CN106655445A - 混合动力汽车的光伏充电系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种混合动力汽车的光伏充电系统及其控制方法，系统包括：启动电池和动力电池；包括N个太阳能电池的太阳能电池板；串并联切换电路，用于控制N个太阳能电池以并联方式或串联方式连接；第一电压采集电路，用于采集启动电池的电压；第二电压采集电路，用于采集动力电池的电压；第一充电电路；第二充电电路；控制芯片，用于根据启动电池的电压和动力电池的电压控制串并联切换电路，并控制第一充电电路以使太阳能电池板通过第一充电电路向启动电池充电，以及控制第二充电电路以使太阳能电池板通过第二充电电路向动力电池充电；电源电路。由此，通过光伏充电系统给启动电池和动力电池进行合理充电，降低油耗，减少动力电池的充电频率。

Description

混合动力汽车的光伏充电系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及电动汽车技术领域，特别涉及一种混合动力汽车的光伏充电系统以及一种混合动力汽车的光伏充电系统的控制方法。

背景技术

混合动力汽车通常包括两组电池，即启动电池和动力电池。相关技术的混合动力汽车通常采用整车发动机带动发电机发电以为启动电池充电。但是，其存在的缺点是，不仅增加油耗，而且汽车长时间不启动可能会使得启动电池的电压过低，进而导致整车不能启动的现象。

另外，相关技术的混合动力汽车通常采用外部专用充电机为动力电池充电，但是其存在的缺点是，对充电机规格要求较高，而且目前电动汽车充电站比较稀缺，从而充电不太便捷。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种利用太阳能为启动电池和动力电池进行充电的混合动力汽车的光伏充电系统。

本发明的另一个目的在于提出一种混合动力汽车的光伏充电系统的控制方法。

为达到上述目的，本发明一方面实施例提出了一种混合动力汽车的光伏充电系统，包括：启动电池和动力电池；太阳能电池板，所述太阳能电池板包括N个太阳能电池，N为大于1的整数；串并联切换电路，用于控制所述N个太阳能电池以并联方式或串联方式连接；第一电压采集电路，用于采集所述启动电池的电压；第二电压采集电路，用于采集所述动力电池的电压；第一充电电路；第二充电电路；控制芯片，所述控制芯片分别与所述串并联切换电路、所述第一电压采集电路、所述第二电压采集电路、所述第一充电电路和所述第二充电电路相连，所述控制芯片用于根据所述启动电池的电压和所述动力电池的电压控制所述串并联切换电路，并根据所述启动电池的电压和所述动力电池的电压控制所述第一充电电路以使所述太阳能电池板通过所述第一充电电路向所述启动电池充电，以及根据所述启动电池的电压和所述动力电池的电压控制所述第二充电电路以使所述太阳能电池板通过所述第二充电电路向所述动力电池充电；电源电路，用于将所述启动电池的电压转换为供电电压以为所述控制芯片供电。

根据本发明实施例提出的混合动力汽车的光伏充电系统，控制芯片根据启动电池的电压和动力电池的电压控制串并联切换电路，并根据启动电池的电压和动力电池的电压控制第一充电电路以使太阳能电池板通过第一充电电路向启动电池充电，以及根据启动电池的电压和动力电池的电压控制第二充电电路以使太阳能电池板通过第二充电电路向动力电池充电。由此，通过光伏充电系统给启动电池和动力电池进行合理充电，不仅降低了汽车油耗，避免了汽车长时间放置造成的启动电池亏电，而且减少了采用充电站对动力电池进行充电的频率，从而充分利用了太阳能电池板所发电量，提高了能源利用率，高效环保，同时提升了用户体验。

根据本发明的一些实施例，所述的混合动力汽车的光伏充电系统还包括：第三电压采集电路，用于采集所述太阳能电池板中任一个太阳能电池的电压，其中，所述控制芯片还用于根据采集的所述任一个太阳能电池的电压控制所述光伏充电系统休眠或唤醒。

根据本发明的一些实施例，在所述光伏充电系统被唤醒之后，所述控制芯片判断所述启动电池的电压是否小于第一预设电压；如果所述启动电池的电压小于所述第一预设电压，所述控制芯片则控制所述串并联切换电路以使所述N个太阳能电池以并联方式连接，并控制所述第一充电电路持续开通以使所述太阳能电池板以恒流充电方式向所述启动电池充电，同时控制所述第二充电电路关闭；如果所述启动电池的电压大于或等于所述第一预设电压，所述控制芯片则控制所述串并联切换电路以使所述N个太阳能电池以串联方式连接，并控制所述第二充电电路开通以使所述太阳能电池板向所述动力电池充电，同时控制所述第一充电电路关闭。

根据本发明的一些实施例，在所述太阳能电池板向所述动力电池充电的过程中，如果所述动力电池的电压大于第三预设电压，所述控制芯片则控制所述串并联切换电路以使所述N个太阳能电池以并联方式连接，并控制所述第一充电电路间歇开通以使所述太阳能电池板以PWM充电方式向所述启动电池充电，同时控制所述第二充电电路关闭；在所述太阳能电池板向所述动力电池充电以及所述太阳能电池板以PWM充电方式向所述启动电池充电的过程中，如果所述启动电池的电压小于所述第二预设电压，所述控制芯片则控制所述串并联切换电路以使所述N个太阳能电池以并联方式连接，并控制所述第一充电电路持续开通以使所述太阳能电池板以恒流充电方式向所述启动电池充电，同时控制所述第二充电电路关闭。

根据本发明的一些实施例，所述串并联切换电路包括N-1个开关单元和控制所述N-1个开关单元的主开关单元，其中，所述主开关单元包括第一三极管和第一电阻，所述第一三极管的发射极接低压地，所述第一三极管的基极与所述控制芯片的串并联切换控制端相连，所述第一三极管的集电极与所述第一电阻的一端相连，所述第一电阻的另一端与所述N-1个开关单元均相连；所述N-1个开关单元中的第i个开关单元包括第二三极管、第二电阻和双刀双掷继电器，所述第二三极管的基极与所述第一电阻的另一端相连，所述第二三极管的集电极通过所述第二电阻接所述低压地，所述双刀双掷继电器的线圈的一端与所述第二三极管的发射极相连，所述双刀双掷继电器的线圈的另一端与所述启动电池的正极相连，所述双刀双掷继电器的第一端与所述N个太阳能电池中第i个太阳能电池的正极相连，所述双刀双掷继电器的第二端与所述N个太阳能电池中第i+1个太阳能电池的正极相连，所述双刀双掷继电器的第三端悬空，所述双刀双掷继电器的第四端与所述第i个太阳能电池的负极相连，所述双刀双掷继电器的第五端与所述第i+1个太阳能电池的负极相连，所述双刀双掷继电器的第六端与所述第i+1个太阳能电池的正极相连，其中，所述第一端与所述第二端之间具有第一路径，所述第一端与所述第三端之间具有第二路径，所述第四端与所述第五端之间具有第三路径，所述第四端与所述第六端之间具有第四路径，i＝1、2、…、N-1。

根据本发明的一些实施例，所述启动电池的正极与所述太阳能电池板的正极相连，所述启动电池的负极接低压地，所述第一充电电路包括：并联的第一MOS管和第二MOS管，所述第一MOS管的源极与所述第二MOS的源极相连后与所述太阳能电池板的负极相连，所述第一MOS管的漏极与所述第二MOS的漏极相连后与所述低压地相连；第三电阻，所述第三电阻的一端与所述第一MOS管的栅极相连；第四电阻，所述第四电阻的一端与所述第三电阻的另一端相连，所述第四电阻的另一端与所述第二MOS管的栅极相连，所述第三电阻与所述第四电阻之间具有第一节点；驱动单元，所述驱动单元与所述第一节点和所述控制芯片的低压充电控制端相连，所述驱动单元用于驱动所述第一MOS管和第二MOS管同时开通或关断。

根据本发明的一些实施例，所述驱动单元包括：第一二极管，所述第一二极管的阳极与所述启动电池的正极相连；第五电阻，所述第五电阻的一端与所述第一二极管的阴极相连；第六电阻，所述第六电阻的一端与所述第五电阻的另一端相连，所述第六电阻与所述第五电阻之间具有第二节点；第三三极管，所述第三三极管的集电极与所述第六电阻的另一端相连，所述第三三级管的发射极接所述低压地，所述第三三级管的基极与所述控制芯片的低压充电控制端相连；第四三极管，所述第四三极管的发射极与所述二极管的阴极相连，所述第四三极管的基极与所述第二节点相连；第二二极管，所述第二二极管的阳极与所述第四三极管的集电极相连；第七电阻，所述第七电阻的一端与所述第二二极管的阴极相连；第八电阻，所述第八电阻的一端与所述第七电阻的另一端相连，所述第八电阻的另一端与所述太阳能电池板的负极相连，所述第七电阻与所述第八电阻之间具有第三节点；第五三极管，所述第五三极管的基极与所述第三节点相连，所述第五三极管的发射极与所述太阳能电池板的负极相连；第六三极管和第七三极管，所述第六三极管的集电极与所述第一二极管的阴极相连，所述第七三极管的集电极与所述第五三极管的发射极相连，所述第六三极管的基极与所述第七三极管的基极相连后与所述第五三极管的集电极相连，所述第六三极管的发射极与所述第七三极管的发射极相连后与所述第一节点相连；第九电阻，所述第九电阻并联在所述第六三极管的集电极与基极之间；第十电阻，所述第十电阻并联在所述第七三极管的集电极与发射极之间。

