连接至用电器(2)电源接口，用电器(2)通过微处理器(21)对充电装置(1)的输出进行电压-电流扫描，当检测的充电装置的开路电压值与设定电压值作差的绝对值小于第一阈值时，充电装置(1)以设定电压输出至开关电源(23)，则微处理器(21)给予开关电源控制器(22)控制信号，开关电源以固定电压值为用电器储电装置(24)充电；

所述设定电压通过以下方式得到：用电器(2)内的微处理器(21)监测充电装置(1)的输出电压和电流，并得到当前太阳电池的最大功率点，最大功率点对应的电压为设定电压；

如果所述用电器自身不能对充电装置(1)的输出进行电压-电流扫描，充电装置(1)通过外部的控制电路(4)给用电器充电；

当控制电路(4)所检测的充电装置(1)输出电压在第二阈值范围内，则输出电压给用电器。