CN203787983U - 可扩容便携式光伏移动电源系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及可扩容便携式光伏移动电源系统设备领域，本实用新型包括光伏移动电源系统和可扩容光伏组件，其中光伏移动电源系统包括系统自身集成光伏组件、控制器、LCD屏、蓄电池、5VUSB输出接口、220VAC输出接口及箱体，可扩容光伏组件通过扩容接口与光伏移动电源系统连接，可扩容光伏组件和系统自身集成光伏组件将太阳能转换成电能对蓄电池进行充电，负载工作时蓄电池将化学能还原为电能通过5VUSB输出接口、220VAC输出接口向负载提供电能。其中可扩容光伏组件采用光伏折叠组件在增加系统容量同时有效减少了系统的重量和体积，满足目前野外旅游、军事及抗险救灾对光伏移动电源系统的便携性、实用性的使用要求。

Description

可扩容便携式光伏移动电源系统

技术领域

本发明涉及光伏移动电源系统的优化集成设备领域，特别是可扩容便携式光伏移动电源系统装置。 

背景技术

目前现有的光伏移动电源系统通常用于野外旅游、登山、军事活动中，在抗险救灾等特殊情况下也可用于气候条件苛刻地区、无电偏远地区、电力短缺地区的应急性电力供应，具备一定的便携性和可移动性，但是效果不太理想，实用性较差，其中以目前常用的40W光伏移动电源系统为例进行说明，系统配置2块20W的光伏组件，1块12V24AH的铅酸蓄电池。其中蓄电池重量约7.5Kg，光伏组件重量约2.5Kg，再加上控制器，逆变器及箱体等其它设备的重量，整套系统重量至少在17.5Kg以上。另一方面由于采用了铅酸蓄电池和传统的光伏组件，致使箱体的外形尺寸较大。这些因素严重降低了光伏移动电源系统的便携性和移动性，同时限于铅酸蓄电池的电池容量有限而无法提供较大功率负载较长时间工作，没有实现移动电源的“随用随取”，实用性较差，无法满足目前光伏移动电源系统的使用要求。 

发明内容

由于现有的光伏移动电源系统的存在体积大、重量重、便携移动差、无法提供较大功率负载及较长时间工作、实用性较差等技术问题，为了解决上述技术问题，本发明提供可扩容便携式光伏移动电源系统，通过增加可扩容光伏组件、蓄电池采用锂聚合物电池等方式对光伏移动电源系统进行集成优化设计，有效解决了现有光伏移动电源系统的便携性、可移动性及实用性差的技术难题，满足了为气候条件苛刻地区、无电偏远地区、电力短缺地区的人们提供可靠的 生活用电及应急用电的使用要求，同时满足了野外旅游、登山、军事活动中的电力供应要求。 

本发明为解决上述技术问题，采用的技术方案是： 

可扩容便携式光伏移动电源系统，包括光伏移动电源系统和可扩容光伏组件，其中光伏移动电源系统包括系统自身集成光伏组件、控制器、LCD屏、蓄电池、5VUSB输出接口、220VAC输出接口及箱体。本发明通过系统自身集成光伏组件及可扩容光伏组件发电获取电能经控制器控制给蓄电池充电，蓄电池通过控制器的控制放电，通过5VUSB输出接口、经逆变器逆变为220V交流电通过220V AC输出接口对负载提供电能。其中可扩容光伏组件通过扩容接口与控制器的直流输入采样电路连接的方式实现与光伏移动电源系统的连接，其中可扩容光伏组件发电获取电能经控制器控制给蓄电池充电。其中控制器包括控制器电路板和控制器外壳，逆变器包括逆变器电路板和逆变器外壳。 

可扩容光伏组件采用的是光伏折叠组件，其中光伏折叠组件是除去钢化玻璃板及边框、衬底采用帆布衬底的光伏组件。 

本发明的有益效果：本发明通过在光伏移动电源系统基础上增加可扩容光伏组件及对光伏移动电源系统各部件的优化集成设计的方式来有效解决光伏移动电源系统的便携性差及电源容量的扩容技术难题。本发明的可扩容便携式光伏移动电源系统体积小、重量轻、便于携带，具备通过可扩容光伏组件扩容增加发电量的技术特点，具备更加广泛的实用性，满足了目前野外旅游、登山、军事活动等对光伏移动电源系统便携性及实用性的要求。 