根据本发明的一些实施例，所述第一充电电路还包括，用于防止所述启动电池向所述太阳能电池反向充电的防反充单元，所述防反充单元包括：并联的第三MOS管和第四MOS管，所述第三MOS管和第四MOS管连接在所述第一MOS管和第二MOS管的漏极与所述低压地之间，所述第三MOS管的源极与所述第四MOS的源极相连后与所述低压地相连，所述第三MOS管的漏极与所述第四MOS的漏极相连后与所述第一MOS管和第二MOS管的漏极相连；第十一电阻，所述第十一电阻的一端与所述第三MOS管的栅极相连；第十二电阻，所述第十二电阻的一端与所述第十一电阻的另一端相连，所述第十二电阻的另一端与所述第四MOS管的栅极相连，所述第十一电阻与所述第十二电阻之间具有第四节点；第十三电阻，所述第十三电阻的一端与所述控制芯片的低压防反充端相连；第八三极管，所述第八三极管的基极与所述第十三电阻的另一端相连，所述第八三极管的发射极与所述低压地相连；第九三极管和第十三极管，所述第九三极管的集电极与所述第一二极管的阴极相连，所述第十三极管的集电极与所述第八三极管的发射极相连，所述第九三极管的基极与所述第十三极管的基极相连后与所述第八三极管的集电极相连，所述第九三极管的发射极与所述第十三极管的发射极相连后与所述第四节点相连；第十四电阻，所述第十四电阻并联在所述第九三极管的集电极与基极之间；第十五电阻，所述第十五电阻并联在所述第十三极管的集电极与发射极之间。

根据本发明的一些实施例，所述动力电池的正极与所述太阳能电池板的正极相连，所述动力电池的负极接高压地，所述第二充电电路包括：光电耦合器；第十六电阻，所述第十六电阻的一端与所述控制芯片的高压充电控制端相连；第十一三极管，所述第十一三极管的基极与所述第十六电阻的另一端相连，所述第十一三极管的发射极与所述启动电池的负极相连，所述第十一三极管的集电极与所述光电耦合器的第一输入端相连，其中，所述启动电池的负极接低压地；第十七电阻，所述第十七电阻的一端与所述启动电池的正极相连，所述第十七电阻的另一端与所述光电耦合器的第二输入端相连；第十八电阻，所述第十八电阻的一端接所述高压地；第十九电阻，所述第十九电阻的一端与所述第十八电阻的另一端相连，所述第十九电阻与所述第十八电阻之间具有第五节点，所述第五节点与所述光电耦合器的第一输出端相连；第五MOS管，所述第五MOS管的栅极与所述第十九电阻的另一端相连，所述第五MOS管的源极与所述高压地相连，所述第五MOS管的漏极与所述太阳能电池板的负极相连；第二十电阻，所述第二十电阻的一端与所述启动电池的正极相连，所述第二十电阻的另一端与所述光电耦合器的第二输出端相连。

根据本发明的一些实施例，所述第二电压采集电路包括：光耦芯片，所述光耦芯片包括发光二极管、第一光敏二极管和第二光敏二极管；第二十一电阻，所述第二十一电阻的一端与所述动力电池的正极相连，所述第二十一电阻的另一端与所述第一光敏二极管的阴极相连，其中，所述第一光敏二极管的阳极接所述高压地；第一比较器，所述第一比较器的负输入端与所述第二十一电阻的另一端相连，所述第一比较器的正输入端接所述高压地；第二十二电阻，所述第二十二电阻的一端与所述第一比较器的输出端相连，所述第二十二电阻的另一端与所述发光二极管的阴极相连，其中，所述发光二极管的阳极与所述电源电路相连；第一电容，所述第一电容的一端与所述第一比较器的负输入端相连，所述第一电容的另一端与所述第一比较器的输出端相连；第二比较器，所述第二比较器的负输入端与所述第二光敏二极管的阴极相连，所述第二比较器的正输入端与所述第二光敏二极管的阳极相连后与所述启动电池的负极相连，所述第二比较器的输出端与所述控制芯片的高压检测端相连，其中，所述启动电池的负极接低压地；第二十三电阻，所述第二十三电阻的一端与所述第二比较器的负输入端相连，所述第二十三电阻的另一端与所述第二比较器的输出端相连；第二电容，所述第二电容与所述第二十三电阻并联。

根据本发明的一些实施例，所述第一电压采集电路包括：第十二三极管，所述第十二三极管的基极与所述控制芯片的低压检测开关端相连，所述第十二三极管的发射极与所述启动电池的负极相连，其中，所述启动电池的负极接低压地；第二十四电阻，所述第二十四电阻的一端与所述第十二三极管的集电极相连；第十三三极管，所述第十三三极管的基极与所述第二十四电阻的另一端相连，所述第十三三极管的发射极与所述启动电池的正极相连；第二十五电阻，所述第二十五电阻的一端与所述第十三三极管的集电极相连；第二十六电阻，所述第二十六电阻的一端与所述第二十五电阻的另一端相连，第二十六电阻的另一端接所述低压地，所述第二十六电阻与所述第二十五电阻之间具有第六节点，所述第六节点与所述控制芯片的低压检测端相连。

根据本发明的一些实施例，所述第三电压采集电路包括：第十四三极管，所述第十四三极管的基极与所述控制芯片的太阳能检测开关端相连，所述第十四三极管的发射极接低压地；第二十七电阻，所述第二十七电阻的一端与所述第十四三极管的集电极相连；第十五三极管，所述第十五三极管的基极与所述第二十七电阻的另一端相连，所述第十五三极管的发射极与所述太阳能电池板的正极相连；第二十八电阻，所述第二十八电阻的一端与所述第十五三极管的集电极相连；第二十九电阻，所述第二十九电阻的一端与所述第二十八电阻的另一端相连，第二十九电阻的另一端接所述太阳能电池板的负极，所述第二十九电阻与所述第二十八电阻之间具有第七节点，所述第七节点与所述控制芯片的太阳能检测端相连。

为达到上述目的，本发明另一方面实施例提出了一种混合动力汽车的光伏充电系统的控制方法，光伏充电系统包括启动电池、动力电池、太阳能电池板、串并联切换电路、第一充电电路和第二充电电路，所述太阳能电池板包括N个太阳能电池，N为大于1的整数，所述串并联切换电路用于控制所述多组太阳能电池以并联方式或串联方式连接，所述方法包括以下步骤：采集所述启动电池的电压；采集所述动力电池的电压；根据所述启动电池的电压和所述动力电池的电压控制所述串并联切换电路，并根据所述启动电池的电压和所述动力电池的电压控制所述第一充电电路以使所述太阳能电池板通过所述第一充电电路向所述启动电池充电，以及根据所述启动电池的电压和所述动力电池的电压控制所述第二充电电路以使所述太阳能电池板通过所述第二充电电路向所述动力电池充电。

根据本发明实施例提出的混合动力汽车的光伏充电系统的控制方法，根据启动电池的电压和动力电池的电压控制串并联切换电路，并根据启动电池的电压和动力电池的电压控制第一充电电路以使太阳能电池板通过第一充电电路向启动电池充电，以及根据启动电池的电压和动力电池的电压控制第二充电电路以使太阳能电池板通过第二充电电路向动力电池充电。由此，通过光伏充电系统给启动电池和动力电池进行合理充电，不仅降低了汽车油耗，避免了汽车长时间放置造成的启动电池亏电，而且减少了采用充电站对动力电池进行充电的频率，从而充分利用了太阳能电池板所发电量，提高了能源利用率，高效环保，同时提升了用户体验。

根据本发明的一些实施例，所述的混合动力汽车的光伏充电系统的控制方法还包括：采集所述太阳能电池板中任一个太阳能电池的电压；根据采集的所述任一个太阳能电池的电压控制所述光伏充电系统休眠或唤醒。

根据本发明的一些实施例，根据所述启动电池的电压和所述动力电池的电压控制所述串并联切换电路，并根据所述启动电池的电压和所述动力电池的电压控制所述第一充电电路以使所述太阳能电池板通过所述第一充电电路向所述启动电池充电，以及根据所述启动电池的电压和所述动力电池的电压控制所述第二充电电路以使所述太阳能电池板通过所述第二充电电路向所述动力电池充电，具体包括：在所述光伏充电系统被唤醒之后，判断所述启动电池的电压是否小于第一预设电压；如果所述启动电池的电压小于所述第一预设电压，则控制所述串并联切换电路以使所述N个太阳能电池以并联方式连接，并控制所述第一充电电路持续开通以使所述太阳能电池板以恒流充电方式向所述启动电池充电，同时控制所述第二充电电路关闭；如果所述启动电池的电压大于或等于所述第一预设电压，则控制所述串并联切换电路以使所述N个太阳能电池以串联方式连接，并控制所述第二充电电路开通以使所述太阳能电池板向所述动力电池充电，同时控制所述第一充电电路关闭。

