CN110797960A - 一种太阳能充电移动电源及太阳能充电方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种太阳能充电移动电源及太阳能充电方法，涉及便携式移动电源技术领域，旨在解决现有的太阳能充电移动电源的充电环境具有局限性、用户体验不佳的问题。其技术方案要点是太阳能电池板和充电管理电路之间还设置有升压模块和储能模块，升压模块的输入端与太阳能电池板连接，升压模块的输出端与储能模块的输入端连接，储能模块的输出端与充电管理电路的输入端连接。升压模块用于在输入的电压超过第一设定值时启动并将输入的电压升压到第二设定值；储能模块用于存储升压模块输送过来的电能，并在存储到设定电量时将存储的电量输出至充电管理电路。本发明能够在低照度环境下进行充电，环境兼容性强，用户体验佳，利于推广使用。

Description

一种太阳能充电移动电源及太阳能充电方法

技术领域

本发明涉及便携式移动电源技术领域，尤其是涉及一种太阳能充电移动电源及太阳能充电方法。

背景技术

太阳能移动电源是指可以利用阳光照射给其内的蓄电池充电的设备。太阳能移动电源内采用了大容量的锂电池，锂电池具有容量大，无记忆效应，寿命长等优点。然而，锂电池对充放电要求比较高，锂电池应当有严格的充电程序来保证电池的容量和循环寿命，一般要求以恒流方式充电到4.2V，再以4.2V恒压充电至电流小于3mA。锂电池工作的终止电压为3V，低于3V无法正常放电，并且长时间低于终止电压，电池容量不易恢复或造成报废。另外，锂电池的工作温度不超过60°C，温度过高时必须停止充放电。上述问题是在太阳能移动电源的设计与生产过程中应当解决的问题。

现有公开号为CN103607021A的中国专利公开了一种具有MPPT功能的便携式太阳能移动电源，整机电路中，MPPT充电管理电路分别与太阳能电池板、锂电池保护电路连接，锂电池保护电路还分别与锂电池、升压电路连接，升压电路输出端经过流保护电路连接USB接口；壳体包括上盖和下盖，在上盖与下盖形成的空腔内收纳有聚合物锂电池和主控PCB电路板，上盖边缘设有标准的USB接口，对外输出提供5V/1A电源，上盖还设有电量显示按键孔位、四个电量指示LED灯和充电指示灯的孔位，下盖有固定螺丝位，用以固定上盖和下盖。

然而，上述中的现有技术方案存在以下缺陷：太阳能电池板需要光线达到一定照度时才能为锂电池充电，如果太阳能移动电源放在室内，或是放在室外但是处于阴面即处于阴暗区域时，太阳能电池板无法为锂电池冲电，从而导致了太阳能移动电源的充电环境具有局限性、用户体验不佳的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种太阳能充电移动电源及太阳能充电方法。

发明目的一是：提供一种太阳能充电移动电源，其优点是能够在低照度环境下进行充电，环境兼容性高，用户体验佳；

发明目的二是：提供一种太阳能充电方法，其解决了现有的太阳能充电移动电源在低照度环境下无法充电的问题，提高了太阳能充电移动电源的环境兼容性。

本发明的上述发明目的一是通过以下技术方案得以实现的：

一种太阳能充电移动电源，包括依次连接的太阳能电池板、充电管理电路、锂电池保护电路、升压电路、过流保护电路和USB 接口模块，所述锂电池保护电路还与锂电池连接；所述太阳能电池板和充电管理电路之间还设置有升压模块和储能模块，所述升压模块的输入端与太阳能电池板连接，所述升压模块的输出端与储能模块的输入端连接，所述储能模块的输出端与充电管理电路的输入端连接；

其中，所述升压模块用于在输入的电压超过第一设定值时启动并将输入的电压升压到第二设定值后输出至储能模块；所述储能模块用于存储升压模块输送过来的电能，并在存储到设定电量时将存储的电量输出至所述充电管理电路以对锂电池进行充电。