附图说明：

图1 本发明的结构框图。 

图2 附图1中所示光伏移动电源系统的电路结构框图。 

图3 光伏组件实施例结构示意图。 

图4 附图3的左视图。 

图5 附图4中所示A部分局部放大图。 

图6 光伏折叠组件实施例的结构示意图。 

图7 附图6的左视图。 

图8 与附图6所示光伏折叠组件配套使用的轻型可调支架结构示意图。 

图中，1.电池片、2.电池组件、3.钢化玻璃面板、4.边框、5.衬底、6.铝合金管、7.活动关节。 

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细描述： 

如图1所示，本发明是在现有光伏移动电源系统基础上进行的改进，本发明包括光伏移动电源系统和与光伏移动电源系统相连接的可扩容光伏组件，需要充电时将可扩容光伏组件通过扩容接口与光伏移动电源系统的连通并在控制器的控制下实施充电。不需要充电时可扩容光伏组件与光伏移动电源系统断开。 

如图2所示，本发明所包括的光伏移动电源系统是目前常用的一种移动电源系统。 

光伏移动电源系统由系统自身集成光伏组件、控制器、LCD屏、蓄电池、5VUSB输出接口、220VAC输出接口及箱体构成。 

各部件的具体连接关系及工作过程为： 

实施充电及电能储存过程：系统自身集成光伏组件和可扩容光伏组件都将太阳能转换为电能，通过控制器给蓄电池充电，其中系统自身集成光伏组件通过依次与控制器中的直流输入采样电路、输入保护电路与微处理器连接的方式实现与控制器的电路连接，具体功能是发电并通过控制器给蓄电池充电；其中 可扩容光伏组件与光伏移动电源系统连接的具体方式是可扩容光伏组件通过扩容接口、直流输入采样电路、输入保护电路及充电驱动电路与微处理器连接的方式接入光伏移动电源系统，具体运行过程是当阳光照射会在系统自身集成光伏组件和可扩容光伏组件上产生一定的电压和电流，直流输入采样电路将电压、电流值传送至微处理器；同时微处理器检测蓄电池处于低电压状态时则发出指令，控制充电驱动电路工作及驱动功率器件A闭合，接通充电电路回路对蓄电池进行充电；充电过程中微处理器监测蓄电池进入浮充状态后发出指令，关断充电回路，防止蓄电池出现过充电。同时微处理器将直流输入采样电路所采集的信号进行A/D转换，进行量化，将各项参数及系统工作状态发送到LCD屏显示，便于用户及时了解系统工作状态和各项参数值。 

蓄电池放电具体过程是：当用户需要用电时，通过按键操作将信息发送至微处理器，微处理器检测锂电池的状态，在电池处于正常使用状态情况下，发出指令，控制放电驱动电路工作，驱动功率器件B闭合，接通放电电路回路，直流输出分两路，一路经5V电源电路转换通过5VUSB输出接口提供5V直流电，另一路经逆变器逆变为220V交流电；放电过程中，微处理器一直监测蓄电池的状态，当蓄电池电压值降低至欠压报警值后，发出指令关断放电电路回路，防止蓄电池出现过放电。采用上述设计达到在额定工作电流范围内为所有单相交流负载，以及具有USB充电功能的众多电子产品提供绿色可靠电源，大大增强了系统的实用性。同时微处理器将电流传感器所采集的信号进行A/D转换，进行量化，将各项参数及系统工作状态发送到LCD屏显示出来，便于用户及时了解系统工作状态和各项参数值。 

其中： 

电源管理电路：对蓄电池存储的电能，进行DC-DC转换，为微处理器和部分元器件提供工作电源。 

温度传感器：实时采集系统环境温度，将信息传送给微处理器，微处理器依据此信息判定是否对蓄电池充电进行温度补偿及补偿量大小；同时，检测系统实时温度，对系统进行温度保护。 

电流传感器：实时采集系统输出电流，将信息反馈给微处理器，微处理器依据此信息，控制直流输出保护电路，对系统输出进行相应的保护操作。 

LCD屏：显示系统实时工作状态和系统的各项参数。便于用户了解系统工作状态，系统参数的查看。 

按键：对系统进行操作。 

系统自身集成光伏组件与可扩容光伏组件均属于光伏组件，两者功能相同，基本结构是相同或相似的。其中系统自身集成光伏组件是固定安装在铝合金箱体上的光伏组件，容量根据可扩容便携式光伏移动电源系统所需发电量配制的；其中可扩容光伏组件是作为扩容备用的光伏组件，容量是按照系统自身集成光伏组件容量的1-2倍来配制的。利用可扩容光伏组件充电达到将光伏组件容量扩至系统原配容量的2-3倍，提高充电效率并缩短充电时间的目的。 

