CN111277033A - 发电模块、发电装置和控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电力技术领域，公开了一种发电模块和发电装置。发电模块包括第一发电单元、第二发电单元、第一控制开关、第二控制开关和控制端，第一发电单元的一端为接地端，另一端为输出端；第二发电单元的一端为接地端，另一端为输出端；第一控制开关连接于第一发电单元和第二发电单元之间；第二控制开关连接于第二发电单元和地端之间；控制端分别连接第一控制开关和第二控制开关。通过控制端控制第一控制开关和第二控制开关的导通或关断，可以切换第一发电单元和第二发电单元之间的连接方式，进而切换第一发电单元和第二发电单元输出的电压，以满足充电路径管理模块和能量收集模块对不同输入电压的需求。

Description

发电模块、发电装置和控制方法

技术领域

本发明涉及电力技术领域，特别是涉及一种发电模块、发电装置和控制方法。

背景技术

目前国内共享单车主流的电力系统供电方案是内置锂电池，并采用太阳能电池板供电，相比发电花鼓、风力发电等方案，具有发电功率大、持续发电时间长、成本低、安装简单等优点。为了提高太阳能电池板的能量利用率，当前采用的方案一般是以传统的充电管理方案为主，能量收集方案为辅。但是，该方案中充电路径管理模块和能量收集模块所要求的输入电压不同，而采用传统的单路电压输出的太阳能电池板，无法同时兼顾到两者。

发明内容

基于此，有必要针对传统的单路电压输出的太阳能电池板无法同时兼顾充电路径管理模块和能量收集模块所需的输入电压的问题，提供一种发电模块、发电装置和控制方法。

一种发电模块，包括：

第一发电单元，一端为接地端，另一端为输出端；

第二发电单元，一端为接地端，另一端为输出端；

第一控制开关，连接于所述第一发电单元和所述第二发电单元之间；

第二控制开关，连接于所述第二发电单元和地端之间；

控制端，分别连接所述第一控制开关和所述第二控制开关，用于发送控制信号至所述第一控制开关和所述第二控制开关。

在其中一个实施例中，所述控制信号为电平信号。

在其中一个实施例中，所述第一控制开关为PMOS晶体管，所述第二控制开关为NMOS晶体管；或，所述第一控制开关为NMOS晶体管，所述第二控制开关为PMOS晶体管。

在其中一个实施例中，所述第一控制信号和所述第二控制信号为导通或断开控制开关的控制指令。

在其中一个实施例中，还包括：

第一二极管，串联于所述第一发电单元的输出端；

第二二极管，串联于所述第二发电单元的输出端。

在其中一个实施例中，所述第一发电单元和所述第二发电单元中均包括一个或多个串联的硅晶发电子单元。

在其中一个实施例中，所述第一发电单元和所述第二发电单元呈U型排列，所述第一发电单元和所述第二发电单元分别作为U型的两个侧边。

一种发电装置，包括一个或多个如上所述的发电模块。

在其中一个实施例中，各所述发电模块的控制端并联，第一发电单元和第二发电单元的输出端并联，第一发电单元和第二发电单元的接地端并联。

一种上述发电模块的控制方法，包括：

控制端发送第一控制信号至第一控制开关和第二控制开关，所述第一控制开关导通，所述第二控制开关断开，所述第一发电单元和所述第二发电单元串联输出第一电压；

控制端发送第二控制信号至第一控制开关和第二控制开关，所述第一控制开关断开，所述第二控制开关导通，所述第一发电单元和所述第二发电单元并联输出第二电压。

上述发电模块，包括第一发电单元和第二发电单元，第一发电单元和第二发电单元之间设置有第一控制开关，第二发电单元和地端之间设置有第二控制开关，控制端分别与第一控制开关和第二控制开关连接，用于控制第一控制开关和第二控制开关的导通或关断。通过控制端控制第一控制开关和第二控制开关的导通或关断，可以切换第一发电单元和第二发电单元之间的连接方式，即，第一发电单元可以与第二发电单元串联，也可以并联，进而切换第一发电单元和第二发电单元输出端输出的电压，以满足充电路径管理模块和能量收集模块对不同输入电压的需求。并且，该发电模块在切换至不同的输出电压时，均能输出与总发电面积接近的发电能量，能量利用率较高。

