CZ308050B6

CZ308050B6 - Zařízení pro nabíjení akumulátorů z fotovoltaického zdroje

Info

Publication number: CZ308050B6
Application number: CZ2018-593A
Authority: CZ
Inventors: Václav Papež
Original assignee: ÄŚeskĂ© vysokĂ© uÄŤenĂ technickĂ© v Praze
Priority date: 2018-10-31
Filing date: 2018-10-31
Publication date: 2019-11-20
Also published as: CZ2018593A3

Abstract

Vynálezem je zařízení pro nabíjení akumulátorů z fotovoltaického generátoru (1), ve kterém každý nabíjený článek (7A, 7B, 7C) má vlastní řiditelný měnič (4A, 4B, 4C), jejichž výkonové vstupy jsou spojené s výstupem fotovoltaického zdroje (1). Na řídicí porty řiditelných měničů (4A, 4B, 4C), jsou připojeny řídicí obvody (8A, 8B, 8C) propojené s napěťovými (5A, 5B, 5C) a proudovými senzory (6A, 6B, 6C) snímajícími nabíjecí napětí a proud článků (7A, 7B, 7C), a s výstupem řídicího obvodu nabíječe tvořeným výstupem stejnosměrného zesilovače (19), kterým je propojen s sítí z odporů (17, 18, 20, 21), a kterým je porovnáváno aktuální napětí na výstupu fotovoltaického generátoru (1) s řídicím napětím, kterým je aproximováno napětí odpovídající bodu (MPP). Toto napětí je generováno jako součet teplotní složky napětí generované podle úbytku napětí na křemíkových diodách (2) snímače. Křemíkové diody (2) jsou rozmístěny na panelech fotovoltaického generátoru (1) a jsou propojeny se zdrojem (9) konstantního proudu, s korekčním stejnosměrným zesilovačem (10) se zpětnovazebním odporovým děličem s odpory (12, 13) a s kompenzačním zdrojem (11) předpětí. Proudové složky napětí na nelineární zátěži, tvořené paralelním spojením odporu (16) a (15) v sérii s referenční diodou (14), jsou propojeny se snímacím fotovoltaickým panelem (3), který je umístěn tak, aby jeho úroveň osvětlení stejná jako u panelů fotovoltaického generátoru (1).

Description

Zařízení pro nabíjení akumulátorů z fotovoltaického zdroje

Oblast techniky

Je řešena konstrukce, která umožňuje nabíjet akumulátor s více články z fotovoltaického zdroje elektrické energie, přičemž v systému je maximalizován výkon dodávaný fotovoltaickým zdrojem elektrické energie a minimalizována výkonová ztráta vznikající při vyvažování nabíjecích procesů jednotlivých článků

Dosavadní stav techniky

Nabíjení akumulátoru z fotovoltaického generátoru v jednoduchém obvodu, kde jsou fotovoltaický generátor a akumulátor přímo, nebo přes oddělovací diodu, propojeny, je možné pouze ve speciálních případech, když nabíjecí napětí akumulátoru je mírně nižší než optimální pracovní napětí fotovoltaického generátoru a jednotlivé články akumulátoru jsou odolné vůči přebíjení, např. uNiCd akumulátorů se zaplavenými elektrodami.

Běžné moderní systémy umožňující maximalizovat výkon dodávaný fotovoltaickým zdrojem elektrické energie a zabránit přebíjení článků akumulátoru jsou na straně fotovoltaického generátoru vybaveny sledovačem maximálního výkonu a jednotlivé články akumulátoru jsou opatřeny vyvažovači - balancery, které brání jejích přebíjení. Principiální schéma systému je uvedeno na Obr. 1.

Fotovoltaický generátor FG a články C akumulátoru jsou propojeny přes řiditelný měnič RM umožňující transformovat výkon přiváděný na jeho vstup z fotovoltaického generátoru FG při určitém napětí na výstup, kde je výstupní výkon odebírán při napětí odpovídajícím nabíjení akumulátoru. Úrovně napětí a proudu ve vstupním obvodu řiditelného měniče jsou řízeny sledovačem SMV maximálního výkonu tak, aby fotovoltaický generátor FG, vzhledem k aktuálním podmínkám své činnosti, dodával maximální výkon. Úrovně napětí a proudu ve výstupním obvodu řiditelného měniče RM jsou řízeny automaticky podle aktuální hodnoty nabíjecího napětí akumulátoru tak, aby měnič RM přenášel požadovaný výkon.