通过采用上述技术方案，当移动电源处于低照度环境时，低照产生的低压低功率的能量通过升压模块给储能模块充电，当储能模块内的电充到一定幅度时，再对锂电池做放大功率充电，从而达到了能够在低照度环境下进行充电的目的，具有环境兼容性高、用户体验佳的优点。

本发明进一步设置为：所述升压模块包括第一蓄能单元、电压门限单元和DC/DC转换单元；所述第一蓄能单元的输入端与太阳能电池板的输出端连接，用于存储所述太阳能电池板输入的电能；所述电压门限单元的输入端与第一蓄能单元的输出端连接，用于在所述第一蓄能单元存储的电量达到设定值时，将存储的电量释放至所述DC/DC转换单元；所述DC/DC转换单元用于将第一蓄能单元释放的电能升压到第二设定值后输出至所述储能模块。

通过采用上述技术方案，由于太阳能电池板输出的电流很小，所以其驱动能力较弱，所以系统的工作稳定性较差，而增加了第一蓄能单元后，太阳能电池板会先充电到第一蓄能单元，然后当第一蓄能单元内的电量存储到设定值时，再充电到储能模块，如此提高了供电功率，使得系统的工作稳定性大大提升。

本发明进一步设置为：所述第一蓄能单元与太阳能电池板之间连接有第一指示单元。

通过采用上述技术方案，第一指示单元具有指示作用，具体的，当太阳能电池板为第一蓄能单元充电时，第一指示单元发出指示信号。

本发明进一步设置为：所述储能模块包括第二蓄能单元、控制单元和开关单元；所述第二蓄能单元的输入端与升压模块的输出端相连，用于存储所述升压模块输送过来的电能；所述开关单元连接在第二蓄能单元的输出端与充电管理电路的输入端之间，用于控制所述第二蓄能单元与充电管理电路连通或断开；所述控制单元与第二蓄能单元及开关单元均连接，用于根据所述第二蓄能单元内存储的电量切换开关单元的通断状态。

通过采用上述技术方案，将升压模块输出的电能缓存后，当第二蓄能单元两端的电压达到设定值时才会为锂电池充电，大大提高了系统的工作稳定性。

本发明进一步设置为：所述开关单元为场效应管。

通过采用上述技术方案，场效应管的损耗低，从而有效保证了充电的效率，避免电能在流通的过程中造成较大损耗。

本发明进一步设置为：所述第二蓄能单元与充电管理电路之间连接有第二指示单元。

通过采用上述技术方案，第二指示单元具有指示作用，当第二蓄能单元为锂电池充电时，第二指示单元会发出指示信号。

本发明的上述发明目的二是通过以下技术方案得以实现的：

一种应用于移动电源的太阳能充电方法，其特征在于，所述太阳能充电方法基于上述技术方案所述的太阳能充电移动电源，包括以下步骤：

S100、将太阳能电池板在低照度环境下产生的能量通过第一蓄能单元存储起来；

S200、检测第一蓄能单元两端的电压是否达到第一设定值，若检测为是，则进入步骤S300；若检测为否，则返回步骤S100；

S300、将第一蓄能单元存储的电量释放，并经过DC/DC转换单元升压后给储能模块充电；

S400、检测储能模块两端的电压是否达到第二设定值，若检测为是，则进入步骤S500；若检测为否，则返回步骤S300；

S500、将储能模块内存储的电量输出至充电管理电路以对锂电池进行充电。

通过采用上述技术方案，第一蓄能单元能将太阳能电池板输出的电能缓存，并在储存到一定值时再充电到第二蓄能模块，当第二蓄能模块的电量冲到一定值时，则会为锂电池充电，解决了现有的太阳能充电移动电源在低照度环境下无法充电的问题，提高了太阳能充电移动电源的环境兼容性。

本发明进一步设置为：在整个充电过程中持续对第一蓄能单元两端的电压和储能模块两端的电压进行检测，当检测到第一蓄能单元两端的电压和/或储能模块两端的电压异常时，输出一报警信号。