附图说明

图1为本发明实施例一提供的发电模块的一种实施方式的结构示意图；

图2为本发明实施例一提供的发电模块的另一种实施方式的结构示意图；

图3为本发明实施例一提供的发电模块中第一发电单元和第二发电单元排布示意图；

图4为本发明实施例一提供的发电模块的一个具体示例；

图5为本发明实施例二提供的发电装置的结构示意图；

图6为第一发电单元和第二发电单元直条型排布时，发电装置的1/4角落被遮挡的示意图；

图7为第一发电单元和第二发电单元U型排布时，发电装置的1/4角落被遮挡的示意图；

图8为第一发电单元和第二发电单元直条型排布时，发电装置的1/4居中位置被遮挡的示意图；

图9为第一发电单元和第二发电单元U型排布时，发电装置的1/4居中位置被遮挡的示意图；

图10为第一发电单元和第二发单单元直条型排布时，发电装置的1/2被遮挡的示意图；

图11为第一发电单元和第二发单单元U型排布时，发电装置的1/2被遮挡的示意图。

附图标记：

10-第一发电单元；101-硅晶发电子单元；11-第二发电单元；12-第一控制开关；13-第二控制开关；14-控制端；15-第一二极管；16-第二二极管。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的优选实施方式。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反的，提供这些实施方式的目的是为了对本发明的公开内容理解得更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”、“上”、“下”、“前”、“后”、“周向”以及类似的表述是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

实施例一

本发明实施例提供了一种发电模块，可应用于太阳能发电、风能发电、水能发电等各种发电技术中，本申请以太阳能为例进行描述。

如图1所示，本实施例所提供的发电模块包括第一发电单元10、第二发电单元11、第一控制开关12、第二控制开关13以及控制端14。

其中，第一发电单元10的一端为接地端，另一端为输出端；第二发电单元11的一端为接地端，另一端为输出端。第一发电单元10和第二发电单元11的接地端并联，第一发电单元10和第二发电单元11的输出端并联。

第一控制开关12连接于第一发电单元10和第二发电单元11之间，第二控制开关13连接于第二发电单元11和地端之间。当第一控制开关12导通，第二控制开关13断开时，第一发电单元10和第二发电单元11串联，当第一控制开关12断开，第二控制开关13导通时，第一发电单元10和第二发电单元11并联。当第一发电单元10和第二发电单元11串联或并联时，其输出端输出的电压不同，实际应用时，一般地，能量收集模块要求较低的输入电压，充电路径管理模块要求较高的输入电压，因此，可控制第一发电单元10和第二发电单元11串联时输出电压至充电路径管理模块，控制第一发电单元10和第二发电单元11并联时输出电压至能量收集模块，以满足充电路径管理模块和能量收集模块对不同输入电压的需求。

控制端14分别连接第一控制开关12和第二控制开关13，用于控制第一控制开关12和第二控制开关13的导通或关断。控制端14可以单独控制第一控制开关12和第二控制开关13，也可以同时控制第一控制开关12和第二控制开关13。单独控制指的是，控制端14具有两条输出线，分别连接第一控制开关12和第二控制开关13，可独立控制第一控制开关12和第二控制开关13的导通或关断。同时控制指的是，控制端14通过一条输出线同时连接第一控制开关12和第二控制开关13，发出同一个控制信号给第一控制开关12和第二控制开关13，即能实现第一发电单元10和第二发电单元11的串联或并联。本实施例中，优选地，控制端14通过一条输出端同时连接第一控制开关12和第二控制开关13。

本实施例所提供的充电模块通过控制端14控制第一控制开关12和第二控制开关13的导通或关断，可以切换第一发电单元10和第二发电单元11之间的连接方式，即，第一发电单元10可以与第二发电单元11串联，也可以并联，进而切换第一发电单元10和第二发电单元11输出端输出的电压，以满足充电路径管理模块和能量收集模块对不同输入电压的需求。并且，该发电模块在切换至不同的输出电压时，均能输出与总发电面积接近的发电能量，能量利用率较高。

作为一种优选的实施方式，本实施例中，控制端14发出第一控制信号时，第一控制开关12导通，第二控制开关13断开；控制端14发出第二控制信号时，第一控制开关12断开，第二控制开关13导通。即，控制端14将第一控制信号同时发送至第一控制开关12和第二控制开关13时，第一控制开关12导通，第二控制开关13断开，第一发电单元10和第二发电单元11串联，其输出电压较大，可提供给充电路径模块。控制端14将第二控制信号同时发送至第一控制开关12和第二控制开关13时，第一控制开关12断开，第二控制开关13导通，第一发电单元10和第二发电单元11并联，其输出电压较小，可提供给能量收集模块。

