一种柔性智能充电组件的制作方法

本实用新型涉及一种柔性智能充电组件，属于移动充电能源技术、控制电路领域。

背景技术：

近几年来，作为未来新能源利用方式之一的光伏电池已被广泛应用于日常生产生活。随着智能手机类电子产品的发展，移动充电能源需求较大，目前移动充电能源主要包括移动储能电源及移动太阳能充电电源两种。目前民用市场中，已存在大量充电包产品，包括基于单晶硅/多晶硅太阳电池的充电包；基于柔性硅薄膜太阳的充电包；基于柔性铜铟镓锡太阳电池的充电包。

基于晶硅太阳电池的充电包无论如何发展，始终无法改变晶硅密度大，重量大的缺点，而薄膜太阳能电池即具有柔性特点，质量又轻，可充分发挥充电包便携性特点。目前市场上存在的基于柔性太阳电池的充电包主要包含非晶硅太阳电池充电包及CIGS充电包。

非晶硅太阳电池中，三结电池效率最高，目前国际最高效率超过12％，但非晶硅太阳电池存在初始效率衰减现象，衰减率可达初始效率的15％-20％，致使用户应用时效率较低。国内非晶硅太阳电池性能稳定后效率约为8％以下。因此导致要实现同样的功率需求，其面积要增加一倍以上，由此封装材料的重量同比增加，最终使充电包的重量优势同时消失。其唯一性能特点在于其柔性可折叠。

CIGS充电包，主要由国内汉能公司主导，汉能公司收购国外多家著名CIGS和砷化镓电池生产制造商，包括MiaSole和Global Solar两家柔性CIGS产品制造商。两公司最高CIGS组件效率可达17％左右，其生产的充电包产品也是比较有代表性的，包括了多种功率等级的充电产品。

综合现有市场产品，可以发现目前充电包可基本满足日常需求，但仍存在以下问题：

1.电源控制模块拓扑结构简单，一般为DC/DC变换，缺乏对太阳能电池最大功率点的跟踪现象，导致太阳能电池效率低，尤其当弱光条件下，太阳电池输出功率远小于标称值，造成充电效率低，严重影响用电设备充电速率。

2.太阳能电池大多为单晶/多晶材料，质量比较大，不便于携带，少量产品为薄膜类产品，如非晶硅、CIGS，产品效率较低，组件效率小于15％，柔性、薄膜优势不明显。

3.供电端口电压单一，一般仅能满足手机、平板电脑等日常充电需求，用其它电子设备无应用拓展性。

4.一般充电设备均未设置蓄电功能，又没有蓄电池拓展接口，仅能在有太阳时使用，使用环境受到天气限制，无法直接满足夜间供电需求。

技术实现要素：

本实用新型解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提出一种柔性智能充电组件，以及柔性高效砷化镓薄膜太阳能电池，开展多电压输出端口、功能可拓展的便携式充电包。

本实用新型的技术方案是：一种柔性智能充电组件，包括柔性防水基底、封装胶膜、太阳电池串、柔性防水透光封装顶膜、柔性智能控制电路；封装胶膜、太阳电池串、柔性防水透光封装顶膜自下而上依次粘贴在基底上；用于调节充电组件的输出功率的柔性智能控制电路与太阳电池串连接。

还包括蓄电池扩展端口和多通道功率输出端口；用于接入外置蓄电池的蓄电池扩展端口与由柔性智能控制电路引出的母线相连；用于对外接用电设备供电多通道功率输出端口由柔性智能控制电路引出。

