一种光伏电池板低电压蓄电与高电压放电装置、其控制方法以及应用与流程

本发明涉及一种光伏电池板低电压蓄电与高电压放电装置、其控制方法以及应用，属于充电电源变换技术领域。

背景技术：

目前广泛使用的光伏发电系统和太阳能路灯系统中，一般都采用光伏电池板直接对蓄电池充电，充电方式主要有直流和脉宽调制（pwm），但只适合太阳光直射时，光伏电池板电压高于蓄电池额定电压，可实现有效充电。当无直射阳光和阴天时，光伏电池板仍有电压输出，但低于蓄电池额定电压，无法实现对蓄电池充电，造成光伏电池利用率较低。此外，部分光伏发电系统中采用电子振荡逆变型直流—直流（dc-dc）电路，存在电路复杂，适应电压范围偏小，功率小，效率低等缺陷，使光伏发电系统的应用受到制约。因此实现在无直射阳光和阴天时光伏电池的有效蓄电和对蓄电池的充电技术具有重要意义。

技术实现要素：

为了克服现有光伏发电技术中无直射阳光和阴天时光伏电池板输出电压偏低，无法对蓄电池进行充电的不足，本发明提供了一种光伏电池板低电压蓄电与高电压放电装置、其控制方法以及应用。

本发明的技术方案是：一种光伏电池板低电压蓄电与高电压放电装置，由控制器1、直通开关2、充电/放电切换开关3和法拉电容电路4组成，所述法拉电容电路4包括a组串联/并联切换开关41、法拉电容42、b组串联/并联切换开关43；

所述控制器1的电源端与光伏电池板正极连接，并与直通开关2一端连接，控制器1通过直通控制引脚与直通开关2连接，控制器1通过充放电控制引脚与充电/放电切换开关3连接，控制器1分别通过切换控制引脚与a组串联/并联切换开关41、b组串联/并联切换开关43连接，控制器1通过电容电压检测引脚与法拉电容42连接，直通开关2两端分别与充电/放电切换开关3的充电端和放电端连接，直通开关2另一端与蓄电池及充电电路正极连接，充电/放电切换开关3与法拉电容电路4一端连接，光伏电池板负极、控制器1的地端、法拉电容电路4的另一端与蓄电池及充电电路负极连接在一起。

所述控制器1采用单片机或plc。

所述充电/放电切换开关3和法拉电容电路4可为两组，实现充电与放电互补推挽工作。

一种光伏电池板低电压蓄电与高电压放电装置的控制方法，由控制器1检测光伏电池板的电压和法拉电容42的电压，并对检测到的电压值进行比较判定后，控制a组串联/并联切换开关41、b组串联/并联切换开关43动作实施法拉电容42全部串联连接或全部并联连接，实现光伏电池板低电压时法拉电容42自动全部并联且光伏电池板对法拉电容42进行充电（储能），储能完毕法拉电容42自动全部串联实现高电压放电输出对蓄电池充电。

所述方法的具体步骤如下：

步骤1：由控制器1通过光伏电压检测引脚检测光伏电池板的输出电压vi；

步骤2：由控制器1将vi与蓄电池的额定充电电压vg进行比较：

如果vi﹥vg，则光伏电池板可以直接对蓄电池充电，此时无需进行升压，控制器1通过直通控制引脚输出信号驱动直通开关2闭合，实现光伏电池板直接对蓄电池充电，并返回步骤1；

如果vi≦vg，此时光伏电池板电压过低无法直接对蓄电池充电，则控制器1通过直通控制引脚输出信号驱动直通开关2断开；

步骤3：控制器1通过充放电控制引脚输出信号驱动充电/放电切换开关3接通至充电端；

步骤4：控制器1通过切换控制引脚输出信号驱动a组串联/并联切换开关41和b组串联/并联切换开关43动作，使法拉电容42全部接为并联方式，此时光伏电池板对并联的法拉电容42进行充电；

步骤5：控制器1通过电容电压检测引脚检测法拉电容42的电压vc，并将vc与法拉电容42的充电电压上限值vh进行比较；

如果vc﹥vh，则执行步骤6；

如果vc≦vh，则继续执行步骤5；

步骤6：控制器1通过充放电控制引脚输出信号驱动充电/放电切换开关3接通至放电端，通过切换控制引脚输出信号驱动a组串联/并联切换开关41和b组串联/并联切换开关43动作，使法拉电容42改接为串联方式，此时串联的法拉电容42形成叠加高电压向蓄电池充电；

