CN105940768A - 太阳能面板、源和负载之间的转换器 - Google Patents
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Abstract
一种系统，包括太阳能电路（2），耦合电路（1），转换器电路（5），源电路（3）和负载电路（4），其中耦合电路（1）在第一、充电模式中将太阳能电路（2）经由转换器电路（5）耦合到源电路（3）并且在第二、馈给模式中将源电路（3）经由转换器电路（5）耦合到负载电路（4）。通过转换器电路（5）的功率流在两种模式中具有相同的方向。在第一模式中，将充电电流从太阳能电路（2）经由转换器电路（5）引导到源电路（3）以用于为源电路（3）充电。在第二模式中，将馈给电流从源电路（3）经由转换器电路（5）引导到负载电路（4）以用于对负载电路（4）进行馈给。耦合电路（1）可以包括第一开关（11）和第二开关（12）以及用于控制第一和第二开关（11,12）的控制电路（13‑21）。控制电路（13‑21）可以包括生成器（13,15）、比较器（14）、检测器（16,17,19）、管理器（18）和调整器（20）。
Description
技术领域
本发明涉及用于在第一模式中将太阳能电路耦合到源电路并且用于在第二模式中将源电路耦合到负载电路的耦合电路。本发明还涉及系统和方法。
这样的太阳能电路的示例是太阳能面板。这样的源电路的示例是可充电蓄电池。这样的负载电路的示例是灯。
背景技术
Kai
Sun, Li Zhang, Yan Xing, Josep M. Guerrero的文章“A
Distributed Control Strategy based on DC Bus Signaling for Modular Photovoltaic
Generation Systems with Battery Energy Storage”在其图2中公开了一种用于在第一模式中将太阳能电路经由第一转换器电路耦合到源电路并且用于在第二模式中将源电路经由第二转换器电路耦合到负载电路的耦合电路。换言之，该耦合电路不利地需要两个不同的转换器电路。
US
2009/0262523A1公开了一种由太阳能电池供电的发光二极管设备，其中存在分别用于从太阳能电池单元对可再充电电池单元充电和用于可再充电电池单元对LED光照元件放电的相应第一DC/DC转换器和第二DC/DC转换器。
FR2986602A1公开了两个转换器51和61，其中实际上对蓄电池4放电的转换器在两个转换器51和61之间选择性地切换。
发明内容
本发明的目的是提供一种改进的系统和改进的方法。
根据第一方面，提供了一种系统，包括太阳能电路（2），耦合电路（1），转换器电路（5），源电路（3）和负载电路（4），其中耦合电路（1）适用于在第一模式中将太阳能电路（2）经由转换器电路（5）耦合到源电路（3）并且适用于在第二模式中将源电路（3）经由转换器电路（5）耦合到负载电路（4），通过转换器电路（5）的功率流在两种模式中具有相同的方向。
该系统允许在第一（充电）模式中将太阳能电路耦合到源电路，并且允许在第二（馈给）模式中将源电路耦合到负载电路，在两种模式中经由同一个转换器电路。这是巨大的优点。
在两种模式中，通过转换器电路的功率流应当具有相同的方向：在第一模式中，第一功率流从太阳能电路去往源电路，并且在第二模式中第二功率流从源电路去往负载电路，每一次在相同的方向上通过转换器电路。作为结果，可以使用基本且普遍可用的转换器电路。这是另一巨大的优点。
所述文章，通过在其图1中使用八个不同的转换器电路并且通过在其图2中使用六个不同的转换器电路而强烈地指向远离使用同一个转换器电路。
作为结果，改进的系统将允许耦合太阳能电路、源电路和负载电路变得较不昂贵。这将允许这样的系统被更容易且更快速地引入，并且这将减少世界上所产生的CO2的量，这具有最巨大的重要性。另外，明显减少的组件计数将有助于可持续性。
