充放电控制器及光伏充放电系统的制作方法

本发明涉及光伏发电技术领域，尤其涉及一种充放电控制器及光伏充放电系统。

背景技术：

光伏充放电系统是由光伏电池、蓄电池组、充放电控制器、逆变器、交流配电柜及太阳跟踪控制系统等设备组成。其中充放电控制器是能自动防止蓄电池过充电和过放电的设备，是整个光伏充放电系统中的关键部件。在光伏充放电系统中，因为光伏电池的输出特性不稳定，受外界环境如气候、光照强度及温度等因素的影响，因此对于蓄电池的充放电管理要比在其他场合复杂。另外，光伏充放电系统所连接的负载功率也会随时发生变化，导致蓄电池的电压管理容易出现漏洞。因此，为尽可能地使光伏电池的能量利用率最大化，同时，还需要实现恒流或恒压放电输出，为负载提供稳定的工作环境，设计一种高效率的充放电控制器对光伏充放电系统显得尤为重要。

现有技术中的充放电控制器包括两个独立的充电电路和放电电路。充电电路多采用脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation，简称PWM)控制，用不同占空比的PWM信号控制场效应晶体管的导通和关断，实现了对蓄电池的充电，或采用降压Buck电路形成的直流/直流(DC/DC)变换电路对蓄电池充电。在需要对负载进行供电时，蓄电池通过一个独立的放电电路对负载供电。例如，负载要求具有恒流输出且工作电压高于蓄电池电压的发光二极管(LED)照明设备，则放电电路是由Boost升压电路形成的直流/直流(DC/DC)变换电路。在实际应用中，LED作为新型的高效节能型照明设备，广泛应用于城市公路的路灯照明领域。以光伏发电作为电力的主要来源，以蓄电池作为电力的储存装置是当前太阳能LED路灯的主要形式。

在采用LED灯作为路灯照明的情况下，充放电控制系统白天通过太阳能对蓄电池充电，晚上蓄电池放电为LED灯供电，充放电是在不同的时间段时 间的。如果采用独立的充放电控制电路结构，则会使充放电控制器体积大，不便于在生产生活中广泛安装使用。

技术实现要素：

本发明提供一种使充电电路和放电电路共用充放电控制电路的充放电控制器及光伏充放电系统，以克服现有技术中的充放电控制器器体积大、不便于在生产生活中广泛安装使用的技术问题。

本发明提供一种充放电控制器，包括充放电控制电路、充电截止开关和负载开关；

所述充电截止开关设置在所述充放电控制电路的充电入口端与光伏电池之间的充电电路上；所述负载开关设置在所述充放电控制电路的放电端与负载之间的放电电路上；所述充放电控制电路的充电出口端还与蓄电池连接；

所述充放电控制电路，用于在所述充电截止开关断开、所述负载开关连接时，控制所述光伏电池对所述蓄电池进行充电；还用于在所述充电截止开关连接、所述负载开关断开时，控制所述蓄电池对所述负载进行放电。

进一步地，所述充放电控制器还包括防反开关，所述防反开关设置在所述充电截止开关与所述光伏电池之间。

进一步地，所述充放电控制电路包括:电容、电感、第一场效应晶体管、第二场效应晶体管和二极管；

所述第一场效应晶体管的栅极用于接收第一控制信号，源极与所述第二场效应晶体管的漏极连接，使得所述第一场效应晶体管与所述第二场效应晶体管串接在一起；所述电容的正极与所述第一场效应晶体管的漏极连接，所述电容的负极与所述第二场效应晶体管的源极连接，以使得所述电容与所述第一场效应晶体管与所述第二场效应晶体管所形成的串接电路并联；所述二极管的阴极与所述第二场效应晶体管的漏极连接，所述二极管的阳极与所述第二场效应晶体管的源极连接，以使得所述二极管与所述第二场效应晶体管并联；所述电感的一端与所述第二场效应晶体管的漏极连接，所述电感的另一端与所述蓄电池的正极连接，所述第二场效应晶体管的源极与所述蓄电池的负极连接，所述第二场效应晶体管的源极接地，所述第二场效应晶体管的栅极用于接收第二控制信号。