通过采用上述技术方案，便于了解移动电源的太阳能工作部分的工作状态，当移动电源太阳能工作部分的工作状态异常时，能够及时的对其进行维护检修。

本发明进一步设置为：当第一蓄能单元两端的电压超过第一设定值持续第一时间阈值和/或储能模块两端的电压超过第二设定值持续第二时间阈值时，确定第一蓄能单元两端的电压和/或储能模块两端的电压异常。

通过采用上述技术方案，通过测试两个检测点的电压即可快速判断移动电源的太阳能工作部分的工作状态，从而使得判断效率大大提高。

本发明进一步设置为：在对第一蓄能单元两端和储能模块两端的电压进行检测时，同步将检测到的电压信息进行保存并形成供用户导出的电压数据表。

通过采用上述技术方案，能在对太阳能电源检修时为检修人员提供数据参考，大大提高了维修的成功率与效率。

综上所述，本发明的有益技术效果为：

1、通过升压模块和储能模块的设置，能够在低照度环境下进行充电，具有环境兼容性高、用户体验佳的优点；

2、通过第一蓄能单元和第二蓄能单元的设置，提高了太阳能电池板的供电功率，系统的工作稳定性更高；

3、通过两个测试点的设置，便于对移动电源的太阳能充电部分的工作状态进行判断，便于维护和检修。

附图说明

图1是实施例一示出的太阳能充电移动电源的整体结构示意图；

图2是实施例一示出的另一个太阳能充电移动电源的结构示意图；

图3是实施例一示出的升压模块的结构示意图；

图4是实施例一示出的储能模块的结构示意图；

图5是实施例二示出的应用于移动电源的太阳能充电方法的流程图。

图中，1、太阳能电池板；2、充电管理电路；3、锂电池保护电路；4、升压电路；5、过流保护电路；6、USB 接口模块；7、锂电池；8、升压模块；81、第一蓄能单元；82、电压门限单元；83、DC/DC转换单元；84、第一指示单元；9、储能模块；91、第二蓄能单元；92、控制单元；93、开关单元；94、第二指示单元。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

实施例一

参照图1，为本发明公开的一种太阳能充电移动电源，包括依次连接的升压模块8、储能模块9、太阳能电池板1、充电管理电路2、锂电池保护电路3、升压电路4、过流保护电路5和USB 接口模块6，锂电池保护电路3还与移动电源的锂电池7连接。

参照图2，升压模块8包括第一蓄能单元81、电压门限单元82和DC/DC转换单元83。第一蓄能单元81的输入端与太阳能电池板1的输出端连接，用于存储由太阳能电池板1输入的电能。电压门限单元82的输入端与第一蓄能单元81的输出端连接，用于在第一蓄能单元81存储的电量达到设定值时，将存储的电量释放至DC/DC转换单元83，即第一蓄能单元81的输出端也与DC/DC转换单元83的输入端连接。DC/DC转换单元83用于将第一蓄能单元81释放的电能升压到第二设定值后，输出至储能模块9。

参照图2和图3，第一蓄能单元81包括并联的电容C1、电容C2和电容C3，电容C1、电容C2和电容C3均为470uF/6.3V的有极性电容，且电容C1、电容C2和电容C3的正极均与太阳能电池板1的输出正极连接，电容C1、电容C2和电容C3的负极均与太阳能电池板1的输出负极连接。

参照图2和图3，电压门限单元82包括电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、二极管D1、电容C5、电压检测IC芯片U1和NPN三极管Q1，电压检测IC芯片U1的型号为HT7015，电阻R2、R4均为10K，电阻R3为15K，电阻R5为100K，二极管D1的型号为BAT43W，电容C5为10 uF。DC/DC转换单元83包括电容C4、电容C6、电容C7、电阻R6、电阻R7、 DC/DC 转换器U2、电感L2和二极管D2， DC/DC 转换器U2的型号为PT1301，电容C4、C6均为10 uF，电容C7为100P，电阻R6为1M，电阻R7为300K，电感L2为4.7 uH，二极管D2的型号为MBR0520。