转换器电路可以包括诸如例如升压转换器之类的一个转换器，或者可以包括以交错方式操作的两个或更多转换器，诸如例如在180°相移处操作的两个升压转换器或者在120°相移处操作的三个升压转换器等。太阳能电路可以包括一个或多个光伏面板或太阳能面板。源电路可以包括一个或多个可充电蓄电池。负载电路可以包括一个或多个灯，诸如发光二极管灯。一个或多个灯可以包括驱动器或者可以耦合到驱动器。负载电路还可以包括用于将灯耦合到耦合电路的总线。不排除其它种类的电路。
系统的一个实施例通过下述来限定：耦合电路在第一模式中将充电电流从太阳能电路经由转换器电路引导到源电路以用于为源电路充电并且在第二模式中将馈给电流从源电路经由转换器电路引导到负载电路以用于对负载电路进行馈给。同一个转换器电路用于引导充电电流和馈给电流二者。
系统的一个实施例通过充电电流和馈给电流是直流信号限定。通常，太阳能电路和源电路产生DC信号。在将DC信号转换成AC信号并且反之亦然时，能量效率降低。通过使用DC信号形式的充电电流和馈给电流，将达到良好的能量效率。
系统的一个实施例通过包括下述来限定：
– 第一开关，用于在第一模式中将太阳能电路的输出耦合到转换器电路的输入并且用于在第二模式中将源电路的端子耦合到转换器电路的输入，以及
– 第二开关，用于在第一模式中将转换器电路的输出耦合到源电路的端子并且用于在第二模式中将转换器电路的输出耦合到负载电路的输入。
第一和第二开关可以是任何种类的开关，诸如机械开关（低功率损失）和电子开关（长寿命）。通过转换器电路的功率流从转换器电路的输入去往转换器电路的输出。
系统的一个实施例通过包括下述来限定：
– 用于控制第一和第二开关的控制电路。
优选地，耦合电路包括用于控制第一和第二开关的控制电路，借此控制电路形成耦合电路的部分。
系统的一个实施例由下述来限定：控制电路包括用于向第一和第二开关提供第一和第二控制信号的第一生成器。优选地，相应的第一和第二开关经由相应的第一和第二控制信号控制。第一（第二）控制信号例如在第一模式中限定第一（第二）开关的第一开关接触件和主接触件连接，借此第一（第二）开关的第二开关接触件和主接触件断开。第一（第二）控制信号例如在第二模式中限定第一（第二）开关的第二开关接触件和主接触件连接，借此第一（第二）开关的第一开关接触件和主接触件断开。第一和第二控制信号可以是相同信号或者可以是不同信号。
系统的一个实施例由下述限定：控制电路包括用于将太阳能电路的输出电压与阈值进行比较并且用于响应于比较结果而限定第一和第二控制信号的比较器。阈值可以例如选择成等于太阳能电路的开路输出处的太阳能电路的最大输出电压的三分之一。在太阳能电路的输出电压大于阈值的情况下，耦合电路应当处于第一（充电）模式。在太阳能电路的输出电压小于阈值的情况下，耦合电路应当处于第二（馈给）模式。不排除其它阈值。
系统的一个实施例由下述限定：控制电路包括用于向转换器电路提供第三控制信号的第二生成器。优选地，转换器电路经由第三控制信号控制。第三控制信号例如限定转换器电路的脉冲宽度调制。
系统的一个实施例由下述限定：控制电路包括用于检测太阳能电路的输出电压和/或输出电流的第一检测器和/或用于检测源电路的端子电压和/或端子电流的第二检测器，并且控制电路包括用于在第一模式中响应于来自第一和/或第二检测器的一个或多个检测结果而限定第三控制信号的管理器。优选地，在第一模式中响应于太阳能电路的输出电压和/或输出电流和/或源电路的端子电压和/或端子电流而控制转换器电路。
系统的一个实施例由下述限定：第三控制信号在第一模式中限定充电参数。第一模式是充电模式。
系统的一个实施例由下述限定：控制电路包括用于检测供给到负载电路的输入电压的第三检测器，并且控制电路包括用于在第二模式中响应于来自第三检测器的检测结果而限定第三控制信号的调整器。优选地，在第二模式中响应于供给到负载电路的输入电压而控制转换器电路。供给到负载电路的输入电压等于转换器电路的输出电压。