根据本发明的一些实施例，在所述太阳能电池板向所述动力电池充电的过程中，如果所述动力电池的电压大于第三预设电压，则控制所述串并联切换电路以使所述N个太阳能电池以并联方式连接，并控制所述第一充电电路间歇开通以使所述太阳能电池板以PWM充电方式向所述启动电池充电，同时控制所述第二充电电路关闭；在所述太阳能电池板向所述动力电池充电以及所述太阳能电池板以PWM充电方式向所述启动电池充电的过程中，如果所述启动电池的电压小于所述第二预设电压，则控制所述串并联切换电路以使所述N个太阳能电池以并联方式连接，并控制所述第一充电电路持续开通以使所述太阳能电池板以恒流充电方式向所述启动电池充电，同时控制所述第二充电电路关闭。

附图说明

图1是根据本发明实施例的混合动力汽车的光伏充电系统的方框示意图；

图2是根据本发明一个实施例的串并联切换控制的原理示意图；

图3是根据本发明一个实施例的控制芯片的电路原理图；

图4是根据本发明一个实施例的串并联切换电路的电路原理图；

图5是根据本发明一个实施例的第一充电电路的电路原理图；

图6是根据本发明一个实施例的第二充电电路的电路原理图；

图7是根据本发明一个实施例的第二电压采集电路的电路原理图；

图8是根据本发明一个实施例的光耦芯片的示意图；

图9是根据本发明一个实施例的第一电压采集电路的电路原理图；

图10是根据本发明一个实施例的第三电压采集电路的电路原理图；

图11是根据本发明一个实施例的电源电路的电路原理图；以及

图12是根据本发明实施例的混合动力汽车的光伏充电系统的控制方法的流程图。

附图标记：

启动电池10、动力电池20、太阳能电池板30、N个太阳能电池PV1-PVN、串并联切换电路40、第一电压采集电路50、第二电压采集电路51、第三电压采集电路52、第一充电电路60、第二充电电路61、控制芯片70和电源电路80；

N-1个开关单元41.1-41.N-1、主开关单元42、第一三极管Q1、第一电阻R1、低压地GND、第二三极管Q2、第二电阻R2、双刀双掷继电器KM和启动电池的正极VD；

第一MOS管M1、第二MOS管M2、太阳能电池板的负极PV-、第三电阻R3、第四电阻R4和驱动单元601；

第一二极管D1、第五电阻R5、第六电阻R6、第三三极管Q3、第四三极管Q4、第二二极管D2、第七电阻R7、第八电阻R8、第五三极管Q5、第六三极管Q6、第七三极管Q7、第九电阻R9和第十电阻R10；

防反充单元602、第三MOS管M3、第四MOS管M4、第十一电阻R11、第十二电阻R12、第十三电阻R13、第八三极管Q8、第九三极管Q9、第十三极管Q10、第十四电阻R14和第十五电阻R15；

动力电池的正极G-VD、高压地G-GND、光电耦合器U1、第十六电阻R16、第十一三极管Q11、第十七电阻R17、第十八电阻R18、第十九电阻R19、第五MOS管M5和第二十电阻R20；

光耦芯片U2、发光二极管LED、第一光敏二极管PD1、第二光敏二极管PD2、第二十一电阻R21、第一比较器LM1、第二十二电阻R22、第一电容C1、第二比较器LM2、第二十三电阻R23和第二电容C2；

第十二三极管Q12、第二十四电阻R24、第十三三极管Q13、第二十五电阻R25和第二十六电阻R26；

第十四三极管Q14、第二十七电阻R27、第十五三极管Q15、第二十八电阻R28和第二十九电阻R29；

开关型降压芯片U3、第四二极管D4和第五二极管D5。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面参考附图来描述本发明实施例提出的混合动力汽车的光伏充电系统以及混合动力汽车的光伏充电系统的控制方法。

本发明一方面实施例提出了一种混合动力汽车的光伏充电系统。

图1是根据本发明实施例的混合动力汽车的光伏充电系统的方框示意图。如图1所示，本发明实施例的混合动力汽车的光伏充电系统包括：启动电池10、动力电池20、太阳能电池板30、串并联切换电路40、第一电压采集电路50、第二电压采集电路51、第一充电电路60、第二充电电路61、控制芯片70和电源电路80。

其中，启动电池10用于为汽车启动以及整车电压用电设备供电，例如照明系统、仪表显示系统等；动力电池20用于为整车动力系统供电，即给电动机供电。其中，动力电池20与启动电池10之间的电压差距较大，根据本发明的一个具体示例，启动电池10为低压电池，标定电压一般为12V，动力电池20为高压电池，标定电压根据不同车型存在一些差异，假定动力电池20的电压为启动电池10的电压的N倍即N*12V，则可设计将太阳能电池板30分为N组。

太阳能电池板30包括N个太阳能电池PV1-PVN，N为大于1的整数，太阳能电池板30用于将光能转化为电能。根据本发明的一个具体示例，每个太阳能电池的电压为15V，太阳能电池板30可安装在混合动力汽车的车顶上以更有效地接收光能。

串并联切换电路40用于控制N个太阳能电池以并联方式或串联方式连接。需要说明的是，串并联切换控制的原理如图2所示，当需要N个太阳能电池PV1-PVN并联连接时，可控制开关S1_b+、S1_b-、S2_b+、S2_b-……SN-1_b+、Sn-1_b-均闭合，其他开关断开，以使N个太阳能电池PV1-PVN的正极PV1+-PVN+连接一起作为太阳能电池板30正极，且N个太阳能电池PV1-PVN的负极PV1—PVN-连接一起作为太阳能电池板30负极；当需要N个太阳能电池PV1-PVN串联连接时，可控制开关S1_c、S2_c、……、SN-1_c均闭合，其他开关断开，以使第1个太阳能电池PV1的正极作为太阳能电池板30的正极、第1个太阳能电池PV1的负极与第2个太阳能电池PV2的正极相连、……、第N-1个太阳能电池PVN-1的负极与第N个太阳能电池PVN的正极相连、第N个太阳能电池PVN的负极作为太阳能电池板30的负极。其中，N可根据动力电池20的标定电压确定。

第一电压采集电路50用于采集启动电池10的电压；第二电压采集电路51用于采集动力电池20的电压；控制芯片70分别与串并联切换电路40、第一电压采集电路50、第二电压采集电路51、第一充电电路60和第二充电电路61相连，控制芯片70用于根据启动电池10的电压和动力电池20的电压控制串并联切换电路40，并根据启动电池10的电压和动力电池20的电压控制第一充电电路60以使太阳能电池板30通过第一充电电路60向启动电池10充电，以及根据启动电池10的电压和动力电池20的电压控制第二充电电路61以使太阳能电池板30通过第二充电电路61向动力电池20充电；电源电路80用于将启动电池10的电压转换为供电电压例如3.3V以为控制芯片70供电。

由此，本发明实施例通过光伏充电系统给启动电池10和动力电池20进行合理充电，不仅降低了汽车油耗，避免了汽车长时间放置造成的启动电池10亏电，而且减少了采用充电站对动力电池20进行充电的频率，从而充分利用了太阳能电池板30所发电量，提高了能源利用率，高效环保，同时提升了用户体验。

进一步地，根据本发明的一个实施例，混合动力汽车的光伏充电系统还包括：第三电压采集电路52，第三电压采集电路52用于采集太阳能电池板30中任一个太阳能电池的电压，其中，控制芯片70还用于根据采集的任一个太阳能电池的电压控制光伏充电系统休眠或唤醒。

需要说明的是，在相同环境下，可默认被采集的该块太阳能电池的电压与其它太阳能电池的电压相同，由此仅采集一块太阳能电池的电压即可判断太阳能电池板30能否对外充电。

也就是说，在整个控制过程中，控制芯片70通过第三电压采集电路52采集太阳能电池板30中任一个太阳能电池的电压，并判断该太阳能电池的电压是否大于或等于唤醒电压，如果该太阳能电池的电压小于唤醒电压，控制芯片70则控制光伏充电系统进入休眠状态，太阳能电池板30只用于转化电能，而不向启动电池10和动力电池20充电；如果该太阳能电池的电压大于或等于唤醒电压，控制芯片70则控制光伏充电系统进入唤醒状态，太阳能电池板30在转化电能的同时，还向启动电池10和动力电池20充电。

在本发明的一个优选示例中，唤醒电压可设为15V。

下面对本发明实施例的控制芯片70对串并联切换电路40、第一充电电路60和第二充电电路61进行控制的控制方法进行详细描述。

根据本发明的一个实施例，在光伏充电系统被唤醒之后，控制芯片70判断启动电池10的电压是否小于第一预设电压；如果启动电池10的电压小于第一预设电压，控制芯片70则控制串并联切换电路40以使N个太阳能电池以并联方式连接，并控制第一充电电路60持续开通以使太阳能电池板30以恒流充电方式向启动电池10充电，同时控制第二充电电路61关闭；如果启动电池10的电压大于或等于第一预设电压，控制芯片70则控制串并联切换电路40以使N个太阳能电池以串联方式连接，并控制第二充电电路61开通以使太阳能电池板30向动力电池20充电，同时控制第一充电电路60关闭。

