CN202094649U - 太阳能电池充电电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开一种包括充电电路和恒压跟踪控制电路，所述恒压跟踪控制电路，连接在所述充电电路中，实时采集蓄电池充电时太阳能电池端电压、充电电流以及蓄电池端电压，将采集到的各数据值与预设太阳能电池电压给定值或预设蓄电池过充电压给定值进行比较，并依据比较结果输出相应的控制指令至所述充电电路以稳定或降低所述充电电路中的充电电流值。本实用新型的有益效果为：根据太阳电池的输出最大功率点处的电压值在不同日照下基本不变，采用恒压跟踪方式实现了对太阳电池的最大功率跟踪，有效地提高了太阳电池的工作效率，同时也改善了整个系统的工作性能。
Description
技术领域
本实用新型涉及太阳能利用领域，尤其涉及一种太阳能电池充电电路。
背景技术
随着经济的发展和社会的进步，人们对能源提出了越来越高的要求，寻找新能源已成为当前人类面临的迫切课题。由于太阳能发电具有火电、水电、核电所无法比拟的清洁性、安全性、资源的广泛性和充足性，太阳能被认为是二十一世纪最重要的能源。
随着太阳能光伏技术的发展和进步，太阳能电池作为一种新能源，在民用方面首先应用在照明灯具上，但是，在太阳能照明灯具的设计中，涉及光源、太阳能电池系统、蓄电池充放电控制等许多因素，其中任何一个环节出现问题都会造成产品缺陷。
目前，在各种光伏电站中，普遍采用太阳能电池来收集太阳能并将它储存于蓄电池中以便在需要时供给用户使用。然而，在利用太阳电池对蓄电池充电的过程中，由于太阳电池输出特性的非线性，太阳电池工作点并不是时刻处于最大功率点附近，从而造成太阳电池能量的浪费。
实用新型内容
针对上述问题，本实用新型的目的在于提供一种太阳能电池充电电路，包括充电电路和恒压跟踪控制电路，其中，
所述恒压跟踪控制电路，连接在所述充电电路中，实时采集蓄电池充电时太阳能电池端电压、充电电流以及蓄电池端电压，将采集到的各数据值与预设太阳能电池电压给定值或预设蓄电池过充电压给定值进行比较，并依据比较结果输出相应的控制指令至所述充电电路以稳定或降低所述充电电路中的充电电流值。
优选地，所述恒压跟踪控制电路包括：第一比较器、第二比较器、第三比较器、第一PI调节器、第二PI调节器、脉宽调制电路、驱动电路、太阳能电池电压采集电路、蓄电池电压采集电路以及充电电流采集电路，其中，
所述太阳能电池电压采集电路，实时采集太阳能电池的端电压；
所述蓄电池电压采集电路，采集蓄电池处于过充时的端电压；
所述第一比较器，将过充时采集到的蓄电池端电压与预设蓄电池过充电压给定值进行比较得出偏差信号；
所述第一PI调节器，将接收自所述第一比较器输出的偏差信号进行PI调节；
所述第二比较器，将充电时采集到的太阳能电池的端电压和预设太阳能电池电压给定值进行比较得出偏差信号；以及将过充时经所述第一PI调节器调节后的电压与预设太阳能电池电压给定值之和与采集到的太阳能电池的端电压进行比较得出偏差信号；
所述第二PI调节器，将接收自所述第二比较器输出的偏差信号进行PI调节；
所述充电电流采集电路，实时采集所述充电电路中的电流值；
所述第三比较器，将经所述第二PI调节器调节后的电流信号同采集到的所述充电电路中的电流值进行比较并得出比较结果；
所述脉宽调制电路，依据所述第二比较器得出的比较结果输出控制脉冲信号；
所述驱动电路，接收并依据所述脉宽调制电路输出的控制脉冲信号，控制所述Buck变换器中功率器件的占空比。
优选地，所述充电电路包括Buck变换器，连接在所述Buck变换器输入端的太阳电池以及连接在所述Buck变换器输入端的蓄电池。
优选地，所述Buck变换器包括三极管、电感器、电流互感器、电容器以及二极管，其中，
所述太阳电池的正极依次与三极管、电感器和第二二极管连接，第二二极管的输出端与蓄电池的负极连接；太阳电池的负极与电流互感器连接，电流互感器与蓄电池的负极连接；第一电容器的一端与三极管的输入端连接，另一端与太阳电池的负极连接；第一二极管的输出端与三级管的输出端连接，输入端与太阳电池的负极连接；第二电容器的一端与电感器的输出端连接，另一端与太阳电池的负极连接。
优选地，所述太阳电池采用多晶硅太阳能电池。
本实用新型的有益效果为：
1、利用TL494脉宽调制控制集成电路的输出脉冲来控制充电电路Buck变换器的占空比，以改变对蓄电池的充电电流，由此实现太阳电池的恒压跟踪，使太阳电池的输出功率接近最大功率；
2、根据太阳电池的输出最大功率点处的电压值在不同日照下基本不变，采用恒压跟踪方式实现了对太阳电池的最大功率跟踪，有效地提高了太阳电池的工作效率，同时也改善了整个系统的工作性能。
附图说明
图1是本实用新型实施例所述的太阳能电池充电电路的主电路图；
图2是电路的控制原理图；