K jednotlivým článkům jsou připojeny balancery B, které jsou obvykle propojeny i s nadřazeným systémem SRB řízení baterie, který zabezpečuje dodržování přípustných provozních podmínek baterie.

Sledovač SMV maximálního výkonu stanovuje na typické zatěžovací charakteristice fotovoltaického generátoru FG bod MPP, kdy fotovoltaický generátor FG dodává nejvyšší elektrický výkon, jak je, pro určité konstantní provozní podmínky, znázorněno na Obr. 2

Při změně provozních podmínek se mění průběh zatěžovací charakteristiky fotovoltaického generátoru FG. Nejvýraznější závislosti lze aproximovat jako vertikální posuv zatěžovací charakteristiky způsobený změnou osvětlení fotovoltaického generátoru FG a horizontální posuv zatěžovací charakteristiky způsobený změnou teploty fotovoltaického generátoru FG.

Sledovač SMV maximálního výkonu je v současné době obvykle realizován jako řídicí počítač. Jeho vstupními daty jsou hodnoty výstupního napětí a proudu fotovoltaického generátoru FG, eventuálně dalších veličin. Výstupní signál řídicího počítače nastavuje napěťový nebo proudový přenos řiditelného měniče RM tak, aby se aktuální hodnoty vstupního napětí a proudu U_a a I_ařiditelného měniče RM maximálně blížily hodnotám napětí a proudu U_mp a I_mp v bodě maximálního výkonu fotovoltaického generátoru FG.

Pro vyhledávání bodu MPP na zatěžovací charakteristice fotovoltaického generátoru FG je v

- 1 CZ 308050 B6 současné době používáno mnoho různých metod, viz dále.

Metoda vyhodnocení změny, označovaná P&O, Perturb and Observe, je v současné době nejčastěji používanou metodou. Základní algoritmus vychází z numerického výpočtu derivace sledované funkce výkonu P= f (U_a) a změny aktuální hodnoty aproximačního napětí U_a tak, aby velikost derivace klesala. Postupně je tak nalezen stav, ve kterém se vypočtená hodnota derivace blíží nulové hodnotě, dP/dU=0

Tento stav odpovídá extrému funkce a pokud funkce odpovídající derivaci je v okolí extrému klesající, odpovídá extrém maximálnímu dodávanému výkonu.

Přitom i pro konečné diference platí,

ΔΡ / AU > 0 vlevo od MPP

ΔΡ / AU >0 vpravo od MPP

Metoda inkrementální vodivosti, zvaná INC, Incremental Conductance, vychází opět z numerického výpočtu derivace sledované funkce (výkonu P= f(U_a)), která je dále upravována vyjádřením vodivosti a inkrementální vodivosti, které jsou vzájemně porovnávány.

Pro funkce odpovídající vodivosti a přírůstku vodivosti přitom i při konečných hodnotách diferencí platí:

dl/dU =-I / U pro MPP dl / dU > -I/U vlevo od MPP dl / dU <-I / U vpravo od MPP

Aktuální hodnoty U_a jsou podle směru nerovnosti korigovány tak, aby se hodnoty vodivosti a inkrementální vodivosti k sobě přibližovaly a postupně je tak nalezen stav, ve kterém jsou hodnoty vodivosti a inkrementální vodivosti shodné, který odpovídá extrému funkce, resp. maximálnímu dodávanému výkonu.

Metoda konstantního napětí, zvaná CV, Constant Voltage method, vychází ze skutečnosti, že pro běžné monokrystalické fotovoltaické panely platí v poměrně širokém rozsahu provozních podmínek přibližná úměra mezi napětím v bodě MPP a napětím fotovoltaického panelu naprázdno

U_mp~0,77 Uoc

Řídicí algoritmus krátkodobě cyklicky vypíná řiditelný měnič RM systému a při odlehčení fotovoltaického generátoru FG měří jeho napětí U_oc. Podle aktuální hodnoty je určována hodnota napětí U_a, která je považována za optimální aproximaci U_mp.