进一步地，在太阳能电池板30向动力电池20充电的过程中，如果动力电池20的电压大于第三预设电压，控制芯片70则控制串并联切换电路40以使N个太阳能电池以并联方式连接，并控制第一充电电路60间歇开通以使太阳能电池板30以PWM充电方式向启动电池10充电，同时控制第二充电电路61关闭。其中，第三预设电压大于第一预设电压。

更进一步地，在太阳能电池板30向动力电池20充电以及太阳能电池板30以PWM充电方式向启动电池10充电的过程中，如果启动电池10的电压小于第二预设电压，控制芯片70则控制串并联切换电路40以使N个太阳能电池以并联方式连接，并控制第一充电电路60持续开通以使太阳能电池板30以恒流充电方式向启动电池10充电，同时控制第二充电电路61关闭。其中，第二预设电压小于第一预设电压。

需要说明的是，PWM充电是指在启动电池10基本充满后转入小电流继续浮充充电，在此状态下，控制芯片70可向第一充电电路60输出PWM信号以使第一充电电路60的充电开关在开通与关断之间交替，这样有利于启动电池10电力充足，并且对启动电池10的寿命也有好处。恒流充电是指太阳能电池板30所发电量全部给启动电池10充电，在此状态下，控制芯片70可向第一充电电路60持续输出高电平信号以使第一充电电路60的充电开关处于完全导通状态。

也就是说，在通过太阳能给混合动力汽车的启动电池10和动力电池20充电的过程中，控制芯片70通过串并联切换电路40控制N个太阳能电池以并联方式连接或以串联方式连接，当N个太阳能电池以并联方式连接时，太阳能电池板30输出低电压大电流的电能以给启动电池10充电，当N个太阳能电池以串联方式连接时，太阳能电池板30输出高电压小电流的电能以给动力电池20充电，这样根据不同的充电情况改变N个太阳能电池的串并联方式，进而改变太阳能电池板30的电压，不存在开关电源的升降压损耗，可最大限度的吸收太阳能电池板30所发电量。

充电方式可分为低压恒流充电方式、高压充电方式和低压PWM充电方式。具体充电过程如下：

首先，当光伏充电系统被唤醒后初次充电时，第一电压采集电路50实时采集启动电池10的电压，第二电压采集电路51实时采集动力电池20的电压。在初次充电的情况下，如果判断启动电池10的电压小于第一预设电压例如13.8V，控制芯片70启动低压恒流充电方式，在此方式下，控制芯片70控制串并联切换电路40以将N个太阳能电池的连接状态调整为并联方式，并且控制第一充电电路60完全导通以给启动电池10充电，同时控制第二充电电路61关闭。应当理解的是，该过程不存在PWM调制现象，太阳能电池板30所发电量全部充入启动电池10。

之后，如果判断启动电池10的电压大于或等于第一预设电压例如13.8V，控制芯片70启动高压充电方式。在此方式下，控制芯片70控制串并联切换电路40以将N个太阳能电池的连接状态调整为串联方式，太阳能电池板30输出的电压变高，并且控制第二充电电路61完全开通以给动力电池20充电，同时控制第一充电电路60关闭。应当理解的是，该过程不存在PWM调制现象，太阳能电池板30所发的电能全部充入动力电池20。

之后，如果判断动力电池20的电压大于第三预设电压例如N*14V，控制芯片70则启动低压PWM充电方式，在此方式下，控制芯片70控制串并联切换电路40以将N个太阳能电池的连接状态调整为并联方式，并且以PWM技术控制第一充电电路60在开通与关断之间进行切换以到达限流限压的目的，同时控制第二充电电路61关闭，这样可将启动电池10的充电电压维持在13.6V。

需要说明的是，之所以采用限流限压的方式给启动电池10充电，是因为限流限压的电池特性所至，即当充电电压高于启动电池10的最高充电电压时将会对启动电池10造成损害，所以常用的充电方式是当启动电池10的充电电压达到最高充电电压时，通过PWM调制以该充电电压维持充电一段时间(该过程为恒压充电)，之后再次减小PWM信号的占空比，以降低充电电压进入补充充电(该过程为浮充充电)。通过PWM充电减小充电电压，可使太阳能电池板30所发电量基本上完全被启动电池10吸收，避免能量损耗。

并且，在以高压充电方式和低压PWM充电方式进行充电的过程中，如果判断启动电池10的电压小于第二预设电压例如12.6V，控制芯片70返回低压恒流充电方式。

如上所述，在整个充电过程，首先进行两组电池即启动电池10的动力电池20的恒流充电，最后进行启动电池10的PWM充电，从而最大限度的利用了太阳能电池板30所发电量。

下面结合图3-图11来详细描述光伏充电系统中各个电路的具体结构、工作原理。

根据本发明的一个实施例，控制芯片70可为32位单片机，该32位单片机自带12位AD端口、256K字节的闪存存储器，其工作温度为-40℃-105℃。具体地，控制芯片70及其周边电路的连接方式可如图3所示，这里不再赘述。

根据本发明的一个实施例，如图3-4所示，串并联切换电路40包括N-1个开关单元41.1-41.N-1和控制N-1个开关单元41.1-41.N-1的主开关单元42，其中，主开关单元42包括第一三极管Q1和第一电阻R1，第一三极管Q1的发射极接低压地GND，第一三极管Q1的基极与控制芯片70的串并联切换控制端相连，第一三极管Q1的集电极与第一电阻R1的一端相连，第一电阻R1的另一端与N-1个开关单元41.1-41.N-1均相连；N-1个开关单元41.1-41.N-1中的第i个开关单元41.i包括第二三极管Q2、第二电阻R2和双刀双掷继电器KM，第二三极管Q2的基极与第一电阻R1的另一端相连，第二三极管Q2的集电极通过第二电阻R2接低压地GND，双刀双掷继电器KM的线圈的一端与第二三极管Q2的发射极相连，双刀双掷继电器KM的线圈的另一端与启动电池10的正极VD相连，双刀双掷继电器KM的第一端1与N个太阳能电池中第i个太阳能电池PVi+的正极相连，双刀双掷继电器KM的第二端2与N个太阳能电池中第i+1个太阳能电池的正极PVi+1+相连，双刀双掷继电器KM的第三端3悬空，双刀双掷继电器KM的第四端4与第i个太阳能电池的负极PVi-相连，双刀双掷继电器KM的第五端5与第i+1个太阳能电池的负极PVi+1-相连，双刀双掷继电器KM的第六端6与第i+1个太阳能电池的正极PVi+1+相连，其中，第一端1与第二端2之间具有第一路径，第一端1与第三端3之间具有第二路径，第四端4与第五端5之间具有第三路径，第四端4与第六端6之间具有第四路径，i＝1、2、…、N-1。换言之，N-1个开关单元41.1-41.N-1中每个开关单元的电路结构基本相同。

具体来说，控制芯片70可通过串并联切换控制端输出高低电平信号至串并联切换电路40，以调整N个太阳能电池PV1-PVN的连接状态，串并联切换控制端为控制芯片70的I/O输出引脚。

当串并联切换控制端输出为高电平时，主开关单元42中的第一三极管Q1导通，N-1个开关单元41.1-41.N-1中每个开关单元的第二三极管Q2导通，每个开关单元的双刀双掷继电器KM的线圈通电，双刀双掷继电器KM的开关吸合，即第一端1接通第三端3且第四端4接通第六端6，以使第i个太阳能电池的负极PVi-与第i+1个太阳能电池的正极PVi+1+相连，所以太阳能电池板30处于串联状态。

当串并联切换控制端输出为低电平时，主开关单元42中的第一三极管Q1关断，N-1个开关单元41.1-41.N-1中每个开关单元的第二三极管Q2关断，每个开关单元的双刀双掷继电器KM的线圈断电，双刀双掷继电器KM的开关不吸合，即第一端1接通第二端2且第四端4接通第五端5，以使第i个太阳能电池的正极PVi+与第i+1个太阳能电池的正极PVi+1+相连、第i个太阳能电池的负极PVi-与第i+1个太阳能电池的负极PVi+1-相连，所以太阳能电池板30处于并联状态。

根据本发明的一个实施例，如图3和图5所示，启动电池10的正极VD与太阳能电池板30的正极相连，启动电池10的负极接低压地GND，第一充电电路60包括：第一MOS管M1、第二MOS管M2、第三电阻R3、第四电阻R4和驱动单元。

其中，第一MOS管M1和第二MOS管M2并联，第一MOS管M1的源极与第二MOS的源极相连后与太阳能电池板30的负极PV-相连，第一MOS管M1的漏极与第二MOS的漏极相连后与低压地GND相连；第三电阻R3的一端与第一MOS管M1的栅极相连；第四电阻R4的一端与第三电阻R3的另一端相连，第四电阻R4的另一端与第二MOS管M2的栅极相连，第三电阻R3与第四电阻R4之间具有第一节点；驱动单元601与第一节点和控制芯片70的低压充电控制端相连，驱动单元601用于驱动第一MOS管M1和第二MOS管M2同时开通或关断。