参照图2和图3，电阻R2的一端连接至电容C3的正极、电容C4的一极以及电感L2的一端，电阻R2的另一端连接至二极管D1的阳极、二极管C5的一极以及电压检测IC芯片U1的VDD端，电压检测IC芯片U1的OUT端连接至电阻R3的一端、电阻R4的一端以及三极管Q1的基极，电压检测IC芯片U1的GND端连接至地、电容C5的另一极、电阻R5的一端、电容C4的另一极、 DC/DC 转换器U2的GND端、电阻R7的一端以及电容C6的一极，二极管D1的阴极与电阻R3的另一端相连，三极管Q1的集电极与电阻R4的另一端、 DC/DC 转换器U2的VDD端、二极管D2的阴极、电容C7的一极、电阻R6的一端以及电容C6的另一极相连，三极管Q1的发射极与 DC/DC 转换器U2的CE端以及电阻R5的另一端相连， DC/DC 转换器U2的LX端与电感L2的另一端、二极管D2的阳极相连， DC/DC 转换器U2的FB端与电容C7的另一极、电阻R6的另一端以及电阻R7的另一端相连。太阳能电池板1会先向电容C1、电容C2和电容C3充电，当并联的电容C1、电容C2和电容C3两端的电压大于1.5V时，电压检测IC芯片U1输出高电平至三极管Q1的基极，三极管Q1导通从而使得DC/DC 转换器U2的的使能端CE得电，使得DC/DC 转换器U2开始工作并将升压后的电能输送至储能模块9。

参照图2和图3，第一蓄能单元81与太阳能电池板1之间连接有第一指示单元84，具体的，第一指示单元84包括电阻R1和LED1，电阻R1为1.2K，电阻R1的一端与电容C1的正极连接，电阻R1的另一端与LED1的正极连接，LED1的负极接地，当太阳能电池板1为电容C1、C2、C3充电时，LED1亮。在本实施例中，电容C3的正极还连接有电压检测点Vcell，用于检测升压模块8是否正常工作。

参照图2，储能模块9包括第二蓄能单元91、控制单元92和开关单元93。第二蓄能单元91的输入端与升压模块8的输出端相连，用于存储升压模块8输送过来的电能。开关单元93连接在第二蓄能单元91的输出端与充电管理电路2的输入端之间，用于控制第二蓄能单元91与充电管理电路2连通或断开。控制单元92与第二蓄能单元91及开关单元93均连接，用于根据第二蓄能单元91内存储的电量切换开关单元93的通断状态。

参照图2和图4，第二蓄能单元91包括并联的电容C8、电容C9、电容C10、电容C11、电容C12、电容C13和电容C14，电容C8、电容C9、电容C10、电容C11、电容C12、电容C13和电容C14均为470uF/6.3V的有极性电容，且电容C8、电容C9、电容C10、电容C11、电容C12、电容C13和电容C14的正极均与二极管D2的阴极连接，电容C8、电容C9、电容C10、电容C11、电容C12、电容C13和电容C14的负极均接地。

参照图2和图4，控制单元92包括电阻R8、电阻R9、电阻R10、电阻R11、电容C15、电压检测IC芯片U3和NPN三极管Q2，电阻R8为33K，电阻R9为220K，电阻R10为10K，电阻R11为100K，电容C15为1nF，电压检测IC芯片U3的型号为HT7044，NPN三极管Q2的型号为MMBT2222。电压检测IC芯片U3的VDD端连接至电阻R8的一端、电阻R9的一端以及电容C15的一极，电压检测IC芯片U3的OUT端连接至电阻R9的另一端、电阻R10的一端以及NPN三极管Q2的基极，电压检测IC芯片U3的GND端连接至地、电容C15的另一极以及电阻R11的一端。电阻R8的另一端连接至电容C14的正极、电阻R10的另一端以及NPN三极管Q2的集电极，NPN三极管Q2的发射极连接至电阻R11的另一端。

