专利名称：太阳能蓄电系统及太阳能供电系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种太阳能蓄电系统及太阳能供电系统，尤其涉及一种基于锂离子电池的太阳能蓄电系统及太阳能供电系统。
背景技术：
太阳能作为一种新型能源已经引起人们越来越多的重视，然而，太阳能的主要缺点是能量不稳定，如白天有晚上没有，晴天强阴天弱，而要将不稳定的太阳能变为方便人们使用的能源形式，储能是关键。因此，太阳能蓄电系统应运而生，其包括用于将太阳能转换成电能的太阳能电池及用于存储太阳能电池产生的电能的储能电池。现有的储能电池包括铅酸电池和锂离子电池等。现有采用锂离子电池储能的方式为首先将多个锂离子电池串联成组，再与太阳能电池电连接。然而，由于很难保证该多个锂离子电池中的每个锂离子电池性能均一，因此在进行充放电时容易出现锂离子电池间充放不均衡或单个锂离子电池过充或过放，使整个锂离子电池组的循环寿命大大降低。此外，当其中一个锂离子电池过充时，该锂离子电池内部会因发生不可逆的化学反应而释放热量，进而使该锂离子电池内部温度升高并引起起火、爆炸；而当其中一个锂离子电池过放时，该锂离子电池会发生短路，进而使与其串联的其他锂离子电池的电压过高，并发生起火、爆炸，因此，当其中一个锂离子电池过充或过放时，不仅会使整个锂离子电池组的循环使用寿命降低，也会存在很多安全隐患。
发明内容
有鉴于此，确有必要提供一种具有较长循环使用寿命且安全性能较高的太阳能蓄电系统。一种太阳能蓄电系统，其包括多个相互串联的太阳能蓄电模块，该每个太阳能蓄电模块包括一锂离子电池单元，该锂离子电池单元包括一锂离子电池或相互并联的多个锂离子电池；及一用于向所述锂离子电池单元充电的太阳能电池单元，该太阳能电池单元包括至少一太阳能电池；其中，该太阳能蓄电模块进一步包括一用于控制所述锂离子电池单元进行充电和放电、并分别与所述太阳能电池单元和所述锂离子电池单元电连接的电池管理单元。一种太阳能供电系统，其包括多个相互并联的上述太阳能蓄电系统。相较于现有技术，由于所述太阳能蓄电系统中每个太阳能蓄电模块中的锂离子电池单元均通过独立的电池管理单元控制充放电，因此，当该锂离子电池单元过充或过放电时，对应的电池管理单元便可立即检测到并控制太阳能电池单元停止对该锂离子电池单元进行充电和放电，有效提高了该太阳能蓄电系统的循环使用寿命和安全性。
图1为本发明实施例提供的太阳能蓄电模块结构示意图。
图2为本发明实施例提供的太阳能蓄电系统的结构示意图。图3为本发明实施例提供的太阳能蓄电系统的主视图。图4为本发明实施例提供的太阳能蓄电系统的后视图。图5为本发明实施例提供的太阳能蓄电系统向外输出电时的电流/电压变化曲线。图6为本发明实施例提供的太阳能供电系统结构示意图。主要元件符号说明太阳能蓄电模块10太阳能蓄电系统100太阳能电池单元12太阳能电池120太阳能电池正输出端 122太阳能电池负输出端 124反充保护电路133锂离子电池单元14锂离子电池正输出端 140锂离子电池负输出端 142电池管理单元16太阳能电池正输入端 160太阳能电池负输入端 161锂离子电池正输入端 162锂离子电池负输入端 163第一输出端164第二输出端165过充保护电路166检测电路167过放保护电路168控制电路169变换器20变换器正输入端22变换器负输入端24变换器正输出端26变换器负输出端28框体30太阳能供电系统200
具体实施例方式以下将结合附图详细说明本发明实施例的太阳能蓄电模块及应用该太阳能蓄电模块的太阳能蓄电系统及太阳能供电系统。
请参阅图1，本发明第一实施例提供一种太阳能蓄电模块10，该太阳能蓄电模块 10包括一太阳能电池单元12、一锂离子电池单元14及一与该太阳能电池单元12和锂离子电池单元14电连接的电池管理单元16。所述太阳能电池单元12包括至少一太阳能电池120，当该太阳能电池单元12包括多个太阳能电池120时，该多个太阳能电池120相互并联或串联。具体为，如果要提高该太阳能电池单元12的输出电压，可将该多个太阳能电池120串联，如果要提高该太阳能电池单元12的输出电流，可将该多个太阳能电池120并联。另外，在太阳能电池单元12中，也可先将多个太阳能电池120串联或并联形成太阳能电池组，再将该多个太阳能电池组并联或串联。所述太阳能电池单元12包括分别与所述相互并联或串联的多个太阳能电池120电连接的一太阳能电池正输出端122及一个太阳能电池负输出端124。该太阳能电池120可选用现有的太阳能电池，如单晶硅太阳能电池、多晶硅太阳能电池、非晶硅太阳能电池、多元化合物薄膜太阳能电池、聚合物多层修饰电极型太阳能电池、纳米晶太阳能电池或有机太阳能电池等。为使所述太阳能电池单元12向所述锂离子电池单元14充电，可使所述太阳能电池单元12的开路电压为锂离子电池单元14的充电截止电压的1倍 4倍。该太阳能电池单元12的开路电压不宜太大，太大会降低太阳能电池单元12的利用效率，优选为，该太阳能电池单元12的开路电压为锂离子电池单元14的充电截止电压的1倍 2倍。