CN2909664Y - 光伏电源高效快速均衡充电及放电控制装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种大功率太阳能发电系统蓄电池组的充放电控制装置，该装置具有一个由多只单体蓄电池(组)依次串联组成的蓄电池组群，在各只单体蓄电池(组)的正负极上均并联一个由光伏电源和单体充电控制器构成的单体光伏电源蓄电池充电控制电路，蓄电池组群的正极输出端与一个蓄电池组放电控制器的输入端连接。该装置中由于每个光伏电源组件均通过单体充电控制器对蓄电池(组)充电，充电电流不会流过其他的光伏电源组件，因此使发电系统的内部功耗较小，充电电流较大，缩短了充电时间并提高了充电效率和速度，可保证每只蓄电池(组)的容量基本均衡并确保每只蓄电池(组)不会因为过充电而损坏。

Description

光伏电源高效快速均衡充电及放电控制装置

所属技术领域

本实用新型属于太阳能发电设备技术领域，涉及一种大功率太阳能发电系统蓄电池组的充放电控制装置。

背景技术

太阳能电池(光伏电源)是利用PN结的光电效应把太阳能直接转换成电能的装置。由于太阳能是一种取之不尽、用之不竭且清洁无污染的可再生能源，所以太阳能发电技术受到了世界各国的高度重视。从20世纪60年代起，太阳能电池已在人造卫星、宇宙飞船、航天飞机上作为主电源被大量应用，自20世纪80年代起，由于技术的不断进步和成本价格的逐渐降低，光伏电源已开始应用于通讯、航标灯、路灯等诸多领域。近年来，随着半导体照明技术的迅速发展，利用可再生的太阳能并采用可节约电能的半导体照明灯的技术已成为构建节能型社会的重要因素。目前太阳能发电系统已开始应用于我国边远地区的“村村亮工程”。

太阳能发电需要解决的一个主要问题是输出功率随日照量变化而变化的问题。为了保证正常供电，太阳能发电系统必须配备适当的贮能装置(蓄电池)，将晴天多余的电能贮存起来以供夜间或阴雨天使用。为了将光伏电池的电能高效地充入蓄电池并防止无日照时蓄电池通过光伏电池放电，在光伏电池与蓄电池之间必须接入充电控制与保护电路。在实际应用结构中，从满足负载的不同要求出发，太阳能发电系统可以直接输出直流电压，也可以通过逆变器输出交流电压。为了提高太阳能发电系统的供电效率和降低供电线路损耗，必须提高系统的供电电压，为此通常都采用如图4所示的蓄电池充电装置，即利用多只光伏电源组件串联后通过充电控制器2对蓄电池组进行充电。该装置中在光伏电源的内阻等于各光伏电源组件的内阻之和(r_s1+r_s2+r_s3+r_s4)，蓄电池组的内阻等于各单节蓄电池的内阻之和(r_b1+r_b2+r_b3+r_b4)，蓄电池的充电电流为

$I=\frac{(E_{s1}+E_{s2}+E_{s3}+E_{s4})-(E_{b1}+E_{b2}+E_{b3}+E_{b4})}{(r_{s1}+r_{s2}+r_{s3}+r_{s4})+(r_{b1}+r_{b2}+r_{b3}+r_{b4})}$

从上式可以看出，每组光伏电源的输出电流要流过所有的光伏电源的内阻和所有的蓄电池的内阻，内部功耗较大，致使光伏电源的电能不能被充分转换为蓄电池的电能，充电效率较低、充电电流较小、充电时间加长；兼之由于多只串联蓄电池的参数并不完全相同，采用同样的电流充电，也必然会造成各串联蓄电池的容量不均衡；此外在上述现有装置中，蓄电池过充电保护电压必须按各串联电池组保护电压之和设置，在某只电池发生故障且日照较强时，就会造成蓄电池组因严重过充电而损坏。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术存在的缺陷，提供一种结构合理、性能可靠、可保证蓄电池组各串联电池充电电压保持均衡，从而延长蓄电池寿命的光伏电源高效快速均衡充电及放电控制装置。

为实现上述发明目的而采用的技术解决方案是这样的：所提供的光伏电源高效快速均衡充电及放电控制装置具有一个由多只单体蓄电池或单体蓄电池组依次串联组成的蓄电池组群，在各只单体蓄电池或蓄电池组的正负极上均并联一个由单体光伏电源和单体充电控制器构成的单体光伏电源蓄电池充电控制电路，蓄电池组群的正极输出端与一个蓄电池组放电控制器的输入端连接。根据以上方案设计的电路结构，由于每个光伏电源组件均通过单体充电控制器对蓄电池(组)充电，即每只光伏电源的输出电流只流过一只光伏电源和一只蓄电池(组)的内阻，充电电流不会流过其他的光伏电源组件，因此该发电系统的内部功耗较小，充电电流较大，缩短了充电时间并有效提高了充电效率和速度；又由于充电电流只决定于日照量，不会对其他光伏电源输出电流产生影响，因此可以将光伏电源的能量高效地转换为蓄电池(组)的电能，由于每只蓄电池(组)均由独立的充电控制器控制，不仅可保证每只蓄电池(组)的容量基本均衡，还可以确保每只蓄电池(组)不会因为过充电而损坏。