Metoda zkratového proudu SCP, Short Curent pulse method, vychází ze skutečnosti, že pro běžné monokrystalické fotovoltaické panely platí v poměrně širokém rozsahu provozních podmínek přibližná úměra mezi proudem v bodě MPP a zkratovým proudem fotovoltaického panelu

I_mp~0,92 I_sc.

-2CZ 308050 B6

Řídicí algoritmus krátkodobě cyklicky zkratuje fotovoltaický generátor FG a měří jeho zkratový proud. Podle aktuální hodnoty je určována hodnota napětí I_a, která je považována za optimální aproximaci I_mp.

Akumulátorová baterie je tvořena řetězcem sériově zapojených článků. Jednoduché řízení provozu baterie, která je sestavena sériovým propojením článků, podle celkového napětí baterie by bylo možné, jen kdyby byly články v baterii naprosto identické.

V praxi, pokud články nejsou identické, tento postup vede k tomu, že článek s nejmenší kapacitou je při vybíjení nejdříve vybit a článek s největší kapacitou je při nabíjení nejdříve nabit a záhy u obou dojde k překračování mezních hodnot nabíjecího a vybíjecího napětí a články jsou tím v nepřetržitém provozu velmi rychle zničeny. Obdobně se projeví i nižší nábojová účinnost článku, článek je později nabit, a pokud není úplně nabit, je i dříve vybit a děj se projeví hlubokým vybíjením článku a dalším poklesem jeho nábojové účinnosti. Problém je řešen vyvažováním článků. Paralelně ke každému článku je připojen elektronický obvod, který, dosáhne-li svorkové napětí článku při nabíjení zvolenou hodnotu, odebírá z článku přiváděný nabíjecí proud a svorkové napětí stabilizuje na zvolené hodnotě. Nabíjení baterie je ukončeno, když napětí všech článků dosáhne tuto zvolenou hodnotu a všechny články jsou úplně nabité.

Vyvažovače, tedy balancery B, jsou v nejjednodušším případě pasivní stabilizátory napětí s VA charakteristikou ideální Zenerovy diody s napětím odpovídajícím plnému nabití článku. Po nabití článku, při tomto napětí odvádí balancer B nabíjecí proud, zabraňuje tím přebíjení článku a odváděný elektrický výkon disipuje.

Maximální ztrátový výkon balanceru B musí odpovídat maximálnímu nabíjecímu výkonu, který může být na článek přiváděn, maximální ztrátový výkon všech balancerů B musí odpovídat maximálnímu výkonu, který může být dodáván na svorky akumulátoru. Při nabíjení akumulátoru s nerovnoměrně vybitými články je při nabíjení posledního článku (n-l)/n přiváděného výkonu disipováno balancery B.

Výrazného snížení výkonové ztráty je možné dosáhnout použitím aktivních balancerů B. Aktivní balancery B jsou řiditelné obousměrné měniče RM umožňující po plném nabití článku odvádět nabíjecí výkon ze svorek článku na pomocnou sběrnici a v případě, že na pomocné sběrnici je k dispozici elektrický výkon, odvádějí další aktivní balancery B tento výkon na svorky dosud nenabitých článků. Principiálně tak může být během celého nabíjení beze ztráty zpracováván celý přiváděný výkon a akumulátor může být nabit v kratším čase.

Výkon přenášený balancerem B z nabitého článku odpovídá maximálnímu nabíjecímu výkonu, který může být na článek přiváděn. Maximální výkon, který by mohl být odváděn z pomocné sběrnice na poslední nabíjený článek může dosahovat hodnoty (n-l)/n přiváděného výkonu. V praxi jsou měniče většinou řešeny tak, že jsou maximální výkony přenášené oběma směry shodné a v případě, že je nabita více než polovina článků, je snižován celkový nabíjecí výkon, aby balancery B nebyly přetěžovány.

Nevýhodou fotovoltaických systémů pro nabíjení akumulátorů tohoto typu je jejich značná komplikovanost HW systému i SW vybavení.

