光伏智能充电控制装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于新能源技术领域，具体涉及一种光伏智能充电控制装置。
【背景技术】
[0002] 节约能源、保护环境已经成为人类可持续发展的必要条件，人们的注意力正转向 再生能源的利用和开发，其中，太阳能发电已成为近些年研究的热点。光伏充电系统一般包 括太阳能电池、太阳能控制器和蓄电池。太阳能电池发电受气候条件影响，输出功率随环境 温度、光照强度变化而变化，具有非线性特点。在一定的气候条件下，太阳能电池具有流但 又可W工作在不同的输出电压的特点，只有在某一输出电压值即最佳输出电压值时，太阳 能电池的输出功率才能达到最大值，送时太阳能电池的工作点就达到了输出功率-输出电 压曲线的最高点，即最大功率点。目前，传统的太阳能光伏充电方法是在光伏电池和蓄电池 之间不采用DC/DC变换器，直接利用集成电路或专用芯片对蓄电池进行充电控制，送样可 W省去DC/DC变换器，提高主电路效率，但是，由于光伏电池的工作电压被箱位在蓄电池的 充电电压点上，从而不能保证光伏电池工作在最大功率点，不利于整个系统效率的提高。
【发明内容】
[0003] 本发明的技术效果能够克服上述缺陷，提供一种光伏智能充电控制装置，采用DC/ DC变换器作为光伏电池和铅酸蓄电池的接口电路，实现较大范围内的最大功率点跟踪，大 大提高光伏电池的利用率。
[0004] 为实现上述目的，本发明采用如下技术方案；其包括光伏电池阵列、电源Ed,光伏 电池阵列和电源Ed之间依次串接二极管Dl、电感11、电容C2、电感L2,二极管Dl的正极连 接光伏电池阵列，二极管Dl的负极连接电感LI,电感Ll连接电容C2的正极，电容C2的负 极连接电感L2,电感L2的另一端连接电源Ed的负极；二极管Dl的负极与电源Ed的正极之 间设有电容Cl,电容C2的正极与电源Ed的正极之间设有开关管化，电容C2的负极与电源 Ed的正极之间设有二极管D2。
[0005] 选用化k变换器作为充电控制器的主电路，化k变换器同时具有升压和降压功能， 可W在较大范围内实现最大功率点跟踪，并且采用直接电流控制跟踪法，即通过检测充电 控制器的充电电流进行最大功率点跟踪。根据变换器输出电流作为判断依据进行最大功率 点跟踪，则不仅可W省去两个传感器，而且无需乘法运算，具有算法简单、受环境因素影响 小等优点，进一步降低系统成本，减轻单片机运算负担。
【附图说明】
[0006] 图1为本发明直接电流控巧撮大功率点跟踪算法流程图；
[0007] 图2为本发明的化k充电控制器主电路；
[0008] 图3为本发明的化k变换器连续工作模式等效电路图；
[0009] 图4最大功率点跟踪充电控制特性图；
[0010] 图5最大功率点跟踪充电控制策略流程图。
【具体实施方式】
[00川本发明的光伏智能充电控制装置包括光伏电池阵列、电源Ed,光伏电池阵列和电 源Ed之间依次串接二极管Dl、电感11、电容C2、电感L2,二极管Dl的正极连接光伏电池阵 列，二极管Dl的负极连接电感LI,电感Ll连接电容C2的正极，电容C2的负极连接电感L2， 电感L2的另一端连接电源Ed的负极；二极管Dl的负极与电源Ed的正极之间设有电容Cl, 电容C2的正极与电源Ed的正极之间设有开关管化，电容C2的负极与电源Ed的正极之间 设有二极管D2。
[0012] 其工作原理如下：
[001引先作两个假设：
[0014] ①变换器自身功率损耗为零，即光伏电池输出功率等于变换器输出功率：
[0015] ②负载两端电压（蓄电池电压或电网电压）恒定不变。
[0016] 根据假设可得式（1)，式中K为常数。
[0017] Ppv = Pout = UJl
[001 引 Ul = K (1)
[001引根据式（1)可得式似；
[0020] Ppv Il 似
[0021] 根据扰动观测法可得：
[0022] Dw = Dk+1 A D I Si即（A D) Si即（Lk-lLk 1) 做
[002引做式为直接电流控制最大功率点跟踪判断依据，由式做可知：直接电流控制最 大功率点跟踪仅需一个电流传感器，根据负载电流大小直接进行扰动方向判断，不再需要 对光伏电池输出电压和输出电流进行检测及功率计算，简化算法，降低成本。图1为直接电 流控制最大功率点跟踪算法流程图。
[0024] 化k变换器同时具有升压和降压功能，选用化k变换器作为充电控制器的主电路， 其系统拓扑如图2所示。化k变换器在负载电流连续的情况下，其电路的稳态过程有：
[00幼 （1)开关管导通期间灯。。=DTs)
[0026] 此期间开关管￥^导通，电容〔2上的电压使二极管〇2反偏而截止，送时输入电流iu 使电感Li储能；C2的放电电流使电感Lz储能，并供电给负载，如图3所示。
[0027] 似开关管Vr截止期间灯。。=(I-D) Ts)
[002引此期间开关管Vr截止，二极管02正偏而导通，电源Ed和电感Li的释能电流iu向 Cz充电，同时电感Lz的释能电流i^2 W维持负载，如图3所示。