附图说明

图1为本实用新型一个具体实施例的工作原理结构(框)图。

图2为图1中一个单体充电控制器部分的电路机构示意图。

图3为图1中蓄电池组放电控制器部分的电路机构示意图。

图4为现有的串联光伏电池充电原理框图。

具体实施方式

本实用新型的一个具体实施例的结构原理框图如图1所示，该装置是本实用新型申请人单位为“村村亮工程”研制的48V(或更高电压)太阳能发电系统光伏电源高效快速均衡充电及放电控制装置(大功率太阳能发电系统采用的供电电压更高，可以采用更多的充电控制单元)。它具有一个由四只(12V)单体蓄电池组31、32、33、34依次串联组成的(48V)蓄电池组群，在各只单体蓄电池组的正负极上均并联一个由(17V)单体光伏电源11、12、13、14和单体充电控制器21、22、23、24构成的单体光伏电源蓄电池充电控制电路，蓄电池组群的正极输出端与一个蓄电池组放电控制器4的输入端连接，蓄电池组放电控制器4的输出端接用电负载5。工作时每个17V光伏电源均通过单体充电控制器对相应的12V阀控铅酸电池组充电，充电电流不会流过其他的光伏电源组件，因此该发电系统的内部功耗较小，也不会对其他光伏电池输出电流产生影响，进而得以将光伏电池的能量高效地转换为蓄电池的电能。为了保证输出48V供电电压，所有12V蓄电池串联在一起。蓄电池组放完电后，各串联蓄电池组的容量也可能出现不均衡，但是由于采用独立的充电控制器，因此仍可保证经充电后各串联电池组仍能达到容量均衡，从而延长蓄电池组的寿命。

为了提高效率，本实用新型中所用的单体蓄电池充电控制器采用降压式开关变换器，如图2所示。该开关变换器主回路由控制开关管MOS1、续流二极管D₁和滤波电感L₁组成，控制电路由集成电路U₁(MC33063)等组成，N2、N3、U2、R11等组成恒流控制电路，R12、R13组成电压采样电路，采样电压加入MC33063，可实现恒压控制。因此该充电控制器可实现恒流、恒压充电，并可实现过压和过流保护等功能。当光伏电源输出电压较低时，该充电控制器可自动转换为低压差控制器，仍能保证蓄电池充电。由于本实用新型装置是对每组蓄电池独立充电，因此充电回路中的损耗(光伏电源内部损耗、控制开关管的内阻功耗和蓄电池内阻功耗)可大大减小，充电电流显著增加，充电时间缩短，同时还能确保各蓄电池组充电电压保持均衡，从而可有效地延长蓄电池使用寿命。

为了提高供电电压，降低供电线路损耗，各组蓄电池串联后通过蓄电池组放电控制器4向用电负载5供电。出于减小放电控制电路功耗的目的，该放电控制器4同样采用了降压式开关变换器，如图3所示，变换器主回路由控制开关管MOS2、续流二极管D₂、滤波电感L₂等元件组成。开关控制回路由集成电路U₃(MC33063)等元件组成，在正常状态下，该变换器为低压差稳压器，开关管功耗很小，出现过流状态后，该变换器转换为输出恒定电流的开关稳压器，输出短路时，输出电压急剧下降，仍维持恒流放电，电池组电压过低时，开关控制器MC33063关断，从而防止蓄电池因过放电而损坏。为了满足半导体照明灯等用电负载的要求，放电回路可实现恒流放电。

Claims (2)

1、一种光伏电源高效快速均衡充电及放电控制装置，其特征在于具有一个由多只单体蓄电池或单体蓄电池组依次串联组成的蓄电池组群，在各只单体蓄电池或蓄电池组的正负极上均并联一个由单体光伏电源和单体充电控制器构成的单体光伏电源蓄电池充电控制电路，蓄电池组群的正极输出端与一个蓄电池组放电控制器(4)的输入端连接。

2、根据权利要求1所述的光伏电源高效快速均衡充电及放电控制装置，其特征在于具有一个由四只单体蓄电池组(31、32、33、34)依次串联组成的蓄电池组群，在各只单体蓄电池组的正负极上均并联一个由单体光伏电源(11、12、13、14)和单体充电控制器(21、22、23、24)构成的单体光伏电源蓄电池充电控制电路，蓄电池组群的正极输出端与一个蓄电池组放电控制器(4)的输入端连接。

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