作为一种优选的实施方式，本实施例中，第一控制信号和第二控制信号为电平信号。即，通过电平信号控制第一控制开关12和第二控制开关13的导通和关断。

优选地，第一控制开关12为PMOS晶体管，第二控制开关13为NMOS晶体管，控制端14分别连接PMOS晶体管的栅极和NMOS晶体管的栅极，当第一控制信号为低电平时，PMOS晶体管导通，NMOS晶体管关断，即实现第一发电单元10和第二发电单元11的串联。当第二控制信号为高电平时，PMOS晶体管关断，NMOS晶体管导通，即实现第一发电单元10和第二发电单元11的并联。

作为变形实施方式，第一控制开关12为NMOS晶体管，第二控制开关13为PMOS晶体管。即，当第一控制信号为低电平时，NMOS晶体管关断，PMOS晶体管导通，即实现第一发电单元10和第二发电单元11的并联。当第二控制信号为高电平时，NMOS晶体管导通，PMOS晶体管关断，即实现第一发电单元10和第二发电单元11的串联。

作为一种可替换的实施方式，本实施例中，第一控制信号和第二控制信号为导通或断开控制开关的控制指令。即，通过程序控制的方式，实现第一控制开关12和第二控制开关13的导通或关断。

作为一种优选的实施方式，如图2所示，本实施例中的充电模块还包括第一二极管15和第二二极管16，第一二极管15串联于第一发电单元10的输出端，且第一二极管15的阳极与第一发电单元10连接，第二二极管16串联于第二发电单元11的输出端，且第二二极管16的阳极与第二发电单元11连接。第一二极管15和第二二极管16的设置一方面可以在第一发电单元10和第二发电单元11并联时将两者隔开，避免相互影响；另一方面，二极管本身具有一定的压降，发电单元产生的电压降压之后再输出，满足对输入电压要求较低的能量收集模块的需求。

作为进一步优选的实施方式，第一二极管15和第二二极管16选用肖特基二极管。肖特基二极管具有整流特性，因此，发电单元经肖特基二极管整流后再输出。

本实施例中，第一发电单元10和第二发电单元11中均包括一个或多个串联的硅晶发电子单元101。

作为一种优选的实施方式，如图3所示，本实施例中，第一发电单元10和第二发电单元11呈U型排列，第一发电单元10和第二发电单元11分别作为U型的两个侧边。该排布方式避免了整个电流通路被遮挡物横腰阻隔而造成输出能力的大幅下降。

下面为本实施例所提供的发电模块的一个具体示例：

如图4所示，发电模块包括第一发电单元10和第二发电单元11，其中，第一发电单元10和第二发电单元11均包括串联的6个硅晶发电子单元101，第一发电单元10的一端为接地端，另一端为输出端，第二发电单元11的一端为接地端，另一端为输出端，第一发电单元10和第二发电单元11的接地端并联，输出端并联，第一发电单元10和第二发电单元11的输出端均串联有一肖特基二极管。第一发电单元10和第二发电单元11之间连接有一PMOS晶体管，第二发电单元11和地端之间连接一NMOS晶体管，PMOS晶体管和NMOS晶体管的栅极均连接控制端14。

其中，每个硅晶发电单元的输出电压为0.5V，第一发电单元10和第二发电单元11的输出电压均为3V，肖特基二极管的压降为0.4V。当控制端14发送低电平至PMOS晶体管和NMOS晶体管的栅极时，PMOS晶体管导通，NMOS晶体管断开，此时，第一发电单元10和第二发电单元11串联，输出端输出5.6V电压。当控制端14发送高电平至PMOS晶体管和NMOS晶体管的栅极时，PMOS晶体管断开，NMOS晶体管导通，此时，第一发电单元10和第二发电单元11并联，输出端输出2.6V电压。

实际应用时，该发电模块的输出端分别连接充电路径管理模块和能量收集模块，充电路径管理模块连接锂电池，同时通过一理想二极管连接待供电目标，能量收集模块连接锂离子电容电池，同时通过一理想二极管连接待供电目标。当上述充电模块输出端输出5.6V时，其输出端为充电路径管理模块供电，当上述充电模块输出端输出2.6V时，其输出端为能量收集模块供电。进而实现双电压分时输出的目的，同时兼顾充电路径管理模块和能量收集模块所需的输入电压。

