一种太阳能充电电路和太阳能充电系统的制作方法

1.本发明涉及太阳能充电技术领域，尤其涉及一种太阳能充电电路和太阳能充电系统。


背景技术：

2.光伏发电应用越来越广泛，储能、离网等系统比较容易地解决无电，缺电及电力不稳定地区的居民，学校或工厂的生活用电，生活用水和工作用电需求。凭借光伏发电的经济，清洁，环保，无噪音的优势可以部分替代或完全替代柴油发电机的发电功能。
3.现有的太阳能充电电路一般采用buck或者boost线路进行降压或者升压，对太阳能电池板组件的输入电压，即pv输入电压进行mppt，以获取最大输入功率，从而太阳能充电电路的输出电压取决于太阳能电池板组件的输入电压。目前的方案，无法解决pv输入电压宽范围的问题，在实际应用中，各种不同功率等级的系统应用所需求的电压不同，即太阳能电池板组件的输出电压需要不同，由于太阳能电池板组件由多个太阳能板串联形成，因此，串联数量影响太阳能电池板组件的输出电压。然而现场要么配置串联数较少的太阳能电池板，要么配置串联数较多的太阳能电池板，无法兼容灵活配置太阳能串数的需求。


技术实现要素：

4.本发明提供了一种太阳能充电电路和太阳能充电系统，以解决实际应用过程中的太阳能电池板数量的限制问题，满足各种不同功率等级的系统应用。
5.根据本发明的一方面，提供了一种太阳能充电电路，该太阳能充电电路包括控制器、降压模块、第一开关模块和母线；
6.所述第一开关模块的输入端连接太阳能电池板组件的电能输出端，所述第一开关模块的第一输出端连接蓄电池，所述第一开关模块的第二输出端连接所述母线；
7.所述降压模块的输入端与所述母线电连接，所述降压模块的输出端与所述蓄电池电连接；
8.所述控制器的检测端与太阳能电池板组件的开路电压输出端电连接，以获取开路电压；
9.所述控制器的第一输出端与所述第一开关模块电连接，所述控制器用于在所述开路电压低于预设电压阈值时输出第一驱动信号，和不低于所述预设电压阈值时输出第二驱动信号；
10.所述第一开关模块用于基于所述第一驱动信号控制所述太阳能电池板组件的电能输出端连接所述蓄电池以给所述蓄电池供电，和基于所述第二驱动信号控制所述太阳能电池板组件的电能输出端连接所述母线以给所述母线供电。
11.在本发明的可选实施例中，所述太阳能充电电路还包括升降压模块，
12.所述升降压模块连接在所述太阳能电池板组件的电能输出端和所述第一开关模块之间；
13.所述控制器的第二输出端与所述升降压模块的第一控制端电连接，所述控制器的第三输出端与所述升降压模块的第二控制端电连接；所述控制器用于在所述开路电压低于预设电压阈值时输出第一控制信号，和不低于所述预设电压阈值时输出第二控制信号；
14.所述升降压模块用于基于所述第一控制信号对所述太阳能电池板组件的电能输出端所输入的电压进行降压，和基于所述第二控制信号对所述太阳能电池板组件的电能输出端所输入的电压进行升压。
15.在本发明的可选实施例中，所述太阳能电池板组件的电能输出端包括正输出端和负输出端；
16.所述升降压模块包括第一mos管、第二mos管、第一二极管、第二二极管、电感、第一公共点、第二公共点、第三公共点和极性电容；
17.所述第一mos管的栅极与所述控制器的第二输出端电连接，所述第一mos管的漏极与所述正输出端电连接，所述第一mos管的源极连接于所述第一公共点，所述第一mos管用于基于所述第一控制信号和所述第二控制信号导通和关断；
18.所述第一二极管的负极电连接于所述第一公共点，所述第一二极管的正极与所述负输出端电连接；
19.所述电感的一端连接于所述第一公共点，所述电感的另一端连接于所述第二公共点；
20.所述第二mos管的栅极与所述控制器的第三输出端电连接，所述第二mos管的漏极与所述第二公共点电连接，所述第二mos管的源极连接于地，所述第二mos管用于基于所述第一控制信号关断，并基于所述第二控制信号导通和关断；
21.所述第二二极管的正极连接于所述第二公共点，所述第二二极管的负极连接于所述第三公共点；
22.所述极性电容的正极与所述第三公共点电连接，所述极性电容的负极连接于地；
23.所述第三公共点与所述第一开关模块的输入端电连接。
24.在本发明的可选实施例中，所述第一开关模块包括第一开关和第二开关，所述第一开关连接于所述太阳能电池板组件的电能输出端和所述母线之间；
25.所述第二开关连接于所述太阳能电池板组件的电能输出端和所述蓄电池之间；
