专利名称：太阳能控制器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及太阳能(光伏)发电独立系统控制技术，特别与 一种太阳能控制器有关。
背景技术：
随着工业化的发展，全球可利用的煤炭、石油等不可再生资源储 存量迅速减小，由于其产生需要亿万年的累积，且还要求有适宜的外 界环境，因此对于可再生资源的利用越来越受到重视，而太阳能就是 一种普遍且永不枯竭的可再生资源。
对太阳能的一种应用，就是使用太阳能板为蓄电池充电，将太阳 能转化为电能用蓄电池进行储存，再利用蓄电池放电至负载，为负载 提供电能。而现有为蓄电池充电的太阳能控制器，用开关将太阳能板 与蓄电池相连，太阳能板置于室外，将采集到的太阳能转化为电能， 储存到蓄电池中。
然而，上述控制器结构存在着对太阳能利用率较低的缺陷，据不 完全统计，当天气为阴天、雨天、雪天或光线低照度(如早上、傍晚
等)时，太阳能板所产生的电能约为额定输出功率的1/20甚至更低， 而在太阳能独立系统中通常搭配的蓄电池容量约为太阳能板额定输 出电流的10倍，这样，太阳能板产生的电流就约为蓄电池标称容量 (Nominal capacity)的1/200甚至更低。而当对蓄电池的充电电流 小于1/100C时，蓄电池吸收到的充电电流大大减小，由于蓄电池的 充电过程是化学反应，在微小电流进行充电时效果较差，甚至无法将 这么小的电能充进蓄电池中，从而导致太阳能板产生的电能白白浪 费，还会因蓄电池无法及时得到充电而损坏，縮短其使用寿命。
实用新型内容
本实用新型的主要目的，在于提供一种太阳能控制器，其有效利 用太阳能板产生的电能，提高太阳能板的使用效率。
本实用新型的次要目的，在于提供一种太阳能控制器，其不会对 蓄电池造成损坏，延长蓄电池的使用寿命。
为了达成上述目的，本实用新型的解决方案是 一种太阳能控制器，包括太阳能板、电压电流检测模块、开关组、
DC/DC转换器、超级电容器和逻辑控制器；开关组包括开关I、开关
II和开关III;太阳能板经电压电流检测模块、开关I与DC/DC转换器
相连；超级电容器的正极并接开关n、开关m，再经由该开关n、开
关m并接在开关I的两端，超级电容器的负极接地；逻辑控制器与电
压电流检测模块、开关组和超级电容器连接，接收来自电压电流检测 模块的电压电流数据，并检测超级电容器的电压值，控制开关组工作。
上述逻辑控制器还与DC/DC转换器连接并控制DC/DC转换器工作。
上述开关组中开关i和开关n的等电位端合并而采用单刀双掷 开关，开关ni采用单刀单掷开关。
上述太阳能板为太阳能电池模组。
上述超级电容器为高能量密度与高功率密度的超级电容、金属氧 化物电容、金电容或大电容的铝电解电容器。
上述DC/DC转换器为升压转换器、降压转换器或升降压转换器。
上述升压转换器为变压器、低功率脉冲式升压电路或电荷泵升压 电路。
采用上述方案后，本实用新型在传统的太阳能控制器电路中增加 了用以存储太阳能板产生微小电能的超级电容器，并且配置了电压电 流检测模块、开关组和逻辑控制器，当光照强烈、太阳能板产生的电 能足以为蓄电池正常充电时，超级电容器并不接入电路中，没有进行
工作，不影响太阳能板对蓄电池进行充电；而当光线较差(天气阴暗) 时，太阳能板无法为蓄电池提供标称容量的电能，此时将超级电容器 与太阳能板接通，并断开太阳能板与DC/DC转换器的连接，即太阳能 不直接向蓄电池进行充电，而是先将太阳能板产生的电能输入超级电 容器中，由于超级电容器的充电是物理特性，不存在和蓄电池一样的 化学反应，故而可在微小电流时对超级电容器进行充电，将微小电能 累积起来，到达一定程度时，再接通超级电容器与DC/DC转换器，通 过DC/DC转换器对蓄电池进行充电，此时超级电容器可以为蓄电池提 供标称容量的电能，从而大大提高太阳能板的使用效率，避免在阴暗 天气时太阳能板产生的小电能被白白浪费，而且，如此超级电容器对 蓄电池充电，不会对蓄电池产生损坏，延长了蓄电池的使用寿命。
图l是本实用新型的结构框图。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本实用新型作进一步说明。
图1所示是本实用新型的一个较佳实施例的结构框图，包括太阳
