专利名称：一种两级双向的高效光伏充电器的制作方法
技术领域：
本发明涉及电工技术及光伏电能转化技术，特别是电能双向流动技术。
背景技术：
现有的光伏充电器一般采用单级的DC-DC变换。这虽然减少了充电器的成本，但 却不能保证光伏系统工作于最大功率跟踪(MPPT)状态。考虑到光伏系统中充电器所占成 本很低，其成本主要由光伏模组构成，故单级DC-DC变换不能保证系统整体性价比最高。单级DC-DC变换不能实现真正的MPPT。原因在于，蓄电池的充电过程是个强非线 性过程，有饱和，滞环等诸多因素来限制。极化与去极化表现为一个近似的具滞环的开关特 性，而且自然去极化与强制去极化时间相差10倍。利用反向DC-DC变换，将去极化能量存 贮在超级电容上，可以加速去极化过程，进而加速充电过程。因此，本发明通过利用超级电 容加大能量解耦以及利用双向DC-DC变换实现蓄电池去极化，可以保证系统工作于MPPT。
发明内容
本发明为一种基于双向DC-DC变换及蓄电池快速充电技术的光伏最优充电技术
及装置。本发明的核心为，利用超级电容加大光伏能量与蓄电池能量的解耦；利用双向 DC-DC变换以反向大电流加快去极化过程，进而加速充电过程，并将该能量存贮于超级电容 内，以实现真正的MPPT。
图1为BOOST-BUCK/BOOST型充电器拓扑图2为BUCK-BUCK/BOOST型充电器拓扑图3为无超级电容的去极化曲线图4为有超级电容及双向DC变换的去极化曲线具体实施方法第一级DC-DC变换在超级电容允许的情况下，工作于电流断续状态(DCM)，由附图 一，DCM模式下输入输出关系式为
<formula>formula see original document page 3</formula>在DCM模式下，每个工作周期复位，电流归零。平均电流为<formula>formula see original document page 3</formula>
<formula>formula see original document page 4</formula> (升压)MPPT算法采用登山法。由附图四，在超级电容电压中环节允许的情况下，以最大电流对蓄电池充电，而不 是常规的三段式涓充_主充-浮充方式。当极板处生成的H+和SO/—离子浓度太高而所需 的Pb2+离子浓度太低时，双向DC-DC变换器开始反向工作，将一部分蓄电池能量暂存到超级 电容上，而此时光伏电能仍能被存储到超级电容上。由曲线可以看到，反向放电可以加速去 极化过程，时间大大减小，即需要将光伏电能暂存在超级电容上的时间也就大大减小。若采 用常规自然去极化，则为了达到光伏MPPT，能量解耦所需的超级电容的体积和成本都将增 加5 10倍，即超级电容的成本将从3%上升到15 30%。一个50W的光伏照明系统，可采用以下配置
<formula>formula see original document page 4</formula>取5个IF/5. 5V的超级电容串联，工作电压为20V，允许电压波动为5V，则
<formula>formula see original document page 4</formula> 而从图三及图四中看到，加速去极化的过程为70ms左右，而自然去极化的过程在 250ms以上。
权利要求
一种高效的两级双向光伏充电器，由一个单向DC-DC变换器，一个双向DC-DC变换器串联而成。中间的直流环节由电解电容及超级电容并联构成，除了平波功能外，主要是瞬时存贮能量。由于光伏发电与充入蓄电池的电能无法保持实时一致性，通过超级电容缓冲光伏能量及蓄电池去极化能量，既保证了光伏的最大功率跟踪(MPPT)，又保证了蓄电池的快速充电。
2.如权利要求1所述的单向DC-DC变换器，可以是升压型(BOOST)或降压型(BUCK)； 双向DC-DC变换器，则是正向BUCK，反向BOOST型。
3.如权利要求1所述的单向DC-DC变换器，工作于电流断续状态(DCM)，这样由光伏电 压及PWM占空比即可推算出输入电流及功率进行MPPT运算。
4.如权利要求1所述的双向DC-DC变换器，工作于电流断续状态(DCM)，这样使得充放 电稳态时呈现电流源特性，瞬态为高频脉冲，有利于防止铅酸电池极化及加速去除极化。
5.如权利要求1所述的超级电容的中间直流环节，其选值原则为，在允许的电压范围 内，可以吸收50ms (去极化时间)内的蓄电池反向BOOST能量及在MPPT条件下的光伏发电 能量°
全文摘要
一种两级双向的高效光伏充电器，由一个单向DC-DC变换器，一个双向DC-DC变换器串联而成。中间的直流环节由电解电容及超级电容共同并联构成，除了平波功能外，主要是暂时存贮能量。为了实现光伏发电与充入蓄电池的电能的实时一致性，通过超级电容缓冲光伏能量及蓄电池去极化能量，保证了光伏的最大功率跟踪(MPPT)以及蓄电池的快速充电。
文档编号H02J7/35GK101826739SQ20091012732
公开日2010年9月8日 申请日期2009年3月6日 优先权日2009年3月6日
发明者古俊银 申请人:英伟力新能源科技(上海)有限公司