[002引因此，Vf截止期间Cz充电，Vf导通期间Cz向负载放电，Cz起能量传递的作用 [0030] 当电源稳态运行时，在一个开关周期内，由电感Li的伏-砂平衡原理可得：
(4)
[0032] 由于Cz取值较大且开关频率较高，故Uc2可认为恒定不变，则由式（4)可得：
(;)
[0034]同理，在一个开关周期内，由电感Lz的伏-砂平衡原理可得：
(6)
[003引 由式（6)可得：
[0037] Ug = Duc2 (7)
[003引由式妨和式（7)得输出电压U。与输入电压U,之间的函数关系为：
(8)
[0040] 由上述可知，化k变换器可W在较大范围内实现最大功率点跟踪，有利于系统效率 的提局。
[0041] 本发明采用一种适用于光伏发电系统的最大功率点跟踪充电控制方法，其中最大 功率点跟踪采用直接电流控制跟踪法，即通过检测充电控制器的充电电流进行最大功率点 跟踪，具体的充电方法如图4所示，C为蓄电池的容量（Ah)，Ci、C2、C3、…、C。为蓄电池充电 速率。充电开始阶段，设置最大充电电流为C/10,此时只要充电电流不超过最大允许充电电 流，进行最大功率点跟踪，光伏电池输出最大功率给蓄电池充电，如果由于光照强度较大引 起充电电流大于最大允许充电电流，则退出最大功率点跟踪控制，此时W最大允许充电电 流给蓄电池充电；一旦光照强度减弱导致充电电流小于最大允许充电电流，此时重新进行 最大功率点跟踪控制，使光伏电池输出最大功率。随着充电过程的进行，一旦蓄电池两端电 压上升到某一设定值，逐步减小最大允许充电电流，如图中曲线C2、C3、…C。所示。W不同 充电速率重复上面充电过程，经过若干次循环后，最大允许充电电流下降到C/100,此时蓄 电池完全充满。
[0042] 具体控制方法为；刚开始充电时给蓄电池设定一个最大允许充电电流，比如令Cl =C/10 (见图4中粗线），通过不断检测蓄电池电流，并与该最大允许电流比较，只要充电电 流不大于最大允许充电电流即可。与此同时，不断检测蓄电池电压，一旦达到2. 4V/单体电 池，说明蓄电池已经进入过充状态，此时应减小设定的最大充电电流，比如改为Cz = C/20， 并重复上述过程。一直到充电电流达到C/100时，表明蓄电池已经达到100%充满状态。在 传统的光伏发电系统充电控制方法中，仅在快充阶段采用MPPT控制方法，其他充电阶段不 采用该方法。本充电控制方法由于采用了电流控制，因此在任何充电阶段只要充电电流在 最大允许充电电流的前提下，都可W采用MPPT充电控制方法。在不超过最大允许充电电 流的前提下，使光伏阵列输出最大功率给蓄电池充电，提高了光伏阵列的利用率。为防止蓄 电池在达到100%充满状态后发生过段充电，设定蓄电池的最大充电电流为C/10,最小充 电电流为C/100。在此之后的充电阶段，蓄电池只要保持一个小充电电流W补偿其自身放 电引起的损失即可。当检测到放电发生时，重新允许蓄电池 W最大电流进行充电。最大功 率点跟踪充电控制算法的控制流程如图5所示，图中FLAGMPPT为最大功率点跟踪标志位， FLAGMPPT = 1表示启动最大功率点跟踪控制FLAGseMPPT = 0表示实际充电电流大于最大 允许充电电流，需要减小实际充电电流；N为蓄电池串联个数（W单体12V/节为标准）；过 充电压设定为14. 9V ;最小电压设定为12. 7V，表示在25C条件下，蓄电池容量为90%状态 时的蓄电池开路电压值：渭流电流设定为0. 2A ;系数k选择标准为，在蓄电池最大允许充电 电流从C/10到C/100的减小过程中，为了防止过充，蓄电池充电状态的变化小于正常蓄电
【主权项】
1. 一种光伏智能充电控制装置，其特征在于，包括光伏电池阵歹?、电源Ed，光伏电池阵 列和电源Ed之间依次串接二极管D1、电感L1、电容C2、电感L2,二极管D1的正极连接光伏 电池阵列，二极管D1的负极连接电感L1，电感L1连接电容C2的正极，电容C2的负极连接 电感L2,电感L2的另一端连接电源E d的负极；二极管D1的负极与电源Ed的正极之间设有 电容C1，电容C2的正极与电源E d的正极之间设有开关管Vr，电容C2的负极与电源Ed的正 极之间设有二极管D2。
【专利摘要】本发明属于新能源技术领域，具体涉及一种光伏智能充电控制装置。本发明的光伏智能充电控制装置，包括光伏电池阵列、电源Ed，光伏电池阵列和电源Ed之间依次串接二极管D1、电感L1、电容C2、电感L2，二极管D1的正极连接光伏电池阵列，二极管D1的负极连接电感L1，电感L1连接电容C2的正极，电容C2的负极连接电感L2，电感L2的另一端连接电源Ed的负极；二极管D1的负极与电源Ed的正极之间设有电容C1，电容C2的正极与电源Ed的正极之间设有开关管Vr，电容C2的负极与电源Ed的正极之间设有二极管D2。本发明无需乘法运算，具有算法简单、受环境因素影响小等优点，进一步降低系统成本，减轻单片机运算负担。
【IPC分类】H02J7/00
【公开号】CN105634043
【申请号】CN201410607898
【发明人】窦俊, 宋云衢
【申请人】江苏绿扬电子仪器集团有限公司
【公开日】2016年6月1日
【申请日】2014年11月1日