系统的一个实施例由下述限定：第三控制信号在第二模式中限定馈给参数。第二模式是馈给模式。
根据第三方面，提供了一种方法，包括在第一模式中将太阳能电路经由转换器电路耦合到源电路的第一步骤，以及在第二模式中将源电路经由转换器电路耦合到负载电路的第二步骤，通过转换器电路的功率流在两种模式中具有相同方向。
基本思想是同一个转换器电路可以用于让太阳能电路为源电路充电并且用于让源电路对负载电路进行馈给。
提供改进的系统的问题已经得以解决。另外的优点是可以减少世界上产生的CO2的量。
本发明的这些和其它方面将从以下描述的实施例显现并且将参照以下描述的实施例进行阐述。
附图说明
在图中：
图1示出系统的一个实施例，以及
图2示出系统的另一实施例。
具体实施方式
提供了一种系统，包括太阳能电路、耦合电路、转换器电路、源电路和负载电路，其中
耦合电路适用于在第一模式中将太阳能电路经由转换器电路耦合到源电路并且用于在第二模式中将源电路经由转换器电路耦合到负载电路，通过转换器电路的功率流在两种模式中具有相同方向。
在图1中，示出系统的一个实施例。一般而言，耦合电路1布置用于在第一模式中将太阳能电路2经由转换器电路5耦合到源电路3并且用于在第二模式中将源电路3经由转换器电路5耦合到负载电路4。通过转换器电路5的功率流在两种模式中具有相同方向。耦合电路1在第一模式中以该特定次序将充电电流从太阳能电路2经由转换器电路5的输入和输出引导到源电路3以用于为源电路3充电。耦合电路1在第二模式中以该特定次序将馈给电流从源电路3经由转换器电路5的输入和输出引导到负载电路4以用于对负载电路4进行馈给。优选地，充电电流和馈给电流是直流信号或DC信号。
更特别地，根据示例性实施例，耦合电路1可以包括第一开关11，其具有耦合到转换器电路5的输入的主接触件并具有耦合到太阳能电路2的输出的第一开关接触件且具有耦合到源电路3的端子的第二开关接触件以用于在第一模式中将太阳能电路2的输出耦合到转换器电路5的输入并且用于在第二模式中将源电路3的端子耦合到转换器5的输入。并且耦合电路1可以包括第二开关12，其具有耦合到转换器电路5的输出的主接触件并具有耦合到源电路3的端子的第一开关接触件且具有耦合到负载电路4的输入的第二开关接触件以用于在第一模式中将转换器电路5的输出耦合到源电路3的端子并且用于在第二模式中将转换器电路5的输出耦合到负载电路4的输入。
太阳能电路2包括例如一个或多个光伏面板或太阳能面板。源电路3包括例如一个或多个可充电蓄电池。负载电路4包括例如一个或多个灯，诸如发光二极管灯。转换器电路5包括例如一个诸如例如升压转换器之类的转换器，或者包括例如以交错方式操作的两个或更多转换器，诸如例如在180°相移处操作的两个升压转换器或者在120°相移处操作的三个升压转换器等。
耦合电路1还可以包括用于控制第一和第二开关11、12的控制电路13-21。控制电路13-21可以包括用于向第一和第二开关11、12提供第一和第二控制信号的第一生成器13。控制电路13-21可以包括用于将太阳能电路2的输出电压与阈值进行比较并且用于响应于比较结果而限定第一和第二控制信号的比较器14。在太阳能电路2的输出电压大于阈值的情况下（第一模式或充电模式），比较器14向第一生成器13提供第一比较结果（第一固定信息）。作为响应，第一生成器13向第一和第二开关11、12提供第一和第二控制信号（例如逻辑零），使得在每一个开关11、12中主接触件连接到第一开关接触件。在太阳能电路2的输出电压小于阈值的情况下（第二模式或馈给模式），比较器14向第一生成器13提供第二比较结果（第二固定信息）。作为响应，第一生成器13向第一和第二开关11、12提供第一和第二控制信号（例如逻辑一），使得在每一个开关11、12中主接触件连接到第二开关接触件。在太阳能电路2的输出电压等于阈值的情况下，可以选择两个选项之一。
