CN205657469U - 一种可实现快速充电的独立光伏智能控制装置 - Google Patents

一种可实现快速充电的独立光伏智能控制装置 Download PDF

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Abstract

本实用新型公开了一种可实现快速充电的独立光伏智能控制装置，包括MPPT处理模块、蓄电池组一、蓄电池组二和负载；所述MPPT处理模块通过PWM1调制模块与DC‑DC1转换模块相连，所述DC‑DC1转换模块分别与所述蓄电池组一和所述负载相连，所述DC‑DC1转换模块还连接有光伏列阵；所述MPPT处理模块通过PWM2调制模块与DC‑DC2转换模块相连，所述DC‑DC2转换模块分别与蓄电池组二和所述负载相连。本实用新型的有益效果：可有效提高蓄电池的充电速度和充电效率，克服了独立光伏系统中蓄电池冗余量设计要求与蓄电池难以在一天日照时间内充满的矛盾问题。

Description

一种可实现快速充电的独立光伏智能控制装置
技术领域
本实用新型涉及太阳能充电控制技术，具体来说，涉及一种可实现快速充电的独立光伏智能控制装置。
背景技术
现有独立光伏智能控制系统的结构如图 1 所示，其功能是将太阳能电池板输出的电能最大效率地充入蓄电池中，并根据蓄电池的蓄电状况以及其它控制因素（如由光线强度表征的白天和黑夜，延时时间等因素） ，实现对负载的供电控制。其智能充电原理是在充电过程中实时动态监测太阳能电池板输出的电压 U 和电流 I，按照最大功率点跟踪（Maximum Power Point Tracking, MPPT）方式，采用脉宽调制（Pulse-Width Modulation, PWM）方法，控制直流-直流（DC-DC）变换电路的通断，使太阳能电池板输出的电能始终为光伏阵列的最大输出功率。DC-DC 模块在给负载供电的时候，可根据蓄电池的蓄电状况，以及其它控制要求，实现对负载的供电控制。
在独立式太阳能供电系统中，目前应用最广的蓄电池是阀控式铅酸蓄电池（Valve-Regulated Lead Acid, VRLA） ，该类电池使用寿命一般为 3 年左右。VRLA 蓄电池有其特定的充放电特性，如果使用不当，会极大缩短电池的使用寿命，严重的情况下，会使其使用寿命缩短至一年以内。由于铅酸蓄电池在生产过程和报废处理过程都会产生大量污染物，使得更换电池的代价高昂。研究表明充/放电过程对蓄电池的寿命影响很大，尤其是充电过程。而且，常规的充电方法充电速度慢，而独立式太阳能发电系统配置的蓄电池容量需存在冗余，以满足连续阴雨天的供电需要，因此，采用常规的充电控制方法难以在一天日照时间内将蓄电池充满，这导致蓄电池常工作于欠压状态，将极大缩短电池寿命。即现有独立光伏供电系统中对蓄电池的充电控制方法主要存在以下不足：
（1）充电过程慢，难以在一天日照时间内有效地将蓄电池充满，导致蓄电池常工作于欠压状态，降低了系统运行性能；
（2）常规充电方法严重影响蓄电池的寿命，蓄电池的过度更换提高了系统运行成本，蓄电池生产与报废过程中的高污染性严重影响了太阳能能源的清洁性。
针对相关技术中的问题，目前尚未提出有效的解决方案。
实用新型内容
针对相关技术中的上述技术问题，本实用新型提出一种可实现快速充电的独立光伏智能控制装置，能够有效提高蓄电池的充电速度和充电效率；实现了蓄电池充电过程中的短暂快速深度放电，且放电电能不浪费；可最大效率利用太阳能，延长蓄电池使用寿命。
为实现上述技术目的，本实用新型的技术方案是这样实现的：
一种可实现快速充电的独立光伏智能控制装置，包括MPPT处理模块、蓄电池组一、蓄电池组二和负载；所述MPPT处理模块通过PWM1调制模块与DC-DC1转换模块相连，所述DC-DC1转换模块分别与所述蓄电池组一和所述负载相连，所述DC-DC1转换模块还连接有光伏列阵；所述MPPT处理模块通过PWM2调制模块与DC-DC2转换模块相连，所述DC-DC2转换模块分别与蓄电池组二和所述负载相连；所述MPPT处理模块通过PWM3调制模块与DC-DC3转换模块相连，所述DC-DC3转换模块分别与所述蓄电池组一和蓄电池组二相连；所述MPPT处理模块通过PWM4调制模块与DC-DC4转换模块相连，所述DC-DC4转换模块分别与所述蓄电池组一和蓄电池组而相连。
进一步的，所述MPPT处理模块还包括电流采集模块和电压采集模块。
本实用新型的有益效果：可有效提高蓄电池的充电速度和充电效率，克服了独立光伏系统中蓄电池冗余量设计要求与蓄电池难以在一天日照时间内充满的矛盾问题；实现了蓄电池充电过程中的短暂快速深度放电，且放电电能不浪费；实现了 MPPT 充电模式和脉冲式快速充电模式兼顾的充电方法，即可最大效率利用太阳能，又能在充电过程中有效保护蓄电池，延长蓄电池使用寿命。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本实用新型的背景技术所涉及的一种可实现快速充电的独立光伏智能控制系统结构图；
图2是根据本实用新型实施例所述的一种可实现快速充电的独立光伏智能控制装置的结构示意图。
图中：
1、MPPT处理模块；2、PWM1调制模块；3、DC-DC1转换模块；4、PWM2调制模块；5、DC-DC2转换模块；6、蓄电池组一；7、蓄电池组二；8、负载；9、PWM3调制模块；10、DC-DC3转换模块；11、PWM4调制模块；12、DC-DC4转换模块；13、电流采集模块；14、电压采集模块；15、光伏列阵。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
如图1-2所示，根据本实用新型实施例所述的一种可实现快速充电的独立光伏智能控制装置，其特征在于，包括MPPT处理模块1、蓄电池组一6、蓄电池组二7和负载8；所述MPPT处理模块1通过PWM1调制模块2与DC-DC1转换模块3相连，所述DC-DC1转换模块3分别与所述蓄电池组一6和所述负载8相连，所述DC-DC1转换模块3还连接有光伏列阵15；所述MPPT处理模块1通过PWM2调制模块4与DC-DC2转换模块5相连，所述DC-DC2转换模块5分别与蓄电池组二7和所述负载8相连；所述MPPT处理模块1通过PWM3调制模块9与DC-DC3转换模块10相连，所述DC-DC3转换模块10分别与所述蓄电池组一6和蓄电池组二7相连；所述MPPT处理模块1通过PWM4调制模块11与DC-DC4转换模块12相连，所述DC-DC4转换模块12分别与所述蓄电池组一6和蓄电池组二7相连。
其中，所述MPPT处理模块1还包括电流采集模块13和电压采集模块14。
为了方便理解本实用新型的上述技术方案，以下通过具体使用方式上对本实用新型的上述技术方案进行详细说明。
在具体使用时，根据本实用新型所述的一种独立光伏智能控制装置，在充电初始阶段，即当蓄电池组的端电压小于快速充电电压阈值时，采用MPPT算法（如变步长扰动&观测等算法）给蓄电池组充电。MPPT 处理模块1通过电流采集模块13和电压采集模块14分别检测两组充电路径的电压 U1，U2 和电流 I1，I2，从而在两组充电通路上都采用 MPPT 算法，并分别通过 PWM1调制模块2和 PWM2调制模块4控制 DC-DC1转换模块3和DC-DC2转换模块5。
当蓄电池组一6或蓄电池组二7进入快速充电模式时，DC-DC1转换模块3与DC-DC2转换模块5轮流交替工作，且 DC-DC3转换模块10工作于DC-DC2转换模块5的导通期，而 DC-DC4转换模块12工作于DC-DC1转换模块3的导通期，DC-DC1转换模块3与DC-DC4转换模块12不同时导通，同样的，DC-DC2转换模块5与DC-DC3转换模块10不同时导通，充电过程中，DC-DC1转换模块3和DC-DC2转换模块5导通方向为：光伏阵列15向蓄电池组导通，不可反向导通。
在快速充电模式下，各组采用脉冲充电方式，并在某组蓄电池的充电脉冲停止充电间歇期间，向另一组蓄电池进行放电。即蓄电池组一6在停止充电间隙，通过 DC-DC3转换模块10向蓄电池组二7放电。同理，蓄电池组二7在其充电脉冲的停止充电间隙，通过 DC-DC4转换模块12向蓄电池组一6放电。蓄电池组充电周期过程为充电-停充-放电-停放-充电。在充、放电的周期内，设置的放电时间远小于充电时间。DC-DC3转换模块10和DC-DC4转换模块12分别由 PWM3调制模块9和PWM4调制模块11控制。
在给负载供电时，蓄电池组一6可通过 DC-DC1 转换模块3给负载8供电，蓄电池组二7可通过 DC-DC2转换模块5给负载8供电；根据蓄电池组充放电特性，在蓄电池组充电过程中，对蓄电池组进行短暂快速地深度放电，采用充、放电交替方式，可有效提高充电效率，实现快速充电，还可减小充电过程对蓄电池组的损害。
需要说明的是，本实用新型所述的蓄电池组不限于两组，可以使多组；不同的蓄电池对应的阈值可能不同， 设计时需根据实际需要预设该阈值。
综上所述，借助于本实用新型的上述技术方案，本实用新型可有效提高蓄电池的充电速度和充电效率，克服了独立光伏系统中蓄电池冗余量设计要求与蓄电池难以在一天日照时间内充满的矛盾问题；实现了蓄电池充电过程中的短暂快速深度放电，且放电电能不浪费；实现了 MPPT充电模式和脉冲式快速充电模式兼顾的充电方法，即可最大效率利用太阳能，又能在充电过程中有效保护蓄电池，延长蓄电池使用寿命。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (2)