具体地，如图5所示，驱动单元601包括：第一二极管D1、第五电阻R5、第六电阻R6、第三三极管Q3、第四三极管Q4、第二二极管D2、第七电阻R7、第八电阻R8、第五三极管Q5、第六三极管Q6、第七三极管Q7、第九电阻R9和第十电阻R10。

其中，第一二极管D1的阳极与启动电池10的正极VD相连；第五电阻R5的一端与第一二极管D1的阴极相连；第六电阻R6的一端与第五电阻R5的另一端相连，第六电阻R6与第五电阻R5之间具有第二节点；第三三极管Q3的集电极与第六电阻R6的另一端相连，第三三级管的发射极接低压地GND，第三三级管的基极与控制芯片70的低压充电控制端相连；第四三极管Q4的发射极与二极管的阴极相连，第四三极管Q4的基极与第二节点相连；第二二极管D2的阳极与第四三极管Q4的集电极相连；第七电阻R7的一端与第二二极管D2的阴极相连；第八电阻R8的一端与第七电阻R7的另一端相连，第八电阻R8的另一端与太阳能电池板30的负极PV-相连，第七电阻R7与第八电阻R8之间具有第三节点；第五三极管Q5的基极与第三节点相连，第五三极管Q5的发射极与太阳能电池板30的负极PV-相连；第六三极管Q6的集电极与第一二极管D1的阴极相连，第七三极管Q7的集电极与第五三极管Q5的发射极相连，第六三极管Q6的基极与第七三极管Q7的基极相连后与第五三极管Q5的集电极相连，第六三极管Q6的发射极与第七三极管Q7的发射极相连后与第一节点相连；第九电阻R9并联在第六三极管Q6的集电极与基极之间；第十电阻R10并联在第七三极管Q7的集电极与发射极之间。

具体而言，第一充电电路60是以MOS管为主设计的开关电路，其能够实现恒流充电和PWM充电两种充电方式，其中，启动电池10的正极VD和太阳能电池的正极始终处于连接状态。

在恒流充电方式下，控制芯片70控制其低压充电控制端一直输出高电平，驱动单元601根据高电平一直输出高电平至第一MOS管M1的栅极和第二MOS管M2的栅极，以驱动第一MOS管M1和第二MOS管M2完全开通，启动电池10的负极和太阳能电池的负极相应地一直处于接通状态，这样太阳能电池板30以恒流充电方式向启动电池10充电。

在PWM充电方式下，控制芯片70控制其低压充电控制端输出PWM信号，驱动单元601根据PWM信号驱动第一MOS管M1和第二MOS管M2在开通和关断进行交替，启动电池10的负极和太阳能电池的负极相应地也在接通与断开之间交替，这样太阳能电池板30以PWM充电方式向启动电池10充电，从而达到维持电压进行充电的目的。其中，控制芯片70可将启动电池10的电压与标定的浮充电压进行比较，并根据比较结果调整PWM信号的占空比。

应当理解的是，通过将第一MOS管M1和第二MOS管M2并联，可增大导通电流。

进一步地，如图5所示，第一充电电路60还包括用于防止启动电池10向太阳能电池反向充电的防反充单元602，防反充单元602包括：第三MOS管M3、第四MOS管M4、第十一电阻R11、第十二电阻R12、第十三电阻R13、第八三极管Q8、第九三极管Q9、第十三极管Q10、第十四电阻R14和第十五电阻R15。

其中，第三MOS管M3和第四MOS管M4并联，第三MOS管M3和第四MOS管M4连接在第一MOS管M1和第二MOS管M2的漏极与低压地GND之间，第三MOS管M3的源极与第四MOS的源极相连后与低压地GND相连，第三MOS管M3的漏极与第四MOS的漏极相连后与第一MOS管M1和第二MOS管M2的漏极相连；第十一电阻R11的一端与第三MOS管M3的栅极相连；第十二电阻R12的一端与第十一电阻R11的另一端相连，第十二电阻R12的另一端与第四MOS管M4的栅极相连，第十一电阻R11与第十二电阻R12之间具有第四节点；第十三电阻R13的一端与控制芯片70的低压防反充端相连；第八三极管Q8的基极与第十三电阻R13的另一端相连，第八三极管Q8的发射极与低压地GND相连；第九三极管Q9的集电极与第一二极管D1的阴极相连，第十三极管Q10的集电极与第八三极管Q8的发射极相连，第九三极管Q9的基极与第十三极管Q10的基极相连后与第八三极管Q8的集电极相连，第九三极管Q9的发射极与第十三极管Q10的发射极相连后与第四节点相连；第十四电阻R14并联在第九三极管Q9的集电极与基极之间；第十五电阻R15并联在第十三极管Q10的集电极与发射极之间。

具体而言，在太阳能电池板30向启动电池10充电的过程中，控制芯片70还可判断太阳能电池板30的电压是否小于启动电池10的电压，如果太阳能电池板30的电压小于启动电池10的电压，控制芯片70的低压防反充端则输出防反充信号以防止启动电池10向太阳能电池反向充电，并通过由第八三极管Q8、第九三极管Q9和第十三极管Q10构成的另一个驱动电路驱动第三MOS管M3和第四MOS管M4。例如，当太阳能电池板30的电压小于启动电池10的电压时，低压防反充端输出低电平，另一个驱动电路输出低电平至第三MOS管M3的栅极和第四MOS管M4的栅极，第三MOS管M3和第四MOS管M4关断，启动电池10的负极和太阳能电池的负极相应地断开，避免了启动电池10反过来给太阳能电池板30充电。

而如果太阳能电池板30的电压大于或等于启动电池10的电压，控制芯片70的低压防反充端则输出非防反充信号，由第八三极管Q8、第九三极管Q9和第十三极管Q10构成的另一个驱动电路驱动第三MOS管M3和第四MOS管M4同时打开。这样，太阳能电池板30可在第一MOS管M1和第二MOS管M2开通时向启动电池10充电。

另外，第一充电电路60还可包括第三十电阻R30、第三十一电阻R31、第三十二电阻、稳压二极管ZD1和第三二极管D3，第三十电阻R30、第三十一电阻R31、第三十二电阻、稳压二极管ZD1和第三二极管D3的连接位置如图5所示，这里不再赘述。

根据本发明的一个实施例，如图6所示，动力电池20的正极G-VD与太阳能电池板30的正极相连，动力电池20的负极接高压地G-GND，第二充电电路61包括：光电耦合器U1、第十六电阻R16、第十一三极管Q11、第十七电阻R17、第十八电阻R18、第十九电阻R19、第五MOS管M5和第二十电阻R20。

其中，第十六电阻R16的一端与控制芯片70的高压充电控制端相连；第十一三极管Q11的基极与第十六电阻R16的另一端相连，第十一三极管Q11的发射极与启动电池10的负极相连，第十一三极管Q11的集电极与光电耦合器U1的第一输入端相连，其中，启动电池10的负极接低压地GND；第十七电阻R17的一端与启动电池10的正极VD相连，第十七电阻R17的另一端与光电耦合器U1的第二输入端相连；第十八电阻R18的一端接高压地G-GND；第十九电阻R19的一端与第十八电阻R18的另一端相连，第十九电阻R19与第十八电阻R18之间具有第五节点，第五节点与光电耦合器U1的第一输出端相连；第五MOS管M5的栅极与第十九电阻R19的另一端相连，第五MOS管M5的源极与高压地G-GND相连，第五MOS管M5的漏极与太阳能电池板30的负极PV-相连；第二十电阻R20的一端与启动电池10的正极VD相连，第二十电阻R20的另一端与光电耦合器U1的第二输出端相连。

具体而言，第二充电电路61以高压MOS管为主设计的开关电路，并通过光电耦合器U1将高压部分和低压部分进行隔离。其中，动力电池20的正极G-VD和太阳能电池的正极始终是连接状态。在高压充电方式下，控制芯片70控制其高压充电控制端输出高电平，第十一三极管Q11导通，光电耦合器U1输入端的发光部发出光线，光电耦合器U1输出端的受光部在光线的照射下导通，进而第五MOS管M5导通，动力电池20的负极和太阳能电池板30的负极PV-接通，这样太阳能电池板30通过第二充电电路61向动力电池20进行高压充电。

根据本发明的一个实施例，如图7所示，第二电压采集电路51包括：光耦芯片U2、第二十一电阻R21、第一比较器LM1、第二十二电阻R22、第一电容C1、第二比较器LM2、第二十三电阻R23和第二电容C2。