能板l、电压电流检测模块2、开关组3、 DC/DC (Direct Current, 直流)转换器5、超级电容器6和逻辑控制器7。
太阳能板1为太阳能电池模组，根据所连接的蓄电池4所需的电 压与电流，将一个以上太阳能电池串联或并联而成。太阳能板l一般 置于室外，位于采光较好的位置，用于将收集到的太阳光能经光电转 换后转换为电能，并输出至随后的电压电流检测模块2。
电压电流检测模块2的作用是检测太阳能板1输出的电压值Vpv 及电流值Ipv，并将测得的数值输送到相连的逻辑控制器7。
开关组3包括开关I 、开关II和开关III，太阳能板1通过电压电 流检测模块2与开关组3相连。为了减少元器件数量，避免杂乱的连 线关系，并减少控制回路及控制信号数量，使逻辑控制器7控制更简 单，本实施例将开关I和开关II的等电位端合并而采用单刀双掷开关
3l代替开关i和开关n，开关m则采用单刀单掷开关32，且单刀双
掷开关31和单刀单掷开关32均为电子开关。
电压电流检测模块2与单刀双掷开关31的公共端311相连，单 刀双掷开关31的一个端子312连接至DC/DC转换器5，单刀双掷开 关31的此部分起幵关I的作用。单刀双掷开关31的另一个端子313 与超级电容器6的正极相连，单刀双掷开关31的此部分起开关II的 作用。而超级电容器6的负极接地。超级电容器6指低内阻、高功率、 高电容量的电容器，可作为电能暂时储存器，本案中是将由太阳能板 1传送的微小电能累积起来，再为蓄电池4供电，此处超级电容器6 可以是高能量密度与高功率密度的超级电容、金属氧化物电容、金电 容或大电容的铝电解电容器，在本实施例中，选用超级电容。超级电 容器6的正极还与DC/DC转换器5之间串接单刀单掷开关32，根据 逻辑控制器7的控制信号，控制超级电容器6与DC/DC转换器5之间 电路的通断。
DC/DC转换器5后接蓄电池4 (此处可以是镍镉电池、镍氢电池、 锂离子电池、锂高分子电池或铅酸电池等可充电电池)，用于将超级 电容器6储存的电能进行转换，向蓄电池4进行充电。此处DC/DC转 换器5可以根据具体情况，选用升压转换器、降压转换器或升降压转 换器，其中，升压转换器还可以是变压器、低功率脉冲式升压电路或 电荷泵升压电路，在本实施例中，选用变压器；此外，DC/DC转换器 5还可根据逻辑控制器7的控制信号，动态调整负载(此处即指蓄电 池4)的电阻，电路中的电流随之改变，从而改变负载两端的电压， 进而调整太阳能板l的输出电压，藉以获得最大功率。
逻辑控制器7与电压电流检测模块2、开关组3和超级电容器6
相连，接收来自电压电流检测模块2的电压值Vpv和电流值Ipv，同时 检测超级电容器6的电压值Ve，并将上述数据与设定值进行比较，再 根据比较结果控制相连的开关组3闭合或断开，此处的设定值是指根
据所连接的蓄电池4的型号和种类，分别为太阳能板1及超级电容器 6设定的能够对蓄电池4进行充电而不会损坏蓄电池4的最小电压值 和电流值。逻辑控制器7还与DC/DC转换器5相连，产生脉宽调制脉 冲，增加或减少DC/DC转换器5的工作周期值，从而使DC/DC转换器 5动态调整负载的电阻。在本实施例中，逻辑控制器7选用微处理器 (采用MICROCHIP公司的PIC18F1230或功能及性能相似的芯片)。 本实用新型充电使用时，首先由电压电流检测模块2检测在当时 天气下太阳能板1的输出电压值Vpv和输出电流值IPV，并将检测到的 数据信息输送到逻辑控制器7，由逻辑控制器7将数据信息与设定值 进行比较。
若输出电压值Vpv和输出电流值Ipv大于设定值，则说明太阳能板 1提供的电能可以被蓄电池4充分利用，此时逻辑控制器7对开关组 3进行控制，使单刀双掷开关31的公共端311与端子312闭合，并 断开单刀单掷开关32，太阳能板1经由DC/DC转换器5与蓄电池4 导通，而超级电容器6并不接入充电回路中。逻辑控制器7、电压电 流检测模块2及DC/DC转换器5构成MPPT (Maximum Power Point Tracking,最大功率点跟踪)电路，用MPPT控制方法对蓄电池4进
行充电o