步骤7：控制器1通过电容电压检测引脚检测法拉电容42的电压vc，并将vc与法拉电容42的放电电压下限值vl进行比较；

如果vc﹤vl，则执行步骤8；

如果vc≧vl，则继续执行步骤7；

步骤8：返回步骤1，循环往复。

上述光伏电池板低电压蓄电与高电压放电装置及其控制方法分别用于光伏发电系统的光伏电池板低电压蓄电与高电压放电。

本发明的有益效果是：

1、本发明可实现在无直射阳光和阴天时光伏电池输出电压较低的情况下仍能有效蓄能和对蓄电池充电，可大幅提升光伏电池的利用率和发电效率。

2、利用法拉电容低电压充电（储能）与高电压放电技术，相比采电电子振荡逆变型直流-直流电路，电路装置结构更简单，能效更高，适应电压范围更宽，绿色环保，成本更低，可靠性更高。

附图说明

图1为本发明一组法拉电容电路装置结构示意图；

图2为本发明中光伏电池板输出电压较低时法拉电容并联充电（储能）时的连接方式等效电路图；

图3为本发明中法拉电容串联高电压放电输出对蓄电池充电时的连接方式等效电路图；

图4为本发明一组法拉电容电路时装置电路原理图；

图5为本发明一组法拉电容电路所述方法工作流程图；

图6为本发明中所述两组法拉电容电路互补推挽工作装置结构示意图；

图7为本发明中所述两组法拉电容电路互补推挽工作装置电路原理图；

图中各标号为：1-控制器，2-直通开关，3-充电/放电切换开关，4-法拉电容电路，41-a组串联/并联切换开关，42-法拉电容，43-b组串联/并联切换开关。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明作进一步说明，但本发明的内容并不限于所述范围。

实施例1：如图1-5所示，一种光伏电池板低电压蓄电与高电压放电装置，由控制器1、直通开关2、充电/放电切换开关3和法拉电容电路4组成，所述法拉电容电路4包括a组串联/并联切换开关41、法拉电容42、b组串联/并联切换开关43；

所述控制器1的电源端与光伏电池板正极连接，并与直通开关2一端连接，控制器1通过直通控制引脚与直通开关2连接，控制器1通过充放电控制引脚与充电/放电切换开关3连接，控制器1通过切换控制a引脚和切换控制b引脚分别与a组串联/并联切换开关41、b组串联/并联切换开关43连接，控制器1通过电容电压检测引脚与法拉电容42连接，直通开关2两端分别与充电/放电切换开关3的充电端和放电端连接，直通开关2另一端与蓄电池及充电电路正极连接，充电/放电切换开关3与法拉电容电路4一端连接，光伏电池板负极、控制器1的地端、法拉电容电路4的另一端与蓄电池及充电电路负极连接在一起。

所述控制器1可以采用单片机或plc。

一种光伏电池板低电压蓄电与高电压放电装置的控制方法，由控制器1检测光伏电池板的电压和法拉电容42的电压，并对检测到的电压值进行比较判定后，控制a组串联/并联切换开关41、b组串联/并联切换开关43动作实施法拉电容42全部串联连接或全部并联连接，实现光伏电池板低电压时法拉电容42自动全部并联且光伏电池板对法拉电容42进行充电（储能），储能完毕法拉电容42自动全部串联实现高电压放电输出对蓄电池充电。

所述方法的具体步骤如下：

步骤1：由控制器1通过光伏电压检测引脚检测光伏电池板的输出电压vi；

步骤2：由控制器1将vi与蓄电池的额定充电电压vg进行比较：

如果vi﹥vg，则光伏电池板可以直接对蓄电池充电，此时无需进行升压，控制器1通过直通控制引脚输出信号驱动直通开关2闭合，实现光伏电池板直接对蓄电池充电，并返回步骤1；

如果vi≦vg，此时光伏电池板电压过低无法直接对蓄电池充电，则控制器1通过直通控制引脚输出信号驱动直通开关2断开；

步骤3：控制器1通过充放电控制引脚输出信号驱动充电/放电切换开关3接通至充电端；

步骤4：控制器1通过切换控制a引脚和切换控制b引脚分别输出信号驱动a组串联/并联切换开关41和b组串联/并联切换开关43动作，使法拉电容42全部接为并联方式，此时光伏电池板对并联的法拉电容42进行充电；

步骤5：控制器1通过电容电压检测引脚检测法拉电容42的电压vc，并将vc与法拉电容42的充电电压上限值vh进行比较；

如果vc﹥vh，则执行步骤6；

如果vc≦vh，则继续执行步骤5；

步骤6：控制器1通过充放电控制引脚输出信号驱动充电/放电切换开关3接通至放电端，通过切换控制a引脚和切换控制b引脚分别输出信号驱动a组串联/并联切换开关41和b组串联/并联切换开关43动作，使法拉电容42改接为串联方式，此时串联的法拉电容42形成叠加高电压向蓄电池充电；