本发明将光伏移动电源系统中的蓄电池采用为锂聚合物电池，其中锂聚合物电池的电解质采用固态聚合物材料，可制成任意形状。在相同电压等级下与容量相同的铅酸蓄电池相比具备能量密度高，体积少重量轻，不含重金属，无污染的特点，例如与容量为12V24AH的铅酸蓄电池相比，采用锂聚合物电池的体积减少约20％、重量减轻约40％-50％。 

控制器是系统的核心部件，控制器的核心部件是微处理器，控制器主要作用是对锂聚合物电池的充放电进行控制管理。控制器由微处理器、分别与微处 理器连接的放电驱动电路、电流传感器、按键、温度传感器、电源管理电路、输入保护电路、直流输出保护电路及充电驱动电路构成，例如以目前常用的以ATMEL公司AVR系统单片机为微处理器并在此基础上构成的控制器的结构及功能具体说明，控制器中的微处理器由ATMEL公司AVR系统单片机实现，其引脚封装为TQFP32，芯片内部集成了大容量的存储器和丰富强大的硬件接口电路，其中LM7805输出5V电压来为单片机提供电源；TL431作为可控精密稳压源，通过调节电阻R4，R5来调节输出5V电压，作为模数转换的参考电压；选用LM324，利用其内部两个独立的高增益双运算放大器，完成电压，电流信号的采集，将信号送至单片机A/D转换引脚；充电部分，由单片机控制推挽式电路，由其驱动两个“背靠背”的MOS管开通与关断，完成充电及充电过程中相应的保护；放电部分，同样采用推挽式电路，由其驱动单个MOS管开通与关断，完成放电及放电过程中相应的保护。 

其中控制器包括控制器电路板和控制器外壳，逆变器包括逆变器电路板和逆变器外壳。但是本发明为了进一步减少系统的重量和体积及节省成本投入，将光伏移动电源系统中控制器的控制器外壳及逆变器的逆变器外壳除去，其中控制器只包括控制器电路板、逆变器只包括逆变器电路板。 

如图3、4、5所示，由于单个电池片的电流和电压都很小，将电池片先串联获得高电压再并联获得高电流，最后通过旁路二极管输出是目前最常用光伏组件的运行原理和结构。附图3所示的光伏组件实施例是目前最常用的光伏组件，其他种类的光伏组件与附图3所示光伏组件的功能相同，基本结构是相同或相似的。 

光伏组件由电池组件、钢化玻璃面板、边框、衬底构成的长方形板状结构，其中光伏组件分为三层，中层是光伏组件的核心部件电池组件，上层为覆盖在 电池组件上表面，对电池组件起保护作用的钢化玻璃面板，下层是铺设在电池组件下表面对电池组件起支撑保护作用的衬底，光伏组件的四壁由边框固定并封装成一个整体。 

其中电池组件由若干个电池片先串联后并联，然后与旁路二极管连接输出的充电电路构成； 

其中边框由不锈钢、铝合金或其他非金属制成，最常用的边框是铝合金制作的铝合金边框；衬底采用TPT、TPE等材质制成，较常用的是TPT制作的TPT衬底。 

其中系统自身集成光伏组件和可扩容光伏组件均属于光伏组件。 

其中系统容量是光伏组件的容量决定，光伏组件的容量由太阳能发电电路中电池片的规格及数量决定的。 

如图6、7所示，本发明为了在提高系统容量同时减少系统的重量和体积将可扩容光伏组件采用光伏折叠组件，其中光伏折叠组件是保留电池组件，除去钢化玻璃面板及边框、衬底采用帆布衬底的光伏组件。 

其中在附图3所示的光伏组件结构基础上改造后的光伏折叠组件的具体结构是：光伏折叠组件没有钢化玻璃面板及边框、衬底为采用帆布材质的帆布衬底，光伏折叠组件可顺着电池组件的边缘折叠起来放入箱体内，在充电时再将光伏折叠组件展开。光伏折叠组件具备耐折叠、重量轻、易携带的技术优点。例如与功率同为40W的光伏组件相比，采用光伏折叠组件的重量可减轻约40％-50％，面积可减少约60％-70％，体积减少约30％。 

其中由于军用数码迷彩帆布强度、防水等性能强于一般帆布，因此光伏折叠组件的衬底采用军用数码迷彩帆布制作的军用数码迷彩帆布衬底。 

如图8所示，为了使光伏折叠组件在发电时充分接收阳光提高充电效率， 轻型可调支架与光伏折叠组件配套使用。 

其中本发明中可扩容光伏组件的扩容功能实现过程是：在无市电地区，天气状态不理想而又急于给锂聚合物电池充电时，将轻型可调支架撑开后将光伏折叠组件展开放置在轻型可调支架上，或者用粘带将光伏折叠组件固定在轻型可调支架上，通过调节轻型可调支架的角度和方位为光伏折叠组件设置最优的方位角与倾角后将光伏折叠组件通过安装在箱体侧面的扩容接口连通扩容电路回路，可扩容光伏组件与系统自身集成光伏组件一起工作将太阳能转换为电能后为蓄电池充电。充电结束或不需要充电时，将光伏折叠组件脱离轻型可调支架，通过将轻型可调支架和光伏折叠组件折叠放入箱体内达到节省面积和体积的作用。其中为光伏折叠组件设置最优的方位角与倾角是以通过人工调整方式使得光伏折叠组件上的电池片尽可能多接收太阳光达到最佳充电效果为准， 