其中，光耦芯片U2包括发光二极管LED、第一光敏二极管PD1和第二光敏二极管PD2；第二十一电阻R21的一端与动力电池20的正极G-VD相连，第二十一电阻R21的另一端与第一光敏二极管PD1的阴极相连，其中，第一光敏二极管PD1的阳极接高压地G-GND；第一比较器LM1的负输入端与第二十一电阻R21的另一端相连，第一比较器LM1的正输入端接高压地G-GND；第二十二电阻R22的一端与第一比较器LM1的输出端相连，第二十二电阻R22的另一端与发光二极管LED的阴极相连，其中，发光二极管LED的阳极与电源电路80相连，即与电源电路80的供电电压(3.3V)提供端相连；第一电容C1的一端与第一比较器LM1的负输入端相连，第一电容C1的另一端与第一比较器LM1的输出端相连；第二比较器LM2的负输入端与第二光敏二极管PD2的阴极相连，第二比较器LM2的正输入端与第二光敏二极管PD2的阳极相连后与启动电池10的负极相连，第二比较器LM2的输出端与控制芯片70的高压检测端相连，其中，启动电池10的负极接低压地GND；第二十三电阻R23的一端与第二比较器LM2的负输入端相连，第二十三电阻R23的另一端与第二比较器LM2的输出端相连；第二电容C2与第二十三电阻R23并联。

需要说明的是，光耦芯片U2的型号可为HCNR201，如图8所示，该光耦芯片U2由一个高性能的发光二极管LED和两个特性十分相似的光敏二极管组成。

具体而言，第二十一电阻R21的一端接动力电池20的正极G-VD，第二电压采集电路51采用线性光耦隔离降压方式实现动力电池20的电压采集，即言，第二电压采集电路51通过光耦芯片U2将高压部分和低压部分隔离，并且将被采集的动力电池20的电压变换为能够被控制芯片70采集的3.3V以内的电压，采集到的电压从第二比较器LM2的输出端输出给控制芯片70的高压检测端。其中，降压比例为光耦芯片U2的线性比例。

根据本发明的一个实施例，如图9所示，第一电压采集电路50包括：第十二三极管Q12、第二十四电阻R24、第十三三极管Q13、第二十五电阻R25和第二十六电阻R26。

其中，第十二三极管Q12的基极与控制芯片70的低压检测开关端相连，第十二三极管Q12的发射极与启动电池10的负极相连，其中，启动电池10的负极接低压地GND；第二十四电阻R24的一端与第十二三极管Q12的集电极相连；第十三三极管Q13的基极与第二十四电阻R24的另一端相连，第十三三极管Q13的发射极与启动电池10的正极VD相连；第二十五电阻R25的一端与第十三三极管Q13的集电极相连；第二十六电阻R26的一端与第二十五电阻R25的另一端相连，第二十六电阻R26的另一端接低压地GND，第二十六电阻R26与第二十五电阻R25之间具有第六节点，第六节点与控制芯片70的低压检测端相连。

具体而言，第十三三极管Q13的发射极连接启动电池10的正极VD，第一电压采集电路50采用分压原理，将被采集的启动电池10的电压分压变换为能够被控制芯片70采集的3.3V以内的电压。

在图9中，第十二三极管Q12的基极连接控制芯片70的低压检测开关端，该低压检测开关端为I/O输出引脚，当引脚输出为高电平时，第十二三极管Q12和第十三三极管Q13导通，第一电压采集电路50能够进行电压采集；否则，当引脚输出为低电平时，第十二三极管Q12和第十三三极管Q13关断，第一电压采集电路50不能进行电压采集。控制芯片70可每隔10秒钟采集一次启动电池10的电压，以减少R25和R26的功耗。

并且，第六节点连接控制芯片70的低压检测端，该低压检测端为AD模拟量采集引脚，在第十二三极管Q12和第十三三极管Q13导通的情况下，低压检测端实际采集到的电压V1＝(VD-0.3)*R26/(R25+R26)，其中，VD为启动电池10的电压，0.3V为三极管饱和导通电压，R25和R26为高精度电阻，以保证电压采集的准确性。

根据本发明的一个实施例，如图10所示，第三电压采集电路52包括：第十四三极管Q14、第二十七电阻R27、第十五三极管Q15管、第二十八电阻R28和第二十九电阻R29。

其中，第十四三极管Q14的基极与控制芯片70的太阳能检测开关端相连，第十四三极管Q14的发射极接低压地GND；第二十七电阻R27的一端与第十四三极管Q14的集电极相连；第十五三极管Q15管的基极与第二十七电阻R27的另一端相连，第十五三极管Q15管的发射极与太阳能电池板30的正极PV相连；第二十八电阻R28的一端与第十五三极管Q15管的集电极相连；第二十九电阻R29的一端与第二十八电阻R28的另一端相连，第二十九电阻R29的另一端接太阳能电池板30的负极PV-，第二十九电阻R29与第二十八电阻R28之间具有第七节点，第七节点与控制芯片70的太阳能检测端相连。

具体而言，第十五三极管Q15管的发射极连接太阳能电池板30的正极，第三电压采集电路52采用分压原理，将被采集的太阳能电池板30的电压分压变换为能够被控制芯片70采集的3.3V以内的电压。

在图10中，第十四三极管Q14的基极连接控制芯片70的太阳能检测开关端，该太阳能检测开关端为I/O输出引脚，当引脚输出为高电平时，第十四三极管Q14和第十五三极管Q15管导通，第三电压采集电路52能够进行电压采集；否则，当引脚输出为低电平时，第十四三极管Q14和第十五三极管Q15管关断，第三电压采集电路52不能进行电压采集。控制芯片70可每隔10秒钟采集一次太阳能电池板30的电压，以减少R28和R29的功耗。

并且，第七节点连接控制芯片70的太阳能检测端，该太阳能检测端为AD模拟量采集引脚，在第十四三极管Q14和第十五三极管Q15管导通的情况下，太阳能检测端实际采集到的电压V2＝(PV-0.3)*R29/(R28+R29)，其中，PV为太阳能电池板30的电压，0.3V为三极管饱和导通电压，R28和R29为高精度电阻，以保证电压采集的准确性。

根据本发明的一个实施例，如图11所示，电源电路80包括开关型降压芯片U3，该芯片的效率高达95％以上。具体而言，该电源电路80为降压电路，用于将启动电池10的12V左右电压，降为能够供给控制芯片70和其它芯片的3.3V供电电压。电源电路80的具体电路结构如图11所示，这里不再赘述，其中，第四二极管D4和第五二极管D5为防反二极管，两个二极管并联增加了通过电流的能力。

综上所述，根据本发明实施例提出的混合动力汽车的光伏充电系统，控制芯片根据启动电池的电压和动力电池的电压控制串并联切换电路，并根据启动电池的电压和动力电池的电压控制第一充电电路以使太阳能电池板通过第一充电电路向启动电池充电，以及根据启动电池的电压和动力电池的电压控制第二充电电路以使太阳能电池板通过第二充电电路向动力电池充电。由此，通过光伏充电系统给启动电池和动力电池进行合理充电，不仅降低了汽车油耗，避免了汽车长时间放置造成的启动电池亏电，而且减少了采用充电站对动力电池进行充电的频率，从而充分利用了太阳能电池板所发电量，提高了能源利用率，高效环保，同时提升了用户体验。

本发明另一方面实施例还提出了一种混合动力汽车的光伏充电系统的控制方法。

图12是根据本发明实施例的混合动力汽车的光伏充电系统的控制方法的流程图。光伏充电系统包括启动电池、动力电池、太阳能电池板、串并联切换电路、第一充电电路和第二充电电路，太阳能电池板包括N个太阳能电池，N为大于1的整数，串并联切换电路用于控制多组太阳能电池以并联方式或串联方式连接。

如图12所示，混合动力汽车的光伏充电系统的控制方法包括以下步骤：

S1：采集启动电池的电压。

S2：采集动力电池的电压。

S3：根据启动电池的电压和动力电池的电压控制串并联切换电路，并根据启动电池的电压和动力电池的电压控制第一充电电路以使太阳能电池板通过第一充电电路向启动电池充电，以及根据启动电池的电压和动力电池的电压控制第二充电电路以使太阳能电池板通过第二充电电路向动力电池充电。

进一步地，根据本发明的一个实施例，混合动力汽车的光伏充电系统的控制方法还包括：采集太阳能电池板中任一个太阳能电池的电压；根据采集的任一个太阳能电池的电压控制光伏充电系统休眠或唤醒。

根据本发明的一个具体实施例，根据启动电池的电压和动力电池的电压控制串并联切换电路，并根据启动电池的电压和动力电池的电压控制第一充电电路以使太阳能电池板通过第一充电电路向启动电池充电，以及根据启动电池的电压和动力电池的电压控制第二充电电路以使太阳能电池板通过第二充电电路向动力电池充电，即步骤S3具体包括：在光伏充电系统被唤醒之后，判断启动电池的电压是否小于第一预设电压；如果启动电池的电压小于第一预设电压，则控制串并联切换电路以使N个太阳能电池以并联方式连接，并控制第一充电电路持续开通以使太阳能电池板以恒流充电方式向启动电池充电，同时控制第二充电电路关闭；如果启动电池的电压大于或等于第一预设电压，则控制串并联切换电路以使N个太阳能电池以串联方式连接，并控制第二充电电路开通以使太阳能电池板向动力电池充电，同时控制第一充电电路关闭。