控制电路13-21可以包括用于向转换器电路5提供第三控制信号的第二生成器15。控制电路13-21可以包括用于检测太阳能电路2的输出电压和/或输出电流的第一检测器16和/或用于检测源电路3的端子电压和/或端子电流的第二检测器17。控制电路13-21可以包括用于在第一模式中响应于来自第一和/或第二检测器16、17的一个或多个检测结果而限定第三控制信号的管理器18。第三控制信号在第一模式中限定充电参数，诸如例如充电电流的幅度或充电电压的幅度或充电功率的量。
控制电路13-21可以包括用于检测供给到负载电路4的输入电压的第三检测器19。控制电路13-21可以包括用于在第二模式中响应于来自第三检测器19的检测结果而限定第三控制信号的调整器20。第三控制信号在第二模式中限定馈给参数，诸如例如馈给电流的幅度或馈给电压的幅度或馈给功率的量。
管理器18向选择器21的第一输入提供管理结果（第三变化信息），并且调整器19向选择器21的第二输入提供调整结果（第四变化信息）。选择器21经由来自比较器14的比较结果来控制并且在第一模式中将第一输入连接到其输出并且在第二模式中将第二输入连接到其输出。该输出耦合到第二生成器15的输入。第三控制信号例如限定转换器电路5的脉冲宽度调制以在第一模式中控制充电过程或者在第二模式中控制馈给过程。
管理器18例如执行针对太阳能电路2的最大功率点追踪和针对源电路3的蓄电池管理。调整器20例如执行针对转换器电路5和针对位于转换器电路5（在第二、馈给模式中）的输出与负载电路4的一个或多个灯之间的DC总线的DC总线调整。
可替换地，比较器14的输入可以耦合到第一检测器16的输出。可替换地，可以通过向管理器18和调整器19中的每一个给予经由比较结果控制的通/断状态而省去选择器21。可替换地，比较器18可以被光检测器取代：在检测到多于阈值量的光的情况下，选择第一、充电模式，并且在检测到少于阈值量的光的情况下，选择第二、馈给模式。可替换地，可以组合生成器13和15。可替换地，管理器18和调整器19可以组合成处理电路或者被处理电路取代，在该情况下比较器14、检测器16、17和19、选择器21和生成器13和15还可以经由该处理电路实现。在控制电路13-21中，每一个块可以划分成子块，并且两个或更多块可以组合成较大块等。一般地，第一和第二单元可以在没有处于其间的第三单元的情况下直接耦合或者可以经由第三单元间接耦合等。
耦合电路1布置用于在第一模式中将太阳能电路2经由转换器电路5耦合到源电路3的事实对应于在第一模式中将源电路3从负载电路4断开。耦合电路1布置用于在第二模式中将源电路3经由转换器电路5耦合到负载电路4的事实对应于在第二模式中将太阳能电路2从源电路3断开。第一和第二开关11和12二者通常同步地操作。
在图2中，示出系统100的实施例。系统100包括如在图1的方面中更加详细描述的耦合电路1并且还包括转换器电路5。太阳能电路2、源电路3和/或负载电路4也可以形成系统100的部分，或者不这样。
基本上，从早到晚，通常耦合电路1将处于第一、充电模式中。基本上，从黄昏到黎明，通常耦合电路1将处于第二、馈给模式中。这样，在白天期间，经由升压转换器耦合到太阳能面板的蓄电池可以由太阳能面板充电，并且在夜晚期间，经由相同升压转换器耦合到街灯的蓄电池可以对街灯进行馈给。这些街灯经由DC总线耦合到升压转换器蓄电池，以避免AC到AC转换和/或DC到AC转换。在耦合电路1处于第一（第二）模式的情况下，系统100将也在第一（第二）模式中。
总结来说，耦合电路1在第一、充电模式中将太阳能电路2经由转换器电路5耦合到源电路3并且在第二、馈给模式中将源电路3经由转换器电路5耦合到负载电路4。通过转换器电路5的功率流在两个模式中具有相同方向。在第一模式中，将充电电流从太阳能电路2经由转换器电路5引导到源电路3以用于为源电路3充电。在第二模式中，将馈给电流从源电路3经由转换器电路5引导到负载电路4以用于对负载电路4进行馈给。耦合电路1可以包括第一开关11和第二开关12以及用于控制第一和第二开关11、12的控制电路13-21。控制电路13-21可以包括生成器13、15、比较器14、检测器16、17、19、管理器18和调整器20。