本实施例还提供了一种上述发电模块的控制方法，包括以下步骤：

控制端发送第一控制信号至第一控制开关和第二控制开关，所述第一控制开关导通，所述第二控制开关断开，所述第一发电单元和所述第二发电单元串联输出第一电压。

控制端发送第二控制信号至第一控制开关和第二控制开关，所述第一控制开关断开，所述第二控制开关导通，所述第一发电单元和所述第二发电单元并联输出第二电压。

具体内容可参见上述发电模块的相关描述，在此不赘述。

实施例二

本发明实施例提供了一种发电装置，包括一个或多个实施例一所提供的发电模块，如图5所示，各个发电模块呈矩阵式规则分布。

作为一种优选的实施方式，各发电模块的控制端14并联，第一发电单元10和第二发电单元11的输出端并联，第一发电单元10和第二发电单元11的接地端并联。即，控制端14同时控制各个发电模块。

以实施例一中的具体示例为例，假设发电装置中包含4个发电模块，当控制端14发送低电平信号时，各个发电模块中的第一发电单元10和第二发电单元11串联，则该发电装置是由4个输出电压为5.6V的发电模块并联而成；当控制端14发送高电平信号时，各个发电模块中的第一发电单元10和第二发电单元11并联，则该发电装置是由8个输出电压为2.6V的发电模块并联而成。

另外，各发电模块中的第一发电单元10和第二发电单元11均呈U型排列，第一发电单元10和第二发电单元11分别作为U型的两个侧边。该排布方式避免了整个电流通路被遮挡物横腰阻隔而造成输出能力的大幅下降。

具体地，结合图6-图11，分别对直条型排布方式和U型排布方式下，发电模块整体输出能力因遮挡的下降幅度进行比对：

由上表可知，采用U型排布方式时，发电模块被遮挡后的输出能力的下降幅度明显小于采用直条型排布时发电模块被遮挡后的输出能力的下降幅度。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种发电模块，其特征在于，包括：

第一发电单元，一端为接地端，另一端为输出端；

第二发电单元，一端为接地端，另一端为输出端；

第一控制开关，连接于所述第一发电单元和所述第二发电单元之间；

第二控制开关，连接于所述第二发电单元和地端之间；

控制端，分别连接所述第一控制开关和所述第二控制开关，用于发送控制信号至所述第一控制开关和所述第二控制开关。

2.根据权利要求1所述的发电模块，其特征在于，所述控制信号为电平信号。

3.根据权利要求2所述的发电模块，其特征在于，所述第一控制开关为PMOS晶体管，所述第二控制开关为NMOS晶体管；或，所述第一控制开关为NMOS晶体管，所述第二控制开关为PMOS晶体管。

4.根据权利要求1所述的发电模块，其特征在于，所述控制信号为导通或断开控制开关的控制指令。

5.根据权利要求1所述的发电模块，其特征在于，还包括：

第一二极管，串联于所述第一发电单元的输出端；

第二二极管，串联于所述第二发电单元的输出端。

6.根据权利要求1-5任一项所述的发电模块，其特征在于，所述第一发电单元和所述第二发电单元中均包括一个或多个串联的硅晶发电子单元。

7.根据权利要求6所述的发电模块，其特征在于，所述第一发电单元和所述第二发电单元呈U型排列，所述第一发电单元和所述第二发电单元分别作为U型的两个侧边。

8.一种发电装置，其特征在于，包括一个或多个如权利要求1-7任一项所述的发电模块。

9.根据权利要求8所述的发电装置，其特征在于，各所述发电模块的控制端并联，第一发电单元和第二发电单元的输出端并联，第一发电单元和第二发电单元的接地端并联。

10.一种如权利要求1-7任一项所述的发电模块的控制方法，其特征在于，包括：

控制端发送第一控制信号至第一控制开关和第二控制开关，所述第一控制开关导通，所述第二控制开关断开，所述第一发电单元和所述第二发电单元串联输出第一电压；

控制端发送第二控制信号至第一控制开关和第二控制开关，所述第一控制开关断开，所述第二控制开关导通，所述第一发电单元和所述第二发电单元并联输出第二电压。

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