图3是TL494脉宽调制控制集成电路的内部结构图；
图4是太阳电池的工作特性图。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本实用新型做进一步的描述。
如图1-2所示，一种太阳能电池充电电路1，包括充电电路和恒压跟踪控制电路2，其中，
所述恒压跟踪控制电路2，连接在所述充电电路1中，实时采集蓄电池充电时太阳能电池端电压、充电电流以及蓄电池端电压，将采集到的各数据值与预设太阳能电池电压给定值或预设蓄电池过充电压给定值进行比较，并依据比较结果输出相应的控制指令至所述充电电路1以稳定或降低所述充电电路1中的充电电流值。
作为本实用新型进一步的实施例，所述恒压跟踪控制电路2包括：第一比较器、第二比较器、第三比较器、第一PI调节器、第二PI调节器、脉宽调制电路、驱动电路、太阳能电池电压采集电路、蓄电池电压采集电路以及充电电流采集电路，其中，
所述太阳能电池电压采集电路，实时采集太阳能电池的端电压；
所述蓄电池电压采集电路，采集蓄电池处于过充时的端电压；
所述第一比较器，将过充时采集到的蓄电池端电压与预设蓄电池过充电压给定值进行比较得出偏差信号；
所述第一PI调节器，将接收自所述第一比较器输出的偏差信号进行PI调节；
所述第二比较器，将充电时采集到的太阳能电池的端电压和预设太阳能电池电压给定值进行比较得出偏差信号；以及将过充时经所述第一PI调节器调节后的电压与预设太阳能电池电压给定值之和与采集到的太阳能电池的端电压进行比较得出偏差信号；
所述第二PI调节器，将接收自所述第二比较器输出的偏差信号进行PI调节；
所述充电电流采集电路，实时采集所述充电电路中的电流值；
所述第三比较器，将经所述第二PI调节器调节后的电流信号同采集到的所述充电电路中的电流值进行比较并得出比较结果；
所述脉宽调制电路，依据所述第二比较器得出的比较结果输出控制脉冲信号；
所述驱动电路，接收并依据所述脉宽调制电路输出的控制脉冲信号，控制所述Buck变换器4中功率器件的占空比。
作为本实用新型进一步的实施例，所述充电电路1包括Buck变换器4，连接在所述Buck变换器4输入端的太阳电池3以及连接在所述Buck变换器4输入端的蓄电池5。
作为本实用新型进一步的实施例，所述Buck变换器4包括三极管6、电感器7、电流互感器8、电容器以及二极管，其中，
所述太阳电池3的正极依次与三极管6、电感器7和第二二极管10连接，第二二极管10的输出端与蓄电池5的负极连接；太阳电池3的负极与电流互感器8连接，电流互感器8与蓄电池5的负极连接；第一电容器11的一端与三极管6的输入端连接，另一端与太阳电池3的负极连接；第一二极管9的输出端与三级管6的输出端连接，输入端与太阳电池3的负极连接；第二电容器12的一端与电感器7的输出端连接，另一端与太阳电池3的负极连接。
作为本实用新型进一步的实施例，所述太阳电池3采用多晶硅太阳能电池。
本实用新型利用TL494脉宽调制控制集成电路的输出脉冲来控制充电电路Buck变换器的占空比，以改变对蓄电池的充电电流，由此实现太阳电池的恒压跟踪。如图3所示为TL494的内部结构。TL494由一个振荡器、两个比较器、两个误差放大器、一个触发器、双与门和双或非门、一个+5V基准电压源、两个NPN输出晶体管组成。脚6和脚5外接电阻Rt和Ct确定了振荡器产生锯齿波的频率foscfosc＝1/(RtCt)，输出调制脉冲的宽度是由电容Ct端的正向锯齿波和脚3、4输入的两个控制信号综合比较后确定的。脚13用来控制输出模式。脚4为死区时间控制端。脚1、脚16和脚2、脚15分别为两个误差放大器的同相和非同相输入端，可以分别接至给定信号和反馈信号，用作电压和电流调节器，完成系统的闭环控制，或者用作过流、过压、欠压和过热等比较器，实现保护功能。脚14为基准电压端，可为上述调节器和比较器提供参考基准。
如图2所示，充电电路的工作过程为：在充电阶段，蓄电池电压构成的电路不起作用，电压环仅由太阳电池电压构成的电路组成，此时，电压环的输出为电流环的给定，通过检测充电电路中蓄电池的的充电电流和给定电流相比较来改变TL494的输出脉冲宽度，使太阳电池电压紧紧跟踪给定电压，具体表现为：当太阳电池电压大于给定电压时，偏差信号经过PI调节后改变给定电流使加到TL494的电流输入端信号变大，TL494输出脉冲宽度增加，经驱动电路放大整形以驱动Buck变换器，使其导通占空比增加，蓄电池充电电流变大，根据图4的太阳电池的工作特性(A、B、C、D、E点为不同日照下的最大输出功率点，并且对应输出最大功率点处的电压值在不同日照下基本不变)，可知太阳电池电压会下降，电路达到稳态时，太阳电池电压等于给定电压，电流环的给定亦为稳定值，蓄电池的的充电电流等于给定电流；反之，当太阳电池电压小于给定电压时，TL494输出脉冲宽度减小，经驱动电路放大整形以驱动Buck变换器，使其导通占空比减小，蓄电池充电电流变小，太阳电池工作电压增加，电路达到稳态时太阳电池电压等于给定电压。