V systémech s pasivními balancery působí komplikace i řešení odvodu jejich ztrátového tepla, kterým nesmí být významně ohříván akumulátor.

V systémech s aktivními balancery je používána sestava DC/DC PWM měničů s maximálním přenášeným výkonem vyšším, než je dvojnásobek maximálního výkonu fotovoltaického generátoru. To prodražuje konstrukci nabíjecího systému a zbytečně snižuje jeho spolehlivost.

Počítačem řízené systémy mohou být, vzhledem ke komplikovanému SW i možnému vniknutí

-3CZ 308050 B6 malvare, velmi nespolehlivé, zejména pokud jsou propojeny s PC a umožňují dálkovou správu pomocí internetu.

Podstata vynálezu

Výše uvedené nevýhody odstraňuje zařízení pro nabíjení akumulátorů z fotovoltaického zdroje podle vynálezu

Zařízení obsahuje fotovoltaický generátor a akumulátor je tvořen řadou článků. Každý článek nabíjeného akumulátoru má vlastní řiditelný měnič, jejichž výkonové vstupy jsou vzájemně propojeny paralelně a jsou spojené s výstupem fotovoltaického generátoru. Výkonové výstupy řiditelných měničů jsou přes napěťové senzory a přes proudové senzory propojeny s články nabíjeného akumulátoru. Na řídicí port každého řiditelného měniče je připojen jeho vlastní řídicí obvod tak, že výstup proudového senzoru je propojen s neinvertujícím vstupem prvního komparátoru, jehož invertující vstup je propojen s prvním zdrojem referenčního napětí. Výstup napěťového senzoru je propojen s neinvertujícím vstupem druhého komparátoru, jehož invertující vstup je propojen s druhým zdrojem referenčního napětí. Výstup prvního komparátoru je propojen s prvním vstupem sčítačky a výstup druhého komparátoru je propojen s druhým vstupem sčítačky. Výstup sčítačky je připojen na řídicí port jemu příslušejícího řiditelného měniče. Na třetí vstup každé sčítačky je připojen výstup společného řídicího obvodu tvořený výstupem prvního stejnosměrného zesilovače, jehož zesílení je nastaveno prvním odporovým děličem. První odporový dělič je tvořen prvním a druhým odporem. První odpor je připojen mezi výstup prvního stejnosměrného zesilovače a jeho invertující vstup a druhý odpor je připojen mezi invertující vstup prvního stejnosměrného zesilovače a střední svorku druhého odporového děliče. Tento druhý odporový dělič je tvořen třetím a čtvrtým odporem. Třetí odpor je zapojen mezi střední svorku prvního odporového děliče a kladnou svorku výkonového výstupu fotovoltaického generátoru a čtvrtý odpor je zapojen mezi střední svorku prvního odporového děliče a jeden konec pátého odporu. Druhý konec pátého odpor je spojen se zápornou svorkou napěťové referenční diody, s jedním koncem šestého odporu a se zápornou svorkou fotovoltaického panelu, který je ve funkci snímače úrovně osvětlení a je umístěn společné s panely fotovoltaického generátoru v oblasti, kde je jeho úroveň osvětlení stejná jako u panelů fotovoltaického generátoru. Kladná svorka fotovoltaického panelu je propojena s výstupem druhého stejnosměrného zesilovače, s druhým koncem šestého odporu a s kladnou svorkou napěťové referenční diody. Mezi výstup druhého stejnosměrného zesilovače a jeho invertující vstup a zdroj předpětí je připojen třetí odporový dělič. Ten je tvořen sedmým a osmým odporem. Na neinvertující vstup druhého stejnosměrného zesilovače jsou připojeny paralelně spojené zdroj konstantního proudu a řetězec křemíkových diod, který je umístěn v tepelném kontaktu s panely fotovoltaického generátoru.

Podstatou nového řešení tedy je, že ke každému článku akumulátorové baterie je připojen jeden řiditelný měnič, který současně zajišťuje přenos nabíjecího výkonu i balancing článků při nabíjení.

Vstupní brány měničů jsou propojeny paralelně a jsou napájeny z výstupu fotovoltaického generátoru.