26.所述第一开关用于基于所述第一驱动信号断开，和基于所述第二驱动信号闭合；
27.所述第二开关用于基于所述第一驱动信号闭合，和基于所述第二驱动信号断开。
28.在本发明的可选实施例中，所述太阳能充电电路还包括dc/ac逆变器和负载，所述dc/ac逆变器连接于所述母线和负载之间，用于将所述母线输入的直流电转换为交流电供给所述负载。
29.在本发明的可选实施例中，所述太阳能充电电路还包括第二开关模块，所述第二开关模块连接于所述dc/ac逆变器和所述负载之间。
30.在本发明的可选实施例中，所述第二开关模块包括多个第三开关，所述第三开关连接于所述dc/ac逆变器和所述负载之间；
31.所述负载的数量为多个且与所述第三开关一一对应连接。
32.在本发明的可选实施例中，所述降压模块为dc/dc降压模块。
33.根据本发明的另一方面，提供了一种太阳能充电系统，该太阳能充电系统包括太
阳能电池板组件、蓄电池和本发明任一实施例所述的太阳能充电电路。
34.本发明实施例的技术方案，通过设置控制器、降压模块、第一开关模块和母线，所述控制器的检测端与太阳能电池板组件的开路电压输出端电连接，以获取开路电压，所述控制器在所述开路电压低于预设电压阈值时输出第一驱动信号，和不低于所述预设电压阈值时输出第二驱动信号，所述第一开关模块用于基于所述第一驱动信号控制所述太阳能电池板组件的电能输出端连接所述蓄电池以给所述蓄电池供电，和基于所述第二驱动信号控制所述太阳能电池板组件的电能输出端连接所述母线以给所述母线供电。同时母线与蓄电池之间连接有降压模块。所以当太阳能电池板的串联数量较少时，开路电压低于预设电压阈值，控制器输出第一驱动信号，此时第一开关模块会使太阳能电池板组件直接给蓄电池供电，当太阳能电池板的串联数量较多时，开路电压不低于与预设电压阈值，控制器输出第二驱动信号，此时第一开关模块会使太阳能电池板给母线供电，实际系统中通常会存在其余的负载，其余负载可以直接通过母线进行充电，优化满足负载功率需求，多余电能经过降压模块对蓄电池进行充电，因此，无论太阳能电池板的串联数量是较多还是较少，控制器都能根据实际情况控制第一开关模块，实现对蓄电池的充电，解决了实际应用过程中的太阳能电池板数量的限制问题，满足各种不同功率等级的系统应用。
35.应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本发明的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本发明的范围。本发明的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。
附图说明
36.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述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发明的一些实施例，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。
37.图1为本发明实施例一提供的一种太阳能充电电路和太阳能电池板组件与蓄电池连接的电路框图；
38.图2是本发明实施例一提供的一种太阳能充电电路和蓄电池连接的电路原理图。
39.其中：1、控制器；2、降压模块；3、第一开关模块；31、第一开关；32、第二开关；4、母线；5、太阳能电池板组件；51、电能输出端；52、开路电压输出端；6、蓄电池；7、升降压模块；71、第一mos管；72、第二mos管；73、第一二极管；74、第二二极管；75、第一公共点；76、第二公共点；77、第三公共点；78、极性电容；79、电感；8、dc/ac逆变器；9、第二开关模块；91、第三开关；10、负载。
具体实施方式
40.为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
41.需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第
二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
42.实施例一
43.图1为本发明实施例一提供的一种太阳能充电电路和太阳能电池板组件5与电池连接的电路框图，本实施例可适用于光伏发电的情况，该太阳能充电电路可配置于太阳能充电器中。如图1所示，该太阳能充电电路包括控制器1、降压模块2、第一开关模块3和母线4。