进一步地，在太阳能电池板向动力电池充电的过程中，如果动力电池的电压大于第三预设电压，则控制串并联切换电路以使N个太阳能电池以并联方式连接，并控制第一充电电路间歇开通以使太阳能电池板以PWM充电方式向启动电池充电，同时控制第二充电电路关闭。

更进一步地，在太阳能电池板向动力电池充电以及太阳能电池板以PWM充电方式向启动电池充电的过程中，如果启动电池的电压小于第二预设电压，则控制串并联切换电路以使N个太阳能电池以并联方式连接，并控制第一充电电路持续开通以使太阳能电池板以恒流充电方式向启动电池充电，同时控制第二充电电路关闭。

综上所述，根据本发明实施例提出的混合动力汽车的光伏充电系统的控制方法，根据启动电池的电压和动力电池的电压控制串并联切换电路，并根据启动电池的电压和动力电池的电压控制第一充电电路以使太阳能电池板通过第一充电电路向启动电池充电，以及根据启动电池的电压和动力电池的电压控制第二充电电路以使太阳能电池板通过第二充电电路向动力电池充电。由此，通过光伏充电系统给启动电池和动力电池进行合理充电，不仅降低了汽车油耗，避免了汽车长时间放置造成的启动电池亏电，而且减少了采用充电站对动力电池进行充电的频率，从而充分利用了太阳能电池板所发电量，提高了能源利用率，高效环保，同时提升了用户体验。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (16)

1.一种混合动力汽车的光伏充电系统，其特征在于，包括：

启动电池和动力电池；

太阳能电池板，所述太阳能电池板包括N个太阳能电池，N为大于1的整数；

串并联切换电路，用于控制所述N个太阳能电池以并联方式或串联方式连接；

第一电压采集电路，用于采集所述启动电池的电压；

第二电压采集电路，用于采集所述动力电池的电压；

第一充电电路；

第二充电电路；

控制芯片，所述控制芯片分别与所述串并联切换电路、所述第一电压采集电路、所述第二电压采集电路、所述第一充电电路和所述第二充电电路相连，所述控制芯片用于根据所述启动电池的电压和所述动力电池的电压控制所述串并联切换电路，并根据所述启动电池的电压和所述动力电池的电压控制所述第一充电电路以使所述太阳能电池板通过所述第一充电电路向所述启动电池充电，以及根据所述启动电池的电压和所述动力电池的电压控制所述第二充电电路以使所述太阳能电池板通过所述第二充电电路向所述动力电池充电；以及

电源电路，用于将所述启动电池的电压转换为供电电压以为所述控制芯片供电。

2.根据权利要求1所述的混合动力汽车的光伏充电系统，其特征在于，还包括：

第三电压采集电路，用于采集所述太阳能电池板中任一个太阳能电池的电压，其中，所述控制芯片还用于根据采集的所述任一个太阳能电池的电压控制所述光伏充电系统休眠或唤醒。

3.根据权利要求2所述的混合动力汽车的光伏充电系统，其特征在于，在所述光伏充电系统被唤醒之后，所述控制芯片判断所述启动电池的电压是否小于第一预设电压；

如果所述启动电池的电压小于所述第一预设电压，所述控制芯片则控制所述串并联切换电路以使所述N个太阳能电池以并联方式连接，并控制所述第一充电电路持续开通以使所述太阳能电池板以恒流充电方式向所述启动电池充电，同时控制所述第二充电电路关闭；

如果所述启动电池的电压大于或等于所述第一预设电压，所述控制芯片则控制所述串并联切换电路以使所述N个太阳能电池以串联方式连接，并控制所述第二充电电路开通以使所述太阳能电池板向所述动力电池充电，同时控制所述第一充电电路关闭。

4.根据权利要求3所述的混合动力汽车的光伏充电系统，其特征在于，

在所述太阳能电池板向所述动力电池充电的过程中，如果所述动力电池的电压大于第三预设电压，所述控制芯片则控制所述串并联切换电路以使所述N个太阳能电池以并联方式连接，并控制所述第一充电电路间歇开通以使所述太阳能电池板以PWM充电方式向所述启动电池充电，同时控制所述第二充电电路关闭；

在所述太阳能电池板向所述动力电池充电以及所述太阳能电池板以PWM充电方式向所述启动电池充电的过程中，如果所述启动电池的电压小于所述第二预设电压，所述控制芯片则控制所述串并联切换电路以使所述N个太阳能电池以并联方式连接，并控制所述第一充电电路持续开通以使所述太阳能电池板以恒流充电方式向所述启动电池充电，同时控制所述第二充电电路关闭。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的混合动力汽车的光伏充电系统，其特征在于，所述串并联切换电路包括N-1个开关单元和控制所述N-1个开关单元的主开关单元，其中，

所述主开关单元包括第一三极管和第一电阻，所述第一三极管的发射极接低压地，所述第一三极管的基极与所述控制芯片的串并联切换控制端相连，所述第一三极管的集电极与所述第一电阻的一端相连，所述第一电阻的另一端与所述N-1个开关单元均相连；

所述N-1个开关单元中的第i个开关单元包括第二三极管、第二电阻和双刀双掷继电器，所述第二三极管的基极与所述第一电阻的另一端相连，所述第二三极管的集电极通过所述第二电阻接所述低压地，所述双刀双掷继电器的线圈的一端与所述第二三极管的发射极相连，所述双刀双掷继电器的线圈的另一端与所述启动电池的正极相连，所述双刀双掷继电器的第一端与所述N个太阳能电池中第i个太阳能电池的正极相连，所述双刀双掷继电器的第二端与所述N个太阳能电池中第i+1个太阳能电池的正极相连，所述双刀双掷继电器的第三端悬空，所述双刀双掷继电器的第四端与所述第i个太阳能电池的负极相连，所述双刀双掷继电器的第五端与所述第i+1个太阳能电池的负极相连，所述双刀双掷继电器的第六端与所述第i+1个太阳能电池的正极相连，其中，所述第一端与所述第二端之间具有第一路径，所述第一端与所述第三端之间具有第二路径，所述第四端与所述第五端之间具有第三路径，所述第四端与所述第六端之间具有第四路径，i＝1、2、…、N-1。

6.根据权利要求1-4中任一项所述的混合动力汽车的光伏充电系统，其特征在于，所述启动电池的正极与所述太阳能电池板的正极相连，所述启动电池的负极接低压地，所述第一充电电路包括：

并联的第一MOS管和第二MOS管，所述第一MOS管的源极与所述第二MOS的源极相连后与所述太阳能电池板的负极相连，所述第一MOS管的漏极与所述第二MOS的漏极相连后与所述低压地相连；

第三电阻，所述第三电阻的一端与所述第一MOS管的栅极相连；

第四电阻，所述第四电阻的一端与所述第三电阻的另一端相连，所述第四电阻的另一端与所述第二MOS管的栅极相连，所述第三电阻与所述第四电阻之间具有第一节点；

驱动单元，所述驱动单元与所述第一节点和所述控制芯片的低压充电控制端相连，所述驱动单元用于驱动所述第一MOS管和第二MOS管同时开通或关断。

7.根据权利要求6所述的混合动力汽车的光伏充电系统，其特征在于，所述驱动单元包括：

第一二极管，所述第一二极管的阳极与所述启动电池的正极相连；

第五电阻，所述第五电阻的一端与所述第一二极管的阴极相连；

第六电阻，所述第六电阻的一端与所述第五电阻的另一端相连，所述第六电阻与所述第五电阻之间具有第二节点；

第三三极管，所述第三三极管的集电极与所述第六电阻的另一端相连，所述第三三级管的发射极接所述低压地，所述第三三级管的基极与所述控制芯片的低压充电控制端相连；

第四三极管，所述第四三极管的发射极与所述二极管的阴极相连，所述第四三极管的基极与所述第二节点相连；

第二二极管，所述第二二极管的阳极与所述第四三极管的集电极相连；

第七电阻，所述第七电阻的一端与所述第二二极管的阴极相连；

第八电阻，所述第八电阻的一端与所述第七电阻的另一端相连，所述第八电阻的另一端与所述太阳能电池板的负极相连，所述第七电阻与所述第八电阻之间具有第三节点；

第五三极管，所述第五三极管的基极与所述第三节点相连，所述第五三极管的发射极与所述太阳能电池板的负极相连；

第六三极管和第七三极管，所述第六三极管的集电极与所述第一二极管的阴极相连，所述第七三极管的集电极与所述第五三极管的发射极相连，所述第六三极管的基极与所述第七三极管的基极相连后与所述第五三极管的集电极相连，所述第六三极管的发射极与所述第七三极管的发射极相连后与所述第一节点相连；

第九电阻，所述第九电阻并联在所述第六三极管的集电极与基极之间；

第十电阻，所述第十电阻并联在所述第七三极管的集电极与发射极之间。

8.根据权利要求6或7所述的混合动力汽车的光伏充电系统，其特征在于，所述第一充电电路还包括，用于防止所述启动电池向所述太阳能电池反向充电的防反充单元，所述防反充单元包括：