轻型可调支架是由若干根活动连接的铝合金管构成用于支撑光伏折叠组件的活动骨架结构，其中铝合金管之间的活动连接是通过活动关节实现的。 

轻型可调支架通过铝合金管之间的活动连接实现展开和折叠，其中展开用于支撑展开的光伏折叠组件，折叠后能放置在箱体内。本附图中所示轻型可调支架是一种实施例，是通过中部的铝合金管与两边的铝合金管的活动连接实现展开后与光伏折叠组件相似的长方形可用于支撑展开的光伏折叠组件、中部对折后面积减少一半后便于放入箱内。 

其中用于铝合金管之间的活动连接的活动关节采用铰接接头，通过铝合金管之间的铰接实现活动连接。 

由于轻型可调支架是配套件，也可利用周边的砖、木块、板、地面等取代轻型可调支架对光伏折叠组件起支撑作用，本发明根据需要进一步除去轻型可调支架有助于进一步减少系统的重量和体积，达到进一步提高便携性的作用。 

其中箱体采用铝合金箱，在不需要充电移动可扩容便携式光伏移动电源系统时，可扩容便携式光伏移动电源系统的所有部件均可放入箱体内实现便于携带的技术目的，其中扩容接口、5VUSB输出接口、220VAC输出接口、按键等部件可开设在箱体表面，光伏移动电源系统中的控制器、LCD屏、蓄电池、系统自身集成光伏组件等部分部件也可依据便于操作的技术目的固定箱体内。 

本发明通过可扩容光伏组件采用光伏折叠组件、蓄电池采用为锂聚合物电池、将控制器及逆变器的外壳除去、将从而达到有效减少光伏移动电源系统的重量及体积，提高实用性的目的，例如在功率同为40W的情况下，本发明比现有的光伏移动电源系统重量减轻约40％-70％，面积可减少约60％-80％，体积减少约40％。 

Claims (7)

1.可扩容便携式光伏移动电源系统，包括光伏移动电源系统，其中光伏移动电源系统包括系统自身集成光伏组件、控制器、LCD屏、蓄电池、5VUSB输出接口、220VAC输出接口及箱体；其中光伏移动电源系统是通过系统自身集成光伏组件发电获取电能经控制器控制给蓄电池充电，蓄电池通过控制器的控制放电，通过5VUSB输出接口、经逆变器逆变为220V交流电通过220V AC输出接口对负载提供电能；其中控制器包括控制器电路板和控制器外壳，逆变器包括逆变器电路板和逆变器外壳，其特征在于：可扩容便携式光伏移动电源系统还包括可扩容光伏组件，可扩容光伏组件通过扩容接口与控制器的直流输入采样电路连接的方式实现与光伏移动电源系统的连接，其中可扩容光伏组件发电获取电能经控制器控制给蓄电池充电。 

2.根据权利要求1所述可扩容便携式光伏移动电源系统，其特征在于，可扩容光伏组件采用的是光伏折叠组件，其中光伏折叠组件是除去钢化玻璃板及边框、衬底采用帆布衬底的光伏组件。 

3.根据权利要求2所述可扩容便携式光伏移动电源系统，其特征在于，光伏折叠组件的衬底是军用数码迷彩帆布衬底。 

4.根据权利要求2所述可扩容便携式光伏移动电源系统，其特征在于，轻型可调支架与光伏折叠组件配套使用，其中轻型可调支架是由若干根活动连接的铝合金管构成的活动骨架结构，打开轻型可调支架用于支撑放置展开的光伏折叠组件，折叠后能放置在箱体内。 

5.根据权利要求1所述可扩容便携式光伏移动电源系统，其特征在于，光伏移动电源系统中的蓄电池采用锂聚合物电池。 

6.根据权利要求1所述可扩容便携式光伏移动电源系统，其特征在于，光伏移动电源系统中控制器只包括控制器电路板。 

7.根据权利要求1所述可扩容便携式光伏移动电源系统，其特征在于，光伏移动电源系统中逆变器只包括逆变器电路板。