虽然已经在附图和前述描述中详细图示和描述了本发明，但是这样的图示和描述要被视为是说明性或示例性的而非限制性的；本发明不限于所公开的实施例。本领域技术人员在实践所要求保护的发明时，通过研究附图、公开内容和随附权利要求，可以理解和实现对所公开的实施例的其它变型。在权利要求中，词语“包括”不排除其它元件或步骤，并且不定冠词“一”或“一个”不排除多个。在相互不同的从属权利要求中叙述某些措施的仅有事实不指示这些措施的组合不能用于获益。权利要求中的任何参考标记不应当解释为限制范围。
Claims (13)
1.一种系统，包括太阳能电路（2），耦合电路（1），转换器电路（5），源电路（3）和负载电路（4），其中
耦合电路（1）适用于在第一模式中将太阳能电路（2）经由转换器电路（5）耦合到源电路（3）并且用于在第二模式中将源电路（3）经由转换器电路（5）耦合到负载电路（4），通过转换器电路（5）的功率流在两种模式中具有相同的方向。
2.如权利要求1中所限定的系统，其中耦合电路（1）在第一模式中将充电电流从太阳能电路（2）经由转换器电路（5）引导到源电路（3）以用于为源电路（3）充电并且在第二模式中将馈给电流从源电路（3）经由转换器电路（5）引导到负载电路（4）以用于对负载电路（4）进行馈给。
3.如权利要求2中所限定的系统，其中充电电流和馈给电流是直流信号。
4.如权利要求1中所限定的系统，其中耦合电路（1）包括
– 第一开关（11），其用于在第一模式中将太阳能电路（2）的输出耦合到转换器电路（5）的输入并且用于在第二模式中将源电路（3）的端子耦合到转换器电路（5）的输入，以及
– 第二开关（12），其用于在第一模式中将转换器电路（5）的输出耦合到源电路（3）的端子并且用于在第二模式中将转换器电路（5）的输出耦合到负载电路（4）的输入。
5.如权利要求4中所限定的系统，其中耦合电路（1）包括
– 用于控制第一和第二开关（11,12）的控制电路（13-21）。
6.如权利要求5中所限定的系统，其中控制电路（13-21）包括用于向第一和第二开关（11,12）提供第一和第二控制信号的第一生成器（13）。
7.如权利要求6中所限定的系统，其中控制电路（13-21）包括用于将太阳能电路（2）的输出电压与阈值进行比较并且用于响应于比较结果而限定第一和第二控制信号的比较器（14）。
8.如权利要求5中所限定的系统，其中控制电路（13-21）包括用于向转换器电路（5）提供第三控制信号的第二生成器（15）。
9.如权利要求8中所限定的系统，其中控制电路（13-21）包括用于检测太阳能电路（2）的输出电压和/或输出电流的第一检测器（16），和/或用于检测源电路（3）的端子电压和/或端子电流的第二检测器（17），并且控制电路（13-21）包括用于在第一模式中响应于来自第一和/或第二检测器（16,17）的一个或多个检测结果而限定第三控制信号的管理器（18）。
10.如权利要求9中所限定的系统，其中第三控制信号在第一模式中限定充电参数。
11.如权利要求8中所限定的系统，其中控制电路（13-21）包括用于检测供给到负载电路（4）的输入电压的第三检测器（19），并且控制电路（13-21）包括用于在第二模式中响应于来自第三检测器（19）的检测结果而限定第三控制信号的调整器（20）。
12.如权利要求11中所限定的系统，其中第三控制信号在第二模式中限定馈给参数。
13.一种方法，包括在第一模式中将太阳能电路（2）经由转换器电路（5）耦合到源电路（3）的第一步骤以及在第二模式中将源电路（3）经由转换器电路（5）耦合到负载电路（4）的第二步骤，通过转换器电路（5）的功率流在两种模式中具有相同的方向。
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