Měnič, zabezpečující přenos výkonu z fotovoltaického zdroje na krajní svorky akumulátoru, proto nemusí být použit.

Řízení všech měničů z hlediska optimalizace zatížení fotovoltaického generátoru je prováděno napěťovou metodou, podle řídicího napětí Uc, které je generováno v závislosti na teplotě panelů FV generátoru a jejich osvětlení a kterým je aproximováno napětí U_mp.

Řízení jednotlivých měničů je dále korigováno podle nabíjecího napětí a proudu připojeného

-4CZ 308050 B6 článku tak, aby svorkové napětí článku nepřekračovalo úroveň odpovídající plnému nabití, a aby nebyla překročena maximální zvolená velikost nabíjecího proudu.

Technické řešení si klade jako hlavní cíl realizovat jednoduché laciné a spolehlivé zařízení pro nabíjení akumulátorů z fotovoltaického zdroje.

K přenosu výkonu fotovoltaického generátoru na svorky jednotlivých článků je na zařízení použita sestava řiditelných měničů nižšího výkonu, jejichž počet odpovídá počtu článků akumulátoru. Vzhledem k současné situaci na trhu, kde jsou dostupné měniče vyráběné v řadách jmenovitých hodnot, jako jiné elektronické součástky a jejichž cena je přibližně úměrná jmenovitému výkonu, neliší se cena sestavy příliš, od ceny měniče se jmenovitým výkonem odpovídajícím výkonu sestavy.

Řízení zařízení je prováděno na analogovém principu s analogovými řídicími signály a na základě fyzikálních principů probíhajících v řízeném zařízení, bez nutnosti jejich číslicové simulace. To umožňuje dosáhnout u používaného řídicího systému, ve srovnání s běžným číslicovým řídicím systémem, větší spolehlivost a rychlost odezvy na změnu vstupních veličin a zjednodušení konstrukce.

Objasnění výkresů

Zařízení pro nabíjení akumulátorů z fotovoltaického zdroje podle předkládaného řešení bude dále vysvětleno pomocí přiložených výkresů. Na Obr. 1 je znázorněno blokové schéma dosud používaného zařízení. Obr. 2 uvádí zatěžovací charakteristiku fotovoltaického generátoru s uvedením bodu, kdy generátor dodává nejvyšší elektrický výkon. Schéma zapojení zařízení podle vynálezu je uvedeno na Obr. 3.

Příklad uskutečnění vynálezu

Principiální uspořádání zařízení pro nabíjení akumulátorů z fotovoltaického zdroje je uvedeno na Obr 3.

Zařízení obsahuje fotovoltaický generátor 1 a nabíjený akumulátor je tvořen řadou článků, v uvedeném příkladu třemi články 7A, 7B, 7C. Každý článek 7A, 7B, 7C nabíjeného akumulátoru má vlastní řiditelný měnič 4A, 4B, 4C, jejichž výkonové vstupy jsou vzájemně propojeny paralelně a jsou spojené s výstupem fotovoltaického generátoru 1. Výkonové výstupy řiditelných měničů 4A, 4B, 4C jsou přes napěťové senzory 5A, 5B, 5C a přes proudové senzory 6A, 6B, 6C propojeny s články 7 nabíjeného akumulátoru. Na řídicí port každého řiditelného měniče 4A, 4B, 4C je připojen jeho vlastní řídicí obvod 8A, 8B, 8C měniče tak, že výstup každého proudového senzoru 6A, 6B, 6C je propojen s neinvertujícím vstupem prvního komparátoru 8.1. Invertující vstup prvního komparátoru 8.1 je propojen s prvním zdrojem 8.2 referenčního napětí. Výstup každého napěťového senzoru 5A, 5B, 5C je propojen s neinvertujícím vstupem druhého komparátoru 8.3, jehož invertující vstup je propojen s druhým zdrojem 8.4 referenčního napětí. Výstup prvního komparátoru 8.1 je propojen s prvním vstupem sčítačky 8.5 a výstup druhého komparátoru 8.3 je propojen s druhým vstupem sčítačky 8.5. Výstup sčítačky 8.5 je připojen na řídicí port jemu příslušejícího řiditelného měniče 4A, 4B, 4C. Na třetí vstup každé sčítačky 8.5 je připojen výstup společného řídicího obvodu tvořený výstupem prvního stejnosměrného zesilovače 19, jehož zesílení je nastaveno prvním odporovým děličem tvořeným prvním odporem 21 a druhým odporem 20. První odpor 21 je připojen mezi výstup prvního stejnosměrného zesilovače 19 a jeho invertující vstup. Druhý odpor 20 je připojen mezi invertující vstup prvního stejnosměrného zesilovače 19 a střední svorku druhého odporového děliče. Druhý odporový dělič je realizován třetím odporem 17 a čtvrtým odporem 18. Třetí odpor 17 je zapojen mezi střední svorku prvního odporového děliče a kladnou svorku výkonového výstupu fotovoltaického