进一步地，所述防反开关采用第三场效应晶体管实现。

进一步地，所述充电截止开关为第四场效应晶体管实现。

进一步地，所述负载开关为第五场效应晶体管实现。

进一步地，所述第三场效应晶体管的栅极用于接收第三控制信号，所述第三场效应晶体管的漏极连接所述光伏电池，所述第三场效应晶体管的源极连接所述第四场效应晶体管的源极，所述第四场效应晶体管的漏极连接所述电容的正极，所述第四场效应晶体管的栅极用于接收第四控制信号。

进一步地，所述第五场效应晶体管的栅极用于接收第五控制信号，所述第五场效应晶体管的漏极连接所述第一场效应晶体管的漏极，所述第五场效应晶体管的源极连接所述负载。

本发明还提供一种光伏充放电系统，所述系统包括光伏电池、充放电控制器、蓄电池和负载，所述充放电控制器分别与所述光伏电池、所述蓄电池和所述负载电连接；所述充放电控制器用于控制所述光伏电池对所述蓄电池进行充电；还用于控制所述蓄电池对所述负载进行放电；其中所述充放电控制器采用了如上所述的充放电控制器。

本发明的充放电控制器及光伏充放电系统，通过采用充电和放电共用的充放控制电路，实现在充电截止开关断开、负载开关连接时，控制光伏电池对蓄电池进行充电，实现在充电截止开关连接、负载开关断开时，控制蓄电池对负载进行放电。因此，本发明的充放电控制器，由于采用了充放电一体的充放电控制电路，能够减小充放电控制器的体积，从而提高充放电控制器的集成度，便于在生产生活中广泛安装使用。同时由于将充电和放电的电路集成设计为一体，从而有效地降低了充放电控制器以及光伏充放电系统的成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的充放电控制器的实施例一的结构示意图；

图2为本发明的充放电控制器的实施例二的结构示意图；

图3为图2所示的充放电控制器的充电电路图；

图4为图2所示的充放电控制器的放电电路图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，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，都属于本发明保护的范围。

图1为本发明的充放电控制器的实施例一的结构示意图，如图1所示，本实施例的充放电控制器，具体可以包括充放电控制电路11、充电截止开关12和负载开关13。

如图1所示，本实施例的充放电控制器中的充电截止开关12设置在充放电控制电路11的充电入口端与光伏电池14之间的充电电路上；负载开关13设置在充放电控制电路11的放电端与负载16之间的放电电路上；充放电控制电路11的充电出口端还与蓄电池15连接。在具体实施时，充电截止开关12连接时，负载开关13断开，充放电控制电路11与光伏电池连通，充放电控制电路11进入充电状态，对蓄电池15充电，对负载16不供电。充电截止开关12闭合时，负载开关13连接，充放电控制电路11与负载16连通，充放电控制电路11进入放电状态，对负载16供电。

本实施例的充放电控制器中的充放电控制电路11用于在充电截止开关12断开、负载开关13连接时，控制光伏电池14对蓄电池15进行充电；充放电控制电路11还用于在充电截止开关12连接、负载开关13断开时，控制蓄电池15对负载16进行放电。在具体实施时，截止开关12和负载开关13不会同时连接或断开，也就是说充放电控制电路11的充电和放电不能同时进行。

本实施例的充放电控制器的具体工作流程如下：在有太阳光的白天，光伏电池板将太阳光的光能转化成电能，并存储在光伏电池14中。然后断开充电截止开关12、断开负载开关13，充放电控制电路11可以控制光伏电池14 对蓄电池15进行充电，直到光伏电池14的电压低于蓄电池15的电压或蓄电池充满，光伏电池14停止对蓄电池15进行充电。当负载需要供电的时候，断开充电截止开关12、断开负载开关13，充放电控制电路11可以控制蓄电池15对负载16供电。之后，便可以按照上述方式重复实现控制光伏电池14对蓄电池15进行充电，控制蓄电池15对负载16供电，依次类推，实现充放电控制器的功能。