1. 一种可实现快速充电的独立光伏智能控制装置，其特征在于，包括MPPT处理模块（1）、蓄电池组一（6）、蓄电池组二（7）和负载（8）；所述MPPT处理模块（1）通过PWM1调制模块（2）与DC-DC1转换模块（3）相连，所述DC-DC1转换模块（3）分别与所述蓄电池组一（6）和所述负载（8）相连，所述DC-DC1转换模块（3）还连接有光伏列阵（15）；所述MPPT处理模块（1）通过PWM2调制模块（4）与DC-DC2转换模块（5）相连，所述DC-DC2转换模块（5）分别与蓄电池组二（7）和所述负载（8）相连；所述MPPT处理模块（1）通过PWM3调制模块（9）与DC-DC3转换模块（10）相连，所述DC-DC3转换模块（10）分别与所述蓄电池组一（6）和蓄电池组二（7）相连；所述MPPT处理模块（1）通过PWM4调制模块（11）与DC-DC4转换模块（12）相连，所述DC-DC4转换模块（12）分别与所述蓄电池组一（6）和蓄电池组二（7）相连。
2. 根据权利要求1所述的独立光伏智能控制装置，其特征在于，所述MPPT处理模块（1）还包括电流采集模块（13）和电压采集模块（14）。
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