-5CZ 308050 B6 generátoru 1 a čtvrtý odpor 18, je zapojen mezi střední svorku prvního odporového děliče a jeden konec pátého odporu 15. Druhý konec pátého odporu 15 je spojen se zápornou svorkou napěťové referenční diody 14, s jedním koncem šestého odporu 16 a se zápornou svorkou fotovoltaického panelu 3, který funguje jako snímač úrovně osvětlení. Proto musí být umístěn společně s panely fotovoltaického generátoru 1, aby byl stejně osvětlen. Kladná svorka fotovoltaického panelu 3, je propojena s výstupem druhého stejnosměrného zesilovače 10, s druhým koncem šestého odporu 16 a s kladnou svorkou napěťové referenční diody 14. Mezi výstup druhého stejnosměrného zesilovače 10 a jeho invertující vstup a zdroj 11 předpětí je připojen třetí odporový dělič tvořený sedmým odporem 12 a osmým odporem 13. Na neinvertující vstup druhého stejnosměrného zesilovače 10 jsou připojeny paralelně spojené zdroj 9 konstantního proudu a řetězec křemíkových diod 2, který je umístěn v tepelném kontaktu s panely fotovoltaického generátoru 1,

Zdrojem energie zařízení pro nabíjení akumulátorů je fotovoltaický generátor 1 složený z fotovoltaických panelů. S výstupem fotovoltaického generátoru 1 jsou propojeny paralelně spojené vstupy řiditelných měničů 4A, 4B, 4C, kterými je elektrický výkon fotovoltaického generátoru 1 řiditelným způsobem konvertován na napěťové a proudové úrovně nutné pro nabíjení článků 7A, 7B. 7C akumulátoru.

Výstupy řiditelných měničů 4A, 4B, 4C jsou propojeny s články 7A, 7B, 7C akumulátoru obvodem obsahujícím napěťové senzory 5A, 5B. 5C a proudové senzory 6A. 6B. 6C, kterými jsou snímány signály reprezentující napěťové a proudové úrovně v nabíjecím obvodu, které jsou vedeny do řídicích obvodů 8A, 8B, 8C měničů, kde jsou využívány ke generování řídicích signálů, které jsou vedeny na řídicí vstupy jednotlivých řídicích obvodů 8A, 8B, 8C měničů.

Společný řídicí signál pro všechny řiditelné měniče je generován řídicím obvodem nabíječe.

V tepelném kontaktu s panely fotovoltaického generátoru 1 je umístěn řetězec křemíkových diod 2, které jsou propojeny se zdrojem 9 konstantního proudu, který protéká diodami v propustném směru. Úbytek napětí na řetězci křemíkových diod 2, vykazuje téměř stejnou teplotní závislost jako napětí U_oc panelů fotovoltaického generátoru 1. Po dalším zpracování tohoto napětí stejnosměrným zesilovačem 10, jehož zesílení je optimalizováno odporovým děličem tvořeným sedmým odporem 12 a osmým odporem 13, který je společně se zdrojem 11 předpětí zařazen v řetězci záporné zpětné vazby stejnosměrného zesilovače 10, je výstupní napětí tohoto stejnosměrného zesilovače 10 velmi přesným obrazem napětí U_oc panelů fotovoltaického generátoru 1 v širokém rozsahu teplot a při malé úrovni osvětlení.