本实施例的充放电控制器，通过采用充电和放电共用的充放控制电路11，实现在充电截止开关12断开、负载开关13连接时，控制光伏电池对蓄电池15进行充电，实现在充电截止开关12连接、负载开关13断开时，控制蓄电池15对负载16进行放电。因此，本发明的充放电控制器，由于采用了充放电一体的充放电控制电路11，能够减小充放电控制器的体积，从而提高充放电控制器的集成度，便于在生产生活中广泛安装使用。同时由于将充电和放电的电路集成设计为一体，从而有效地降低了充放电控制器以及光伏充放电系统的成本。

图2为本发明的充放电控制器的实施例二的结构示意图，如图2所示，本实施例的充放电控制器在上述实施例一的基础上，进一步还可以包括防反开关17，防反开关17设置在充电截止开关12与光伏电池14之间。

在实际应用中，充放电控制电路11在控制光伏电池14对蓄电池15进行充电时，若充电一段时间之后，光伏电池14电量不足，导致蓄电池15的电压大于光伏电池14的电压，此时，可能存在蓄电池15反向对光伏电池14充电的情形。为了避免这种情形的发生，本实施例中通过在充电截止开关12与光伏电池14之间增加防反开关17。这样，在实际应用中防反开关17可以防止充放电控制电路11在控制光伏电池14对蓄电池15充电时，若光伏电池14的电压小于蓄电池15的电压，蓄电池15也不会反向给光伏电池14充电。

进一步可选地，如图2所示，本实施例的充放电控制器中的充放电控制电路11包括:电容C、电感L、第一场效应晶体管Q₁、第二场效应晶体管Q₂和二极管D。第一场效应晶体管Q₁的栅极用于接收第一控制信号，源极与第二场效应晶体管Q₂的漏极连接，使得第一场效应晶体管Q₁的源极与第二场效应晶体管Q₂串接在一起；电容C的正极与第一场效应晶体管Q₁的漏极连接，电容C的负极与第二场效应晶体管Q₂的源极连接，以使得电容C与第一场效 应晶体管Q₁与第二场效应晶体管Q₂所形成的串接电路并联；二极管D的阴极与第二场效应晶体管Q₂的漏极连接，二极管D的阳极与第二场效应晶体管Q₂的源极连接，以使得二极管D与第二场效应晶体管Q₂并联；电感L的一端与第二场效应晶体管Q₂的漏极连接，电感L的另一端与蓄电池15的正极连接，第二场效应晶体管Q₂的源极与蓄电池15的负极连接，第二场效应晶体管Q₂的源极接地，第二场效应晶体管Q₂的栅极用于接收第二控制信号。

进一步可选地，防反开关17采用第三场效应晶体管Q₃实现；充电截止开关12采用第四场效应晶体管Q₄实现。第三场效应晶体管Q₃的栅极用于接收第三控制信号，漏极连接光伏电池14，第三场效应晶体管Q₃的源极连接第四场效应晶体管Q₄的源极，第四场效应晶体管Q₄的栅极用于接收第四控制信号，漏极连接电容C的负极。第三场效应晶体管Q₃与第四场效应晶体管Q₄是相对放置的，其源级连接在一起，构成了具有双向阻断功能的开关，即当第三场效应管Q₃和第四场效应管Q₄均处于断开时，不仅可以阻断从光伏电池14流向蓄电池15的电流，还可以阻断从蓄电池15流向光伏电池14的电流。从而用于控制蓄电池15的充电并且防止蓄电池15的电压反冲给所述光伏电池14。本领域技术人员应当可以知道，防反开关17和充电截止开关12还可以采用其他能够实现本发明目的器件，例如二级管，继电器等。

进一步可选地，负载开关13可以为第五场效应晶体管Q₅实现。第五场效应晶体管Q₅的栅极用于接收第五控制信号，漏极连接第一场效应晶体管Q₁的漏极，第五场效应晶体管Q₅的源极连接负载16。本领域技术人员应当可以知道，负载开关13还可以采用其他能够实现本发明目的其他器件，例如二级管，继电器等。