参照图2和图4，开关单元93为NMOS场效应管Q3，场效应管Q3的栅极连接至NPN三极管Q2的发射极，场效应管Q3的源极与电阻R11远离NPN三极管Q2的一端连接，场效应管Q3的漏极连接有接口DC-OUT。第二蓄能单元91与充电管理电路2之间连接有第二指示单元94，具体的，第二指示单元94包括电阻R12和LED2，电阻R12为1.2K，电阻R12的一端连接至NPN三极管Q2的集电极，电阻R12的另一端连接至LED2的正极，LED2的负极连接至接口DC-OUT。升压模块8输出的电能会先向电容C8、电容C9、电容C10、电容C11、电容C12、电容C13和电容C14充电，当并联的电容C8、电容C9、电容C10、电容C11、电容C12、电容C13和电容C14两端的电压大于5.5V时，电压检测IC芯片U1输出高电平至三极管Q2的基极，三极管Q2导通从而使得场效应管Q3导通，并联的电容C8、电容C9、电容C10、电容C11、电容C12、电容C13和电容C14开始通过接口DC-OUT端为锂电池7充电。

上述实施例的实施原理为：

当移动电源处于低照度环境时，低照产生的低压低功率的能量先充电到第一蓄能单元81；当第一蓄能单元81两端的电压大于1.5V时，DC/DC转换单元83运作将电压升压后给第二蓄能单元91冲电；当第二蓄能单元91充到两端的电压达到5.5V时，会对锂电池7做放大功率充电。如此解决了低照度下太阳能充电移动电源无法充电的问题，具有环境兼容性强、用户体验佳的优点。

实施例二

参照图5，为本发明公开的一种基于实施例一的应用于移动电源的太阳能充电方法，包括以下步骤：

S100、将太阳能电池板1在低照度环境下产生的能量通过第一蓄能单元81存储起来；

S200、检测第一蓄能单元81两端的电压是否达到第一设定值1.5V，若检测为是，则进入步骤S300；若检测为否，则返回步骤S100；

S300、将第一蓄能单元81存储的电量释放，并经过DC/DC转换单元83升压后给储能模块9充电；

S400、检测储能模块9两端的电压是否达到第二设定值5.5V，若检测为是，则进入步骤S500；若检测为否，则返回步骤S300；

S500、将储能模块9内存储的电量输出至充电管理电路2以对锂电池7进行充电。

参照图5，在整个充电过程中，持续对第一蓄能单元81两端的电压和储能模块9两端的电压进行检测，当检测到第一蓄能单元81两端的电压和/或储能模块9两端的电压异常时，输出一报警信号，在本实施例中，该报警信号配置为报警灯亮。另外，当第一蓄能单元81两端的电压超过第一设定值持续第一时间阈值和/或储能模块9两端的电压超过第二设定值持续第二时间阈值和/或当第一蓄能单元81持续充放电即第一蓄能单元81两端的电压稳定增加衰减而第二蓄能单元91两端的电压不变化时，确定第一蓄能单元81两端的电压和/或储能模块9两端的电压异常。需要说明的是，在对第一蓄能单元81两端和储能模块9两端的电压进行检测时，同步将检测到的电压信息进行保存并形成供用户导出的电压数据表，在本实施例中，数据表中的内容为最近一星期内移动电源的充电数据。

本具体实施方式的实施例均为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1. 一种太阳能充电移动电源，包括依次连接的太阳能电池板(1)、充电管理电路(2)、锂电池保护电路(3)、升压电路(4)、过流保护电路(5)和USB 接口模块(6)，所述锂电池保护电路(3)还与锂电池(7)连接；其特征在于，所述太阳能电池板(1)和充电管理电路(2)之间还设置有升压模块(8)和储能模块(9)，所述升压模块(8)的输入端与太阳能电池板(1)连接，所述升压模块(8)的输出端与储能模块(9)的输入端连接，所述储能模块(9)的输出端与充电管理电路(2)的输入端连接；