Závislost napětí U_oc na úrovni osvětlení je kompenzována zavedením další korekční složky řídicího napětí, která je generována podle proudu, který je dodáván malým fotovoltaickým panelem 3, se jmenovitým napětím několik V a proudem několik mA, umístěným společně s panely fotovoltaického generátoru 1.

Korekční složka řídicího napětí vzniká jako úbytek napětí na nelineární odporové zátěži tvořené dvěma větvemi, a to šestým odporem 16 a pátým odporem 15 v sérii s referenční diodou 14. Protože hodnoty šestého odporu 16 a pátého odporu 15 jsou voleny tak, aby svorkové napětí fotovoltaického panelu 3 bylo pří osvětlení vždy značně menší než jeho napětí naprázdno, dodává fotovoltaický panel 3 proud téměř přesně úměrný jeho osvětlení. Konkrétní volbou hodnot šestého odporu 16 a pátého odporu 15 a napětí referenční diody 14 je aproximována VA charakteristika nelineární odporové zátěže, na které je úbytek napětí odpovídající závislosti napětí Uoc panelů fotovoltaického generátoru 1 na úrovni osvětlení.

Velikosti řídicího napětí U_c a aktuálního výstupního napětí U_a fotovoltaického generátoru 1 jsou porovnávány odporovým děličem se třetím odporem 17 a se čtvrtým odporem 18, a rozdílové napětí je dále zpracováno stejnosměrným zesilovačem 19. Stejnosměrný zesilovač 19 napětí, jehož zesílení je optimalizováno odporovým děličem z prvního odporu 20 a druhého odporu 21, zabezpečuje malý vnitřní odpor zdroje signálu pro další řízené obvody, kam je výstupní signál

-6CZ 308050 B6 řídicího obvodu nabíječe přiváděn, a jeho optimální napěťovou úroveň, vzhledem k dalšímu zpracování.

Výstupní signál řídicího obvodu nabíječe je dále veden do řídicích obvodů 8A, 8B, 8C jednotlivých řiditelných měničů 4A, 4B, 4C, kde je upravován s ohledem na nabíjecí proud a napětí ve výstupním obvodu řiditelného měniče 4A. 4B, 4C.

Do řídicích obvodů 8A, 8B, 8C měniče řiditelných měničů 4A, 4B, 4C jsou přiváděny signály reprezentující napěťové a proudové úrovně v nabíjecích obvodech z napěťových senzorů 5A, 5B, 5C a z proudových senzorů 6A. 6B. 6C a zde jsou prvním komparátorem 8.1 a druhým komparátorem 8.3 porovnávány se zvolenými maximálními úrovněmi napětí a proudu, které jsou reprezentovány napětími prvního zdroje 8.2 referenčního napětí a druhého zdroje 8.4 referenčního napětí. Výstupní signály prvního komparátoru 8.1 a druhého komparátoru 8.3 jsou spolu se signálem z řídicího obvodu nabíječe vedeny na vstupy analogové sčítačky 8.5. Z jejího výstupu je součtový signál veden na řídicí bránu příslušného řiditelného měniče 4A, 4B, 4C, kde nárůst napětí, respektive proudu v obvodu řídicí brány způsobuje snížení výkonu přenášeného daným řiditelným měničem 4A. 4B. 4C.

Při nabíjení málo nabitých článků s nepříliš odlišnými úrovněmi vybití, nedosahují napětí a proudy v nabíjecích obvodech mezních hodnot a řiditelné měniče 4A. 4B. 4C jsou řízeny prakticky jen signálem řídicího obvodu nabíječe s ohledem na dosažení shody řídicího napětí U_ca aktuálního výstupního napětí U_a fotovoltaického generátoru 1. V případě, že nabití článků je nerovnoměrné a napětí nebo proud v nabíjecím obvodu některého článku 7A. 7B, 7C dosáhnou mezní hodnotu, je řídicí signál příslušného řiditelného měniče 4A. 4B. 4C dále korigován, je snížen jím přenášený výkon, což vede k zastavení nárůstu napětí a proudu v nabíjecím obvodu.