图3为图2所示的充放电控制器的充电电路图。在实际应用中，在有太阳光的白天，光伏电池14为蓄电池15进行充电，图2中的第三场效应管Q₃和第四场效应管Q₄分别接收闭合第三场效应管Q₃和第四场效应管Q₄第三控制信号和第四控制信号，以使第三场效应管Q₃和第四场效应管Q₄均处于闭合状态，第五场效应晶体管Q₅接收断开第五场效应晶体管Q₅的第五控制信号，以处于断开状态，以与负载断开连接，得到图3所示的充电电路图。且此时第一场效应晶体管Q₁接收连接第一场效应晶体管Q₁的第一控制信号，也就是脉冲控制信号，从而起到高频开关管的作用，第二场效 应晶体管Q₂接收断开第二场效应晶体管Q₂的第二控制信号，以处于关断状态。

本发明的充放电控制器还具有最大功率点跟踪功能。微处理器对光伏电池14进行测能，即不断检测光伏电池两端的电压和电流。光伏电池的特征之一是其输出的电压和电流呈非线性变化，且其输出的电压越高，电流越小，电压越低，电流越大，因此，为提高光伏电池14的输出功率，微处理器计算出光伏电池的最大功率点，以及测量光伏电池在最大功率点时输出的电流。根据光伏电池在最大功率点时输出的电流，给第一场效应晶体管Q₁的栅极输入第一控制信号，以调整第一场效应晶体管Q₁源漏极的电流大小，以实现为蓄电池高效率地进行充电。

当光伏电池为蓄电池充电时，Q₁在高速开关动作，其漏极的电压会发生波动，电容C起到储备电能的作用，平滑Q₁漏极的电压，使蓄电池15能稳定地进行充电。本实施例的充放电控制器，在第二场效应晶体管Q₂的两端并联有二极管D，以与电感和蓄电池形成回路，使电感产生的电动势在回路中电流持续。以上电路实现了具有最大功率点跟踪功能的充电Buck电路。

图4为图2所示的充放电控制器的放电电路图。在实际应用时，当负载需要供电的时候，将图2中的第三场效应管Q₃和第四场效应管Q₄分别接收断开第三场效应管Q₃和第四场效应管Q₄的第三控制信号和第四控制信号，以第三场效应管Q₃和第四场效应管Q₄使均处于断开状态，以与光伏电池断开连接第五场效应晶体管Q₅接收闭合第五场效应晶体管Q₅的第五控制信号处于闭合状态，以与负载16建立连接，得到图4所示的放电电路图。且此时第二场效应晶体管Q₂接收闭合第二场效应晶体管Q₂的第二控制信号，即脉冲控制信号，从而起到高频开关管的作用，第一场效应晶体管Q₁接收断开第一场效应晶体管Q₁的第一控制信号，以处于关断状态。

此时，蓄电池15输出的电流流经电感L和第二场效应管Q₂，形成回路，二极管D不起作用。当为负载16供电时，第二场效应晶体管Q₂接收第二控制信号后断开，第一场效应晶体管Q₁起到二极管的作用，电流流经电感L、第一场效应晶体管Q₁和负载16，形成回路。电容C用于平滑对负载16的输出电压。以上电路实现了升压恒流输出功能的Boost放电电路。

本实施例的充放电控制器，通过采用充电和放电共用的充放控制电路11， 实现在充电截止开关12断开、负载开关13连接时，控制光伏电池对蓄电池15进行充电，实现在充电截止开关12连接、负载开关13闭时，控制蓄电池15对负载16进行放电。因此，本发明的充放电控制器，由于采用了充放电一体的充放电控制电路11，能够减小充放电控制器的体积，从而提高充放电控制器的集成度，便于在生产生活中广泛安装使用。同时由于将充电和放电的电路集成设计为一体，从而有效地降低了充放电控制器以及光伏充放电系统的成本。

本发明还提供一种光伏充放电系统，本实施例的光伏充放电系统包括光伏电池14、充放电控制器、蓄电池15和负载16。充放电控制器分别与光伏电池14、蓄电池15和负载16电连接；充放电控制器用于控制光伏电池14对所述蓄电池15进行充电；充放电控制器还用于控制蓄电池15对负载16进行放电；其中充放电控制器采用了如图1或图2实施例所示的充放电控制器。本实施例的光伏充放电系统参考上述图1或者图2所示的整个结构。本实施例的光伏充放电系统的工作流程以及技术效果可以参考如上述图1或图2实施例的记载，在此不再赘述。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。