若电压电流检测模块2检测到的太阳能板1的输出电压值Vpv与 输出电流值Ipv小于逻辑控制器7中储存的设定值，则逻辑控制器7 对开关组3进行控制，使单刀双掷开关31的公共端311与端子313 闭合，单刀单掷开关32仍旧断开，太阳能板1和超级电容器6导通， 太阳能板1和超级电容器6都与DC/DC转换器5断开。此时，太阳能 板1产生的电能进入超级电容器6，由超级电容器6将太阳能板1产 生的微小电能积累起来，超级电容器6的电压同时受逻辑控制器7检
测，并由逻辑控制器7将检测到的电压值Vc:与设定值进行比较。当检
测值达到设定值时，逻辑控制器7向开关组3发出控制信号，闭合单 刀单掷开关32，将超级电容器6通过DC/DC转换器5与蓄电池4接 通，利用超级电容器6积累的电能，以较大的输出电流通过DC/DC转 换器5向蓄电池4进行充电，并由DC/DC转换器5动态调整蓄电池4 的内阻；当超级电容器6的电压放电至低于设定值时，逻辑控制器7 再次向开关组3发出控制信号，将单刀单掷开关32断开，由太阳能 板1对超级电容器6进行新一轮充电，待超级电容器6的电压值Vc 再达到设定值，逻辑控制器7又向开关组3发出控制信号，闭合单刀 单掷开关32，超级电容器6通过DC/DC转换器5与蓄电池4接通，
将超级电容器6积累的电能又以较大的输出电流通过DC/DC转换器5 向蓄电池4进行充电……以此循环进行充电放电。
这样，本实用新型利用超级电容器6将太阳能板1产生的微小电 能积累起来，再对蓄电池4进行充电，大大提高了太阳能板l的使用 效率，避免了充电电能小于蓄电池4标称容量1/100时而造成充电效 果差甚至无法充电的缺陷，且不会对蓄电池4造成损坏， 一定程度上 延长了蓄电池4的使用寿命。另一方面，当光照充足时，将超级电容 器6与充电回路完全断开，超级电容器6并不工作，因此不会造成损 耗，也会在一定程度上延长超级电容器6的使用寿命。
以上实施例仅为说明本实用新型的技术思想，不能以此限定本实 用新型的保护范围，凡是按照本实用新型的技术思想，在技术方案基 础上所做的等同变化，均落入本实用新型保护范围之内。
权利要求1、一种太阳能控制器，其特征在于包括太阳能板、电压电流检测模块、开关组、DC/DC转换器、超级电容器和逻辑控制器；开关组包括开关I、开关II和开关III；太阳能板经电压电流检测模块、开关I与DC/DC转换器相连；超级电容器的正极并接开关II、开关III，再经由该开关II、开关III并接在开关I的两端，超级电容器的负极接地；逻辑控制器与电压电流检测模块、开关组和超级电容器连接，接收来自电压电流检测模块的电压电流数据，并检测超级电容器的电压值，控制开关组工作。
2、 如权利要求1所述的太阳能控制器，其特征在于所述逻辑控制器还与DC/DC转换器连接并控制DC/DC转换器工作。
3、 如权利要求1所述的太阳能控制器，其特征在于所述开关组中开关i和开关n的等电位端合并而采用单刀双掷开关，开关m采 用单刀单掷开关。
4、 如权利要求1所述的太阳能控制器，其特征在于所述太阳能板为太阳能电池模组。
5、 如权利要求1所述的太阳能控制器，其特征在于所述超级 电容器为高能量密度与高功率密度的超级电容、金属氧化物电容、金 电容或大电容的铝电解电容器。
6、 如权利要求1所述的太阳能控制器，其特征在于所述DC/DC转换器为升压转换器、降压转换器或升降压转换器。
7、 如权利要求6所述的太阳能控制器，其特征在于所述升压转换器为变压器、低功率脉冲式升压电路或电荷泵升压电路。
专利摘要本实用新型公开一种太阳能控制器，包括太阳能板、电压电流检测模块、开关组、DC/DC转换器、超级电容器和逻辑控制器；开关组包括开关I、开关II和开关III；太阳能板经电压电流检测模块、开关I与DC/DC转换器相连；超级电容器的正极并接开关II、开关III，再经由该开关II、开关III并接在开关I的两端，超级电容器的负极接地；逻辑控制器与电压电流检测模块、开关组和超级电容器连接，接收来自电压电流检测模块的电压电流数据，并检测超级电容器的电压值，控制开关组工作。此结构能够有效利用太阳能板产生的电能，提高太阳能板的使用效率，延长蓄电池的使用寿命。
文档编号H02J7/35GK201194339SQ20082010216
公开日2009年2月11日 申请日期2008年4月29日 优先权日2008年4月29日
发明者夏海洋, 皓 王, 陈伏团 申请人:王 皓;陈伏团;夏海洋