在过充电阶段，两个电路均起作用，电压环由太阳电池电压构成的电路和蓄电池电压构成的电路组成，此时，蓄电池电压和给定太阳电池工作电压之和大于太阳电池实际工作电压，偏差信号经过PI调节后加到TL494的电流输入端，使TL494输出脉冲宽度减小，蓄电池充电电流变小，根据图4的太阳电池的工作特性，可知太阳电池实际工作电压渐渐增大，直到稳态时，太阳电池工作于开路状态，蓄电池充电电流为零，从而实现了过充保护。
以上，仅为本实用新型的较佳实施例，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求所界定的保护范围为准。
Claims (5)
1.一种太阳能电池充电电路，包括充电电路，其特征在于：还包括恒压跟踪控制电路，其中，
所述恒压跟踪控制电路，连接在所述充电电路中，实时采集蓄电池充电时太阳能电池端电压、充电电流以及蓄电池端电压，将采集到的各数据值与预设太阳能电池电压给定值或预设蓄电池过充电压给定值进行比较，并依据比较结果输出相应的控制指令至所述充电电路以稳定或降低所述充电电路中的充电电流值。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池充电电路，其特征在于：所述恒压跟踪控制电路包括：第一比较器、第二比较器、第三比较器、第一PI调节器、第二PI调节器、脉宽调制电路、驱动电路、太阳能电池电压采集电路、蓄电池电压采集电路以及充电电流采集电路，其中，
所述太阳能电池电压采集电路，实时采集太阳能电池的端电压；
所述蓄电池电压采集电路，采集蓄电池处于过充时的端电压；
所述第一比较器，将过充时采集到的蓄电池端电压与预设蓄电池过充电压给定值进行比较得出偏差信号；
所述第一PI调节器，将接收自所述第一比较器输出的偏差信号进行PI调节；
所述第二比较器，将充电时采集到的太阳能电池的端电压和预设太阳能电池电压给定值进行比较得出偏差信号；以及将过充时经所述第一PI调节器调节后的电压与预设太阳能电池电压给定值之和与采集到的太阳能电池的端电压进行比较得出偏差信号；
所述第二PI调节器，将接收自所述第二比较器输出的偏差信号进行PI调节；
所述充电电流采集电路，实时采集所述充电电路中的电流值；
所述第三比较器，将经所述第二PI调节器调节后的电流信号同采集到的所述充电电路中的电流值进行比较并得出比较结果；
所述脉宽调制电路，依据所述第二比较器得出的比较结果输出控制脉冲信号；
所述驱动电路，接收并依据所述脉宽调制电路输出的控制脉冲信号，控制所述Buck变换器中功率器件的占空比。
3.根据权利要求1所述的太阳能电池充电电路，其特征在于：所述充电电路包括Buck变换器，连接在所述Buck变换器输入端的太阳电池以及连接在所述Buck变换器输入端的蓄电池。
4.根据权利要求2所述的太阳能电池充电电路，其特征在于：所述Buck变换器包括三极管、电感器、电流互感器、电容器以及二极管，其中，
所述太阳电池的正极依次与三极管、电感器和第二二极管连接，第二二极管的输出端与蓄电池的负极连接；太阳电池的负极与电流互感器连接，电流互感器与蓄电池的负极连接；第一电容器的一端与三极管的输入端连接，另一端与太阳电池的负极连接；第一二极管的输出端与三级管的输出端连接，输入端与太阳电池的负极连接；第二电容器的一端与电感器的输出端连接，另一端与太阳电池的负极连接。
5.根据权利要求1所述的太阳能电池充电电路，其特征在于：所述太阳电池采用多晶硅太阳能电池。
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| CN102629835A (zh) * | 2012-04-10 | 2012-08-08 | 东莞市有有光电有限公司 | 逆变器 |
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| CN112583081A (zh) * | 2020-12-22 | 2021-03-30 | 上海空间电源研究所 | 一种蓄电池快速无线充电电路 |
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| C14 | Grant of patent or utility model | ||
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
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