步骤7：控制器1通过电容电压检测引脚检测法拉电容42的电压vc，并将vc与法拉电容42的放电电压下限值vl进行比较；

如果vc﹤vl，则执行步骤8；

如果vc≧vl，则继续执行步骤7；

步骤8：返回步骤1，循环往复。

图中：图4中，kz为直通开关；kcf为充电/放电切换开关；法拉电容电路包括4个法拉电容，k1a为法拉电容电路中的a组串联/并联切换开关，k1b为法拉电容电路中的b组串联/并联切换开关。图4中，通过控制器控制继电器驱动开关kz、kcf、k1a、k1b动作。

上述光伏电池板低电压蓄电与高电压放电装置及其控制方法分别用于光伏发电系统的光伏电池板低电压蓄电与高电压放电。

实施例2：如图6-7所示，一种光伏电池板低电压蓄电与高电压放电装置，所述充电/放电切换开关3和法拉电容电路4均为两组，实现充电与放电互补推挽工作。所述装置由控制器1、直通开关2、第1组充电/放电切换开关3、第1组法拉电容电路4、第2组充电/放电切换开关3和第2组法拉电容电路4组成，所述第1组法拉电容电路4、第2组法拉电容电路4均包括a组串联/并联切换开关41、法拉电容42、b组串联/并联切换开关43；其中，控制器1的电源端与光伏电池板正极连接，并与直通开关2一端连接；控制器1通过直通控制引脚与直通开关2连接，通过充放电控制引脚分别与第1组充电/放电切换开关3和第2组充电/放电切换开关3连接，通过切换控制引脚1a与第1组法拉电容电路4的a组串联/并联切换开关41连接，通过切换控制引脚1b与第1组法拉电容电路4的b组串联/并联切换开关43连接，通过电容电压检测1引脚与第1组法拉电容电路的法拉电容42连接，通过切换控制2a引脚与第2组法拉电容电路的a组串联/并联切换开关41连接，通过切换控制2b引脚与第2组法拉电容电路的b组串联/并联切换开关43连接，通过电容电压检测2引脚与第2组法拉电容电路的法拉电容42连接。直通开关2两端分别与第1组充电/放电切换开关3和第2组充电/放电切换开关3的充电端和放电端连接。直通开关2的另一端与蓄电池及充电电路正极连接。第1组充电/放电切换开关3与第1组法拉电容电路4一端连接。第2组充电/放电切换开关3与第2组法拉电容电路4一端连接。第1组充电/放电切换开关3的充电端和放电端分别与第2组充电/放电切换开关3的充电端和放电端连接。光伏电池板负极、控制器1的地端、第1组法拉电容电路4的另一端、第2组法拉电容电路4的另一端与蓄电池及充电电路负极连接在一起。

所述方法中配备两组相同的法拉电容电路如图6，实现充电与放电互补推挽工作。即：当第1组法拉电容电路4中的法拉电容42连接为并联方式以实现光伏电池板对法拉电容42的低电压充电，同时，第2组法拉电容电路4中的法拉电容42连接为串联方式形成高电压放电输出，实现对蓄电池充电。当第1组法拉电容电路4充电结束后，自动切换至放电输出，同时，第2组法拉电容电路4自动切换至充电过程。第1组法拉电容电路4的工作过程与第2组法拉电容电路4的工作过程相同，如此两组法拉电容电路不断交替工作过程，可实现不间断的光伏电池板低电压蓄电和高电压放电对蓄电池充电的过程，从而进一步提高光伏电池板的发电利用率。

图中：图7中，kz为直通开关，kcf为充电/放电切换开关；由两组法拉电容电路实现充电与放电互补推挽工作。图7中，每组法拉电容电路包含4只法拉电容，k1a为第1组法拉电容电路中的a组串联/并联切换开关，k1b为第1组法拉电容电路中的b组串联/并联切换开关，k2a为第2组法拉电容电路中的a组串联/并联切换开关，k2b为第2组法拉电容电路中的b组串联/并联切换开关。图7中，通过控制器控制继电器驱动开关kz、kcf、k1a、k1b、k2a、k2b动作。

上述光伏电池板低电压蓄电与高电压放电装置及其控制方法分别用于光伏发电系统的光伏电池板低电压蓄电与高电压放电。

补充说明：本发明装置可制作成一个独立的单元模块，与光伏电池板和蓄电池配合使用。将该模块附加到现成设备或产品上，可增加该设备或产品的供电方式并提升其供电性能。本发明也可作为一项技术嵌入光伏发电系统（如光伏发电路灯系统）的应用中。

上面结合附图对本发明的具体实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。