Průmyslová využitelnost

Zařízení pro nabíjení akumulátorů z fotovoltaického zdroje podle předkládaného návrhu může být využíváno ve všech případech, kdy je vícečlánkový akumulátor nabíjen z fotovoltaického zdroje a je nutné zabezpečit optimální zatížení fotovoltaického zdroje a vyvážení nabíjecího procesu všech článků akumulátoru.

Ve srovnání se známými systémy pro nabíjení akumulátorů nejsou u článků používány balancery, zařízení pro nabíjení akumulátorů z fotovoltaického zdroje podle předkládaného návrhu je jednodušší, spolehlivější a lacinější, má menší ztráty.

Claims

1 . Zařízení pro nabíjení akumulátorů z fotovoltaického zdroje obsahující fotovoltaický generátor (1) a kde akumulátor je tvořen řadou článků (7A, 7B, 7C), vyznačující se tím, že každý článek (7A, 7B, 7C) nabíjeného akumulátoru má vlastní řiditelný měnič (4A, 4B, 4C), jejichž výkonové vstupy jsou vzájemně propojeny paralelně a jsou spojené s výstupem fotovoltaického generátoru (1) a jejichž výkonové výstupy přes napěťové senzory (5A, 5B, 5C) a přes proudové senzory (6A, 6B, 6C) propojeny s články (7A, 7B, 7C) nabíjeného akumulátoru a kde na řídící port každého řiditelného měniče (4A, 4B, 4C) je připojen jeho vlastní řídicí obvod (8A, 8B, 8C) tak, že výstup proudového senzoru (6A, 6B, 6C) je propojen s neinvertujícím vstupem prvního komparátoru (8.1), jehož invertující vstup je propojen s prvním zdrojem (8.2) referenčního napětí a výstup napěťového senzoru (5A, 5B, 5C) je propojen s neinvertujícím vstupem druhého komparátoru (8.3), jehož invertující vstup je propojen s druhým zdrojem (8.4) referenčního napětí, přičemž výstup prvního komparátoru (8.1) je propojen s prvním vstupem

-7 CZ 308050 B6 sčítačky (8.5) a výstup druhého komparátoru (8.3) je propojen s druhým vstupem sčítačky (8.5), jejíž výstup je připojen na řídicí port jemu příslušejícího řiditelného měniče (4A, 4B, 4C) a na třetí vstup každé sčítačky (8.5) je připojen výstup společného řídicího obvodu tvořený výstupem prvního stejnosměrného zesilovače (19), jehož zesílení je nastaveno prvním odporovým děličem tvořeným prvním odporem (21) a druhým odporem (20), kde první odpor (21) je připojen mezi výstup prvního stejnosměrného zesilovače (19) a jeho invertující vstup a druhý odpor (20) je připojen mezi invertující vstup prvního stejnosměrného zesilovače (19) a střední svorku druhého odporového děliče tvořeného třetím odporem (17) a čtvrtým odporem (18), z nichž třetí odpor (17) je zapojen mezi střední svorku prvního odporového děliče a kladnou svorku výkonového výstupu fotovoltaického generátoru (1) a čtvrtý odpor (18), je zapojen mezi střední svorku prvního odporového děliče a jeden konec pátého odporu (15), jehož druhý konec je spojen se zápornou svorkou napěťové referenční diody (14), s jedním koncem šestého odporu (16) a se zápornou svorkou fotovoltaického panelu (3) ve funkci snímače úrovně osvětlení, který je umístěn společně s panely fotovoltaického generátoru (1) v oblasti, kde je jeho úroveň osvětlení stejná jako u panelů fotovoltaického generátoru (1), přičemž kladná svorka fotovoltaického panelu (3), je propojena s výstupem druhého stejnosměrného zesilovače (10), s druhým koncem šestého odporu (16) a s kladnou svorkou napěťové referenční diody (14), přičemž mezi výstup druhého stejnosměrného zesilovače (10) a jeho invertující vstup a zdroj (11) předpětí je připojen třetí odporový dělič tvořený sedmým odporem (12) a osmým odporem (13) a na neinvertující vstup druhého stejnosměrného zesilovače (10) jsou připojeny paralelně spojené zdroj (9) konstantního proudu a řetězec křemíkových diod (2), který je umístěn v tepelném kontaktu s panely fotovoltaického generátoru (1).

2 výkresy