44.第一开关模块3的输入端连接太阳能电池板组件5的电能输出端51，第一开关模块3的第一输出端连接蓄电池6，第一开关模块3的第二输出端连接母线4。其中，第一开关模块3是指能够控制两端的线路导通或断开的模块，所以第一开关模块3能够控制太阳能电池板组件5的电能输出端51和母线4的导通与断开，也能够控制太阳能电池板组件5的电能输出端51和蓄电池6的导通和断开，当太阳能电池板组件5的电能输出端51与母线4导通时，太阳能电池板组件5输出的电能能够给母线4供电，当太阳能电池板组件5的电能输出端51和蓄电池6导通时，太阳能电池板组件5输出的电能能够给蓄电池6供电。
45.降压模块2的输入端与母线4电连接，降压模块2的输出端与蓄电池6电连接。其中，降压模块2是指能够对输入电压进行降压输出的模块。
46.控制器1的检测端与太阳能电池板组件5的开路电压输出端52电连接，以获取开路电压。其中，控制器1是指用于对其余电路模块进行逻辑控制的器件，在一个具体的实施例中，控制器1为微处理器。太阳能电池板组件5的开路电压是指将太阳能电池板组件5置于标准光源照射下，在两端开路时，太阳能电池板组件5的输出电压值，由于太阳能电池板组件5由多个太阳能电池板串联形成，因此，通过开路电压能够反映太阳能电池板的串联数量。
47.控制器1的第一输出端与第一开关模块3电连接，控制器1用于在开路电压低于预设电压阈值时输出第一驱动信号，和不低于预设电压阈值时输出第二驱动信号。其中，预设电压阈值是指预设的用于区分太阳能电池板串联数量多少的值，当开路电压低于预设电压阈值时说明太阳能电池板的串联数量较少，当开路电压不低于预设电压阈值时，说明太阳能电池板的串联数量较多。
48.第一开关模块3用于基于第一驱动信号控制太阳能电池板组件5的电能输出端51连接蓄电池6以给蓄电池6供电，和基于第二驱动信号控制太阳能电池板组件5的电能输出端51连接母线4以给母线4供电。
49.其中，第一驱动信号是开路电压低于预设电压阈值时输出，此时太阳能电池板的串联数量较少，第一开关模块3控制太阳能电池板组件5的电能输出端51直接连接蓄电池6以给蓄电池6供电。第二驱动信号是开路电压不低于预设电压阈值时输出，此时太阳能电池板的串联数量较多，第一开关模块3控制太阳能电池板组件5的电能输出端51连接母线4以给母线4供电，而母线4与蓄电池6之间连接有降压模块2，从而降压模块2能够对母线4的电压降压后对蓄电池6充电。因此，无论太阳能电池板的串联数量是较多还是较少，控制器1都
能根据实际情况控制第一开关模块3，实现对蓄电池6的充电。同时太阳能电池板串联数量较多时对母线4提供能量，实际系统中通常会存在其余的负载10(图1中未示出)，其余负载10可以直接通过母线4进行充电，优化满足负载10功率需求。
50.上述方案，通过设置控制器1、降压模块2、第一开关模块3和母线4，控制器1的检测端与太阳能电池板组件5的开路电压输出端52电连接，以获取开路电压，控制器1在开路电压低于预设电压阈值时输出第一驱动信号，和不低于预设电压阈值时输出第二驱动信号，第一开关模块3用于基于第一驱动信号控制太阳能电池板组件5的电能输出端51连接蓄电池6以给蓄电池6供电，和基于第二驱动信号控制太阳能电池板组件5的电能输出端51连接母线4以给母线4供电。同时母线4与蓄电池6之间连接有降压模块2。所以当太阳能电池板的串联数量较少时，开路电压低于预设电压阈值，控制器1输出第一驱动信号，此时第一开关模块3会使太阳能电池板组件5直接给蓄电池6供电，当太阳能电池板的串联数量较多时，开路电压不低于与预设电压阈值，控制器1输出第二驱动信号，此时第一开关模块3会使太阳能电池板给母线4供电，实际系统中通常会存在其余的负载10，其余负载10可以直接通过母线4进行充电，优化满足负载10功率需求，多余电能经过降压模块2对蓄电池6进行充电，因此，无论太阳能电池板的串联数量是较多还是较少，控制器1都能根据实际情况控制第一开关模块3，实现对蓄电池6的充电，解决了实际应用过程中的太阳能电池板数量的限制问题，满足各种不同功率等级的系统应用。
51.在本发明的可选实施例中，如图2所示，太阳能充电电路还包括升降压模块7，升降压模块7连接在太阳能电池板组件5的电能输出端51和第一开关模块3之间。