并联的第三MOS管和第四MOS管，所述第三MOS管和第四MOS管连接在所述第一MOS管和第二MOS管的漏极与所述低压地之间，所述第三MOS管的源极与所述第四MOS的源极相连后与所述低压地相连，所述第三MOS管的漏极与所述第四MOS的漏极相连后与所述第一MOS管和第二MOS管的漏极相连；

第十一电阻，所述第十一电阻的一端与所述第三MOS管的栅极相连；

第十二电阻，所述第十二电阻的一端与所述第十一电阻的另一端相连，所述第十二电阻的另一端与所述第四MOS管的栅极相连，所述第十一电阻与所述第十二电阻之间具有第四节点；

第十三电阻，所述第十三电阻的一端与所述控制芯片的低压防反充端相连；

第八三极管，所述第八三极管的基极与所述第十三电阻的另一端相连，所述第八三极管的发射极与所述低压地相连；

第九三极管和第十三极管，所述第九三极管的集电极与所述第一二极管的阴极相连，所述第十三极管的集电极与所述第八三极管的发射极相连，所述第九三极管的基极与所述第十三极管的基极相连后与所述第八三极管的集电极相连，所述第九三极管的发射极与所述第十三极管的发射极相连后与所述第四节点相连；

第十四电阻，所述第十四电阻并联在所述第九三极管的集电极与基极之间；

第十五电阻，所述第十五电阻并联在所述第十三极管的集电极与发射极之间。

9.根据权利要求1-4中任一项所述的混合动力汽车的光伏充电系统，其特征在于，所述动力电池的正极与所述太阳能电池板的正极相连，所述动力电池的负极接高压地，所述第二充电电路包括：

光电耦合器；

第十六电阻，所述第十六电阻的一端与所述控制芯片的高压充电控制端相连；

第十一三极管，所述第十一三极管的基极与所述第十六电阻的另一端相连，所述第十一三极管的发射极与所述启动电池的负极相连，所述第十一三极管的集电极与所述光电耦合器的第一输入端相连，其中，所述启动电池的负极接低压地；

第十七电阻，所述第十七电阻的一端与所述启动电池的正极相连，所述第十七电阻的另一端与所述光电耦合器的第二输入端相连；

第十八电阻，所述第十八电阻的一端接所述高压地；

第十九电阻，所述第十九电阻的一端与所述第十八电阻的另一端相连，所述第十九电阻与所述第十八电阻之间具有第五节点，所述第五节点与所述光电耦合器的第一输出端相连；

第五MOS管，所述第五MOS管的栅极与所述第十九电阻的另一端相连，所述第五MOS管的源极与所述高压地相连，所述第五MOS管的漏极与所述太阳能电池板的负极相连；

第二十电阻，所述第二十电阻的一端与所述启动电池的正极相连，所述第二十电阻的另一端与所述光电耦合器的第二输出端相连。

10.根据权利要求1-4中任一项所述的混合动力汽车的光伏充电系统，其特征在于，所述第二电压采集电路包括：

光耦芯片，所述光耦芯片包括发光二极管、第一光敏二极管和第二光敏二极管；

第二十一电阻，所述第二十一电阻的一端与所述动力电池的正极相连，所述第二十一电阻的另一端与所述第一光敏二极管的阴极相连，其中，所述第一光敏二极管的阳极接所述高压地；

第一比较器，所述第一比较器的负输入端与所述第二十一电阻的另一端相连，所述第一比较器的正输入端接所述高压地；

第二十二电阻，所述第二十二电阻的一端与所述第一比较器的输出端相连，所述第二十二电阻的另一端与所述发光二极管的阴极相连，其中，所述发光二极管的阳极与所述电源电路相连；

第一电容，所述第一电容的一端与所述第一比较器的负输入端相连，所述第一电容的另一端与所述第一比较器的输出端相连；

第二比较器，所述第二比较器的负输入端与所述第二光敏二极管的阴极相连，所述第二比较器的正输入端与所述第二光敏二极管的阳极相连后与所述启动电池的负极相连，所述第二比较器的输出端与所述控制芯片的高压检测端相连，其中，所述启动电池的负极接低压地；

第二十三电阻，所述第二十三电阻的一端与所述第二比较器的负输入端相连，所述第二十三电阻的另一端与所述第二比较器的输出端相连；

第二电容，所述第二电容与所述第二十三电阻并联。

11.根据权利要求1-4中任一项所述的混合动力汽车的光伏充电系统，其特征在于，所述第一电压采集电路包括：

第十二三极管，所述第十二三极管的基极与所述控制芯片的低压检测开关端相连，所述第十二三极管的发射极与所述启动电池的负极相连，其中，所述启动电池的负极接低压地；

第二十四电阻，所述第二十四电阻的一端与所述第十二三极管的集电极相连；

第十三三极管，所述第十三三极管的基极与所述第二十四电阻的另一端相连，所述第十三三极管的发射极与所述启动电池的正极相连；

第二十五电阻，所述第二十五电阻的一端与所述第十三三极管的集电极相连；

第二十六电阻，所述第二十六电阻的一端与所述第二十五电阻的另一端相连，第二十六电阻的另一端接所述低压地，所述第二十六电阻与所述第二十五电阻之间具有第六节点，所述第六节点与所述控制芯片的低压检测端相连。

12.根据权利要求1-4中任一项所述的混合动力汽车的光伏充电系统，其特征在于，所述第三电压采集电路包括：

第十四三极管，所述第十四三极管的基极与所述控制芯片的太阳能检测开关端相连，所述第十四三极管的发射极接低压地；

第二十七电阻，所述第二十七电阻的一端与所述第十四三极管的集电极相连；

第十五三极管，所述第十五三极管的基极与所述第二十七电阻的另一端相连，所述第十五三极管的发射极与所述太阳能电池板的正极相连；

第二十八电阻，所述第二十八电阻的一端与所述第十五三极管的集电极相连；

第二十九电阻，所述第二十九电阻的一端与所述第二十八电阻的另一端相连，第二十九电阻的另一端接所述太阳能电池板的负极，所述第二十九电阻与所述第二十八电阻之间具有第七节点，所述第七节点与所述控制芯片的太阳能检测端相连。

13.一种混合动力汽车的光伏充电系统的控制方法，其特征在于，光伏充电系统包括启动电池、动力电池、太阳能电池板、串并联切换电路、第一充电电路和第二充电电路，所述太阳能电池板包括N个太阳能电池，N为大于1的整数，所述串并联切换电路用于控制所述多组太阳能电池以并联方式或串联方式连接，所述方法包括以下步骤：

采集所述启动电池的电压；

采集所述动力电池的电压；

根据所述启动电池的电压和所述动力电池的电压控制所述串并联切换电路，并根据所述启动电池的电压和所述动力电池的电压控制所述第一充电电路以使所述太阳能电池板通过所述第一充电电路向所述启动电池充电，以及根据所述启动电池的电压和所述动力电池的电压控制所述第二充电电路以使所述太阳能电池板通过所述第二充电电路向所述动力电池充电。

14.根据权利要求13所述的混合动力汽车的光伏充电系统的控制方法，其特征在于，还包括：

采集所述太阳能电池板中任一个太阳能电池的电压；

根据采集的所述任一个太阳能电池的电压控制所述光伏充电系统休眠或唤醒。

15.根据权利要求14所述的混合动力汽车的光伏充电系统的控制方法，其特征在于，根据所述启动电池的电压和所述动力电池的电压控制所述串并联切换电路，并根据所述启动电池的电压和所述动力电池的电压控制所述第一充电电路以使所述太阳能电池板通过所述第一充电电路向所述启动电池充电，以及根据所述启动电池的电压和所述动力电池的电压控制所述第二充电电路以使所述太阳能电池板通过所述第二充电电路向所述动力电池充电，具体包括：

在所述光伏充电系统被唤醒之后，判断所述启动电池的电压是否小于第一预设电压；

如果所述启动电池的电压小于所述第一预设电压，则控制所述串并联切换电路以使所述N个太阳能电池以并联方式连接，并控制所述第一充电电路持续开通以使所述太阳能电池板以恒流充电方式向所述启动电池充电，同时控制所述第二充电电路关闭；

如果所述启动电池的电压大于或等于所述第一预设电压，则控制所述串并联切换电路以使所述N个太阳能电池以串联方式连接，并控制所述第二充电电路开通以使所述太阳能电池板向所述动力电池充电，同时控制所述第一充电电路关闭。

16.根据权利要求15所述的混合动力汽车的光伏充电系统的控制方法，其特征在于，

在所述太阳能电池板向所述动力电池充电的过程中，如果所述动力电池的电压大于第三预设电压，则控制所述串并联切换电路以使所述N个太阳能电池以并联方式连接，并控制所述第一充电电路间歇开通以使所述太阳能电池板以PWM充电方式向所述启动电池充电，同时控制所述第二充电电路关闭；

在所述太阳能电池板向所述动力电池充电以及所述太阳能电池板以PWM充电方式向所述启动电池充电的过程中，如果所述启动电池的电压小于所述第二预设电压，则控制所述串并联切换电路以使所述N个太阳能电池以并联方式连接，并控制所述第一充电电路持续开通以使所述太阳能电池板以恒流充电方式向所述启动电池充电，同时控制所述第二充电电路关闭。