还包括和充电端口电压电流显示屏，充电商品电压电流显示屏显示柔性智能控制电路的输出电流、电压。

所述柔性防水透光封装顶膜采用EVA/PET复合薄膜。

所述多通道功率输出端口包含三个供不同负载使用的电压输出端口，输出电压优选为3V或5V或12V。

所述太阳电池串由具有防热斑功能的多个柔性太阳电池并联组成。

所述的柔性太阳电池为制备于柔性衬底上的高效GaAs薄膜太阳电池，AM1.5室温下光电转换效率优于30％，每个太阳电池单体并联隔离二极管。

所述的柔性智能控制电路包括最大功率跟踪电路、电压调节电路、智能配电控制电路，电压调节电路连接于太阳电池串与多通道功率输出端口之间，最大功率跟踪电路一端与母线相连，一端与电压调节电路相连，用于对母线电压取样，并跟踪太阳电池阵最大功率点。

本实用新型的优点在于：

1)采用全柔性设计，太阳电池、控制电路板均为柔性器件，可有效减轻充电组件重量，且便携性能更强；

2)采用智能控制电路，对太阳电池进行实时最大功率跟踪，实现电能输出最大化，尤其是太阳光强不足时，充电包可使充电电流最大化，尽快完成充电任务；采用智能供电设计，具有多电压输出接口，可满足多种用电设备充电用电需求，实现对不同电压需求的负载进行智能功率输出。

3)预置蓄电池模块接口，实现太阳电池与蓄电池联合供电或白天充电、夜晚由蓄电池组放电功能，满足不同工况下的用电需求。

附图说明

图1为本实用新型组件的结构示意图。

图2为实施例中柔性高效倒装型GaAs电池结构示意图。

图3为实施例中智能控制电路原理图。

图4为实施例中最大功率跟踪模块电路原理图。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。

如图1所示，为本实用新型的一种20W等级的便携式全柔性智能高效充电组件的结构示意图，包括柔性防水基底1、封装胶膜2、具有防热斑功能的柔性太阳电池组成的太阳电池串3、柔性防水透光封装顶膜4、智能控制电路5、蓄电池扩展端口6、多通道功率输出端口7；其中，智能控制电路具有功率控制、电压调节、向多通道功率输出端口7高效供电及自动调节输出功率的功能。用于接入外置蓄电池的蓄电池扩展端口6与由柔性智能控制电路5引出的母线相连；用于对外接用电设备供电多通道功率输出端口7由柔性智能控制电路5引出。还包括和充电端口电压电流显示屏8，充电商品电压电流显示屏8显示柔性智能控制电路5的输出电流、电压。所述柔性防水透光封装顶膜4采用EVA/PET复合薄膜。所述多通道功率输出端口7包含三个供不同负载使用的电压输出端口，输出电压优选为3V或5V或12V。所述太阳电池串3由具有防热斑功能的多个柔性太阳电池并联组成。

所述的柔性太阳电池为制备于柔性衬底上的高效GaAs薄膜太阳电池，AM1.5室温下光电转换效率优于30％，每个太阳电池单体并联隔离二极管。

所述的柔性智能控制电路5包括最大功率跟踪电路、电压调节电路、智能配电控制电路，电压调节电路连接于太阳电池串3与多通道功率输出端口7之间，最大功率跟踪电路一端与母线相连，一端与电压调节电路相连，用于对母线电压取样，并跟踪太阳电池阵最大功率点。

实施例1

本实施例具体采用以下步骤制备一种便携式全柔性高效充电组件：

采用塔丝隆格防水布作为整个充电组件的封装材料；采用50微米EVA作为封装胶膜，起到连接防水布与电池片的作用。

柔性太阳电池为柔性倒装三结GaAs薄膜太阳电池，基结构如图2所示，AM1.5室温下光电转换效率优于30％，电池尺寸30mm*40mm，每个太阳电池单体并联硅隔离二极管，电池串采用6串12并结构。

采用50微米PET膜作为柔性防水透光封装顶膜，350-1000nm光谱下平均透光率优于87％。

智能控制电路如图3所示，电路部分包括最大功率跟踪、电压调节电路、智能配电控制电路，所述的最大功率跟踪电路通过扫描太阳电池串IV曲线方式，跟踪太阳电池串最大功率点，并通过电压调节电路，输出指定电压值，智能配电控制电路通过监测输出端口阻抗，提供稳定输出电流。根据太阳电池阵功率等级，设置一个充电模块或多个充电模块，本实施例中采用1个模块。每个MPPT电路功率跟踪效率优于95％，电路变换效率优于90％。