52.控制器1的第二输出端与升降压模块7的第一控制端电连接，控制器1的第三输出端与升降压模块7的第二控制端电连接；控制器1用于在开路电压低于预设电压阈值时输出第一控制信号，和不低于预设电压阈值时输出第二控制信号。
53.升降压模块7用于基于第一控制信号对太阳能电池板组件5的电能输出端51所输入的电压进行降压，和基于第二控制信号对太阳能电池板组件5的电能输出端51所输入的电压进行升压。
54.其中，升降压模块7是指能够进行升压和降压两种功能的模块，太阳能电池板组件5的电能输出端51所输入的电压即为pv输入电压。当开路电压低于预设电压阈值时说明太阳能电池板组件5所串联的太阳能电池板的数量较少，此时控制器1输出第一控制信号，升降压模块7对太阳能电池板组件5的电能输出端51所输入的电压进行降压，然后传输至蓄电池6，优化满足负载10功率需求。当开路电压不低于预设电压阈值时说明太阳能电池板组件5所串联的太阳能电池板的数量较多，控制器1输出第二控制信号，升降压模块7太阳能电池板组件5的电能输出端51所输入的电能进行升压，然后输出给母线4，优化满足负载10功率需求。
55.在上述实施例的基础上，太阳能电池板组件5的电能输出端51包括正输出端和负输出端，即为图2中的pv 和pv-。
56.升降压模块7包括第一mos管71、第二mos管72、第一二极管73、第二二极管74、电感79、第一公共点75、第二公共点76、第三公共点77和极性电容78。
57.第一mos管71的栅极与控制器1的第二输出端电连接，第一mos管71的漏极与正输出端电连接，第一mos管71的源极连接于第一公共点75，第一mos管71用于基于第一控制信
号和第二控制信号导通和关断。
58.第一二极管73的负极电连接于第一公共点75，第一二极管73的正极与负输出端电连接。
59.电感79的一端连接于第一公共点75，电感79的另一端连接于第二公共点76。
60.第二mos管72的栅极与控制器1的第三输出端电连接，第二mos管72的漏极与第二公共点76电连接，第二mos管72的源极连接于地，第二mos管72用于基于第一控制信号关断，并基于第二控制信号导通和关断。
61.第二二极管74的正极连接于第二公共点76，第二二极管74的负极连接于第三公共点77。
62.极性电容78的正极与第三公共点77电连接，极性电容78的负极连接于地。
63.第三公共点77与第一开关模块3的输入端电连接。
64.其中，开路电压输出端52输出的开路电压即为图2中的upv，控制器1所输出的第一控制信号和第二控制信号可均为pwm。导通时间为ton，关断时间为toff。在此实施例中，第一mos管71为q1，第二mos管72为q2，第一二极管73为d1，第二二极管74为d2，电感79为l，极性电容78为c。
65.当开路电压低于预设电压阈值时说明太阳能电池板组件5所串联的太阳能电池板的数量较少，此时第一开关模块3使太阳能电池板组件5的电能输出端51所输入的电压通过升降压进行降压然后传输至蓄电池6。控制器1发出第一控制信号使第一mos管71导通和关断，同时使第二mos管72关断，即不导通。此时升降压模块7构成buck电路，太阳能电池板组件5电能输出端51所输入的电压经过第一mos管71、电感79、第一二极管73、第二二极管74和极性电容78给蓄电池6充电。在ton期间，电流经过第一mos管71、电感79、第二二极管74和极性电容78给蓄电池6充电；在toff期间，第一mos管71不导通，电感79电流经过第二二极管74、极性电容78、蓄电池6和第一二极管73，完成续流，实现伏秒平衡。
66.当开路电压不低于预设电压阈值时说明太阳能电池板组件5所串联的太阳能电池板的数量较多，此时第一开关模块3使太阳能电池板组件5的电能输出端51所输入的电压通过升降压进行升压然后传输至母线4。控制器1发出第二控制信号使第一mos管71和第二mos管72导通和关断。此时升降压模块7构成boost电路，太阳能电池板组件5电能输出端51所输入的电压经过第一mos管71、电感79、第二二极管74、第二mos管72和极性电容78给母线4提供能量。在ton期间，电流经过第一mos管71、电感79、第二mos管72，对电感79储能，而极性电容78对母线4放电。在toff期间，第一mos管71和第二mos管72不导通，电流经过第一mos管71、电感79、第二二极管74、极性电容78和第一二极管73，对母线4充电。