其中，所述升压模块(8)用于在输入的电压超过第一设定值时启动并将输入的电压升压到第二设定值后输出至储能模块(9)；所述储能模块(9)用于存储升压模块(8)输送过来的电能，并在存储到设定电量时将存储的电量输出至所述充电管理电路(2)以对锂电池(7)进行充电。

2.根据权利要求1所述的太阳能充电移动电源，其特征在于，所述升压模块(8)包括第一蓄能单元(81)、电压门限单元(82)和DC/DC转换单元(83)；所述第一蓄能单元(81)的输入端与太阳能电池板(1)的输出端连接，用于存储所述太阳能电池板(1)输入的电能；所述电压门限单元(82)的输入端与第一蓄能单元(81)的输出端连接，用于在所述第一蓄能单元(81)存储的电量达到设定值时，将存储的电量释放至所述DC/DC转换单元(83)；所述DC/DC转换单元(83)用于将第一蓄能单元(81)释放的电能升压到第二设定值后输出至所述储能模块(9)。

3.根据权利要求2所述的太阳能充电移动电源，其特征在于，所述第一蓄能单元(81)与太阳能电池板(1)之间连接有第一指示单元(84)。

4.根据权利要求1所述的太阳能充电移动电源，其特征在于，所述储能模块(9)包括第二蓄能单元(91)、控制单元(92)和开关单元(93)；所述第二蓄能单元(91)的输入端与升压模块(8)的输出端相连，用于存储所述升压模块(8)输送过来的电能；所述开关单元(93)连接在第二蓄能单元(91)的输出端与充电管理电路(2)的输入端之间，用于控制所述第二蓄能单元(91)与充电管理电路(2)连通或断开；所述控制单元(92)与第二蓄能单元(91)及开关单元(93)均连接，用于根据所述第二蓄能单元(91)内存储的电量切换开关单元(93)的通断状态。

5.根据权利要求4所述的太阳能充电移动电源，其特征在于，所述开关单元(93)为场效应管。

6.根据权利要求4所述的太阳能充电移动电源，其特征在于，所述第二蓄能单元(91)与充电管理电路(2)之间连接有第二指示单元(94)。

7.一种应用于移动电源的太阳能充电方法，其特征在于，所述太阳能充电方法基于权利要求2所述的太阳能充电移动电源，包括以下步骤：

S100、将太阳能电池板(1)在低照度环境下产生的能量通过第一蓄能单元(81)存储起来；

S200、检测第一蓄能单元(81)两端的电压是否达到第一设定值，若检测为是，则进入步骤S300；若检测为否，则返回步骤S100；

S300、将第一蓄能单元(81)存储的电量释放，并经过DC/DC转换单元(83)升压后给储能模块(9)充电；

S400、检测储能模块(9)两端的电压是否达到第二设定值，若检测为是，则进入步骤S500；若检测为否，则返回步骤S300；

S500、将储能模块(9)内存储的电量输出至充电管理电路(2)以对锂电池(7)进行充电。

8.根据权利要求7所述的太阳能充电方法，其特征在于，在整个充电过程中持续对第一蓄能单元(81)两端的电压和储能模块(9)两端的电压进行检测，当检测到第一蓄能单元(81)两端的电压和/或储能模块(9)两端的电压异常时，输出一报警信号。

9.根据权利要求8所述的太阳能充电方法，其特征在于，当第一蓄能单元(81)两端的电压超过第一设定值持续第一时间阈值和/或储能模块(9)两端的电压超过第二设定值持续第二时间阈值时，确定第一蓄能单元(81)两端的电压和/或储能模块(9)两端的电压异常。

10.根据权利要求8所述的太阳能充电方法，其特征在于，在对第一蓄能单元(81)两端和储能模块(9)两端的电压进行检测时，同步将检测到的电压信息进行保存并形成供用户导出的电压数据表。

Images