最大功率跟踪电路如图4所示，采用交错扰动算法进行功率比较，基本工作过程为：当光伏组件电压为U1处，功率为P1，通过增加扰动电压ΔU到达U2(U2＝U1+ΔU)时，光伏功率为P2，利用P1和P2的关系确定扰动方向。如果P2>P1，则可确定电压扰动ΔU提高了输出功率。因此，可以确定光伏组件的最大功率点Pm在U2右边，需继续同方向增加电压扰动ΔU。当组件电压为U4时，通过增加电压扰动量ΔU，组件电压为U5，此时P5<P4，因此可确定组件的最大功率点Pm在U5的左边，需要减小电压扰动ΔU并改变其调节方向。依照上述原理，进过调节将获得组件的最大功率点。

具体电路实现方式如下：

1)[t0-t1)：Vmppt_ref≤低阈值，Set＝0

初始时刻t0，Vmppt_ref<低阈值，Reset＝1，此时由于降压电路中Vsa≥Vbus，故MPPT控制信号高电平，Vsa≥Vbus，此时Vmppt_ref迅速上升；

由于M2关断，C2保持前一时刻的电压值为0，比较器2输出为低，Set＝0；

Q＝0，M1开通，电容C1进行充电，比较器1输出为低；

t1时刻时，Vmppt_ref＝低阈值。

2)[t1-t2)：Vmppt_ref≥低阈值，Set＝0

t1时刻，Reset＝0，Set＝0，电容C1，C2充电；依然为1，Vmppt_ref继续增大，Vsa继续增大；

t2时刻，Vmppt_ref＝高阈值。

3)[t2-t3)：Vmppt_ref≤高阈值，电压扰动

t2时刻，Vmppt_ref＝高阈值，Set＝1，Reset＝0，Q＝1，M1关断，电容C1保持t2时刻的0.97Vsa，对于比较器1而言，正端为t2时刻的0.97Vsa，负端为Vsa，正端≤负端，输出为0；M2保持开通，比较器2输出为0；

(t2-t3)时段，Set＝0，Reset＝0，Q保持为1，由于Vmppt_ref电压值降低，Vsa也不断降低，即比较器1的负端电压不断降低；

t3时刻，正端≥负端，比较器1输出为1，Reset＝1，Set＝0，Q＝0。

4)[t3-t4)：电流扰动

t3时刻，M1开通，比较器1输出为0，Reset＝0，M2关断，电容C2保持t3时刻的0.97Isa，对于比较器2而言，正端为t3时刻的0.97Isa，负端为Isa，正端≤负端，输出为0，Set＝0；

(t3-t4)时段，Set＝0，Reset＝0，保持为1，Vmppt_ref电压值增大，Vsa也随之不断增大，由太阳阵特性曲线知，Isa不断降低，即比较器2的负端电压不断降低；

t4时刻，正端≥负端，比较器2输出为1，Set＝1，Reset＝0，Q＝1，

5)[t4+∞)

t4时刻后又开始新一轮的电压扰动，接着电流扰动，如此反复，太阳阵的工作点不断逼近最大功率点，经数次交错扰动后在最大功率点附近小范围震荡。

蓄电池扩展端口6，可直接接入具有指定电压范围的蓄电池组，通过智能控制电路5中电压调节电路(BUCK/BOOST)，实现被充电或供电功能。

充电组件共包含3个电压输出端口，优选为3V，5V，12V，采用USB输出端口形式及AV端口形式，可供不同负载使用。

便携式柔性智能高效充电组件采用真空层压法进行封装。

便携充电包整体重量0.6kg。