67.在本发明的可选实施例中，第一开关模块3包括第一开关31和第二开关32，第一开关31连接于太阳能电池板组件5的电能输出端51和母线4之间。
68.第二开关32连接于太阳能电池板组件5的电能输出端51和蓄电池6之间。
69.第一开关31用于基于第一驱动信号断开，和基于第二驱动信号闭合。
70.第二开关32用于基于第一驱动信号闭合，和基于第二驱动信号断开。
71.其中，第一开关31断开，第二开关32闭合时，太阳能电池板组件5的电能输出端51会连接到蓄电池6，从而能够给蓄电池6供电，当第一开关31闭合，第二开关32断开时，太阳能电池板组件5的电能输出端51会连接到母线4，给母线4提供能量，此时根据负载10功率情
况，优化满足负载10功率需求，多余的电能经过降压模块2降压，对蓄电池6进行充电。
72.此外，当太阳能充电电路包括升降压模块7时，升降压模块7连接在太阳能电池板组件5的电能输出端51和第一开关31与第二开关32之间，即升降压模块7的输入端与太阳能电池板组件5的电能输出端51电连接，升降压模块7的输出端与第一开关31和第二开关32的一端均连接，第一开关31的另一端与母线4连接，第二开关32的另一端与蓄电池6连接。从而通过控制第一开关31和第二开关32，太阳能电池板组件5的电能输出端51输出的电压经过升降压模块7变换后便会在不同的情况下传递至母线4或蓄电池6。
73.在本发明的可选实施例中，太阳能充电电路还包括dc/ac逆变器8和负载10，dc/ac逆变器8连接于母线4和负载10之间，用于将母线4输入的直流电转换为交流电供给负载10。其中，dc/ac逆变器8能够将直流电转换为交流电输出，由于负载10通常使用交流电，通过dc/ac逆变器8能够方便的将母线4的能量供给负载10使用。
74.在上述实施例的基础上，太阳能充电电路还包括第二开关模块9，第二开关模块9连接于dc/ac逆变器8和负载10之间。其中，通过控制第二开关模块9，便能够控制母线4对负载10供电或者母线4停止对负载10供电。
75.示例性的，第二开关模块9包括多个第三开关91，第三开关91连接于dc/ac逆变器8和负载10之间；负载10的数量为多个且与第三开关91一一对应连接。
76.其中，第三开关91闭合时能够使dc/ac逆变器8连通负载10，第三开关91断开时能够使dc/ac逆变器8与负载10断开，通过设置多个第三开关91，不同负载10的供电情况能够分别进行控制，使用方便。
77.在本发明的可选实施例中，降压模块2为dc/dc降压模块2。其中，dc/dc降压模块2是指将直流电进行降压输出直流电的模块，由于蓄电池6通常使用的也为直流，通过设置dc/dc降压模块2，能够方便的使母线4的电能经过dc/dc降压模块2变换降压，对蓄电池6进行供电。
78.实施例二
79.本发明实施例二提供了一种太阳能充电系统，该太阳能充电系统包括太阳能电池板组件5、蓄电池6和本发明任一实施例的太阳能充电电路。
80.上述方案，当太阳能电池板组件5所包括的太阳能电池板的串联数量较少时，开路电压低于预设电压阈值，控制器1输出第一驱动信号，此时第一开关模块3会使太阳能电池板组件5直接给蓄电池6供电，当太阳能电池板的串联数量较多时，开路电压不低于与预设电压阈值，控制器1输出第二驱动信号，此时第一开关模块3会使太阳能电池板给母线4供电，实际系统中通常会存在其余的负载10，其余负载10可以直接通过母线4进行充电，优化满足负载10功率需求，多余电能经过降压模块2对蓄电池6进行充电，因此，无论太阳能电池板的串联数量是较多还是较少，控制器1都能根据实际情况控制第一开关模块3，实现对蓄电池6的充电，解决了实际应用过程中的太阳能电池板数量的限制问题，满足各种不同功率等级的系统应用。
81.应该理解，可以使用上面所示的各种形式的流程，重新排序、增加或删除步骤。例如，本发明中记载的各步骤可以并行地执行也可以顺序地执行也可以不同的次序执行，只要能够实现本发明的技术方案所期望的结果，本文在此不进行限制。
82.上述具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限制。本领域技术人员应该明
白的是，根据设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和替代。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明保护范围之内。