所述开路电压是指当将所述太阳能电池单元12置于100毫瓦/平方厘米(mW/cm2)的光源照射下，该太阳能电池单元12的输出电压值。为避免使锂离子电池单元14的充电电流过大，降低锂离子电池单元14的使用寿命，可使所述太阳能电池单元12的短路电流小于或等于锂离子电池单元14的最大充电电流。所述短路电流是指将该太阳能电池单元12置于IOOmW/ cm2的光源照射下，在太阳能电池单元12的输出端短路时，流过太阳能电池单元12的电流。所述锂离子电池单元14包括至少一个锂离子电池及分别与所述锂离子电池电连接的一锂离子电池正输出端140和一锂离子电池负输出端142。当其包括多个锂离子电池时，可增大整个锂离子电池单元14的容量，为使每个锂离子电池的电压相等，避免单个锂离子电池发生过充或过放现象，可将该多个锂离子电池相互并联，所述多个锂离子电池的正极分别与所述锂离子电池正输出端140电连接，所述多个锂离子电池的负极分别与所述锂离子电池负输出端142电连接。所述锂离子电池可选用现有的锂离子电池，如磷酸铁锂电池、钴酸锂电池、锰酸锂电池或锰酸钴锂电池等。根据选用的锂离子电池种类的不同，所述锂离子电池单元14的工作电压范围也不同，如当该锂离子电池为磷酸铁锂电池时，其工作电压的范围为2. 5V 3. 6V，而当该锂离子电池为锰酸锂电池时，其工作电压的范围为 3V 4V。即当向所述锂离子电池单元14充电时，所述锂离子电池单元14有一充电截止电压，当向所述锂离子电池单元14放电时，所述锂离子电池单元14有一放电截止电压。所述电池管理单元16用于控制所述太阳能电池单元12向所述锂离子电池单元14 的充电，并控制太阳能电池单元12及锂离子电池单元14对外输出电。所述太阳能电池单元12及锂离子电池单元14分别与所述电池管理单元16电连接。该电池管理单元16包括一太阳能电池正输入端160，一太阳能电池负输入端161，一锂离子电池正输入端162，一锂离子电池负输入端163，一第一输出端164，一第二输出端165，一过充保护电路166、一过放保护电路168、一检测电路167及一控制电路169。所述太阳能电池正输入端160与所述太阳能电池正输出端122电连接。所述太阳能电池负输入端161与所述太阳能电池负输出端124电连接。所述锂离子电池正输入端162与所述锂离子电池正输出端140电连接。所述锂离子电池负输入端163与所述锂离子电池负输出端142电连接。所述第一输出端164和第二输出端165可实现与外部用电设备电连接以输出电。所述过充保护电路166用于控制所述太阳能电池单元12向所述锂离子电池单元14充电，并对所述锂离子电池单元14进行过充保护。所述过放保护电路168用于控制所述锂离子电池单元14向外输电，并对该锂离子电池单元14进行过放电保护。所述检测电路167用于检测所述锂离子电池单元14的工作电压，并将所检测到的锂离子电池单元14的工作电压反馈给所述控制电路169。所述控制电路169内预设有所述锂离子电池单元14的充电截止电压和放电截止电压参数，且该控制电路169可读取上述检测电路167所检测到的锂离子电池单元14的工作电压，并与锂离子电池单元14的充电截止电压和放电截止电压参数相比较，进而控制所述过充保护电路 166和过放保护电路168对所述锂离子电池单元14进行过充保护或过放保护。上述过充保护电路166、过放保护电路168、检测电路167、控制电路169、太阳能电池正、负输入端160， 161，锂离子电池正、负输入端162，163，第一输出端164，及第二输出端165之间的电路连接关系不限，仅需实现上述功能即可。本实施例中，所述过充保护电路166分别与所述太阳能电池正输入端160、锂离子电池正输入端162、控制电路169及电池管理单元16的第一输出端164电连接。所述过放保护电路168分别与所述太阳能电池正输入端160、太阳能电池负输入端161、锂离子电池负输入端163、过充保护电路166、控制电路169、第一输出端164、及第二输出端165电连接。 所述锂离子电池负输入端163与所述太阳能电池负输入端161电连接。所述太阳能电池正输入端160与所述第一输出端164电连接。所述检测电路167分别与锂离子电池正输入端 162及锂离子电池负输入端163电连接。所述控制电路169分别与所述检测电路167、所述过充保护电路166及过放保护电路168电连接。当该检测电路167检测到所述锂离子电池单元14的工作电压并将该工作电压反馈给所述控制电路169，所述控制电路169比较出该工作电压大于或等于预设的锂离子电池单元14的充电截止电压参数时，可控制所述过充保护电路166断开所述锂离子电池单元14的充电回路，并同时控制该过充保护电路166和所述过放保护电路168与第一输出端164和第二输出端165电连接，即接通该锂离子电池单元14的放电回路，从而使得所述锂离子电池单元14开始向外放电。当该控制电路169 比较出所述锂离子电池单元14的工作电压小于预设的锂离子电池单元14的放电截止电压参数，可控制所述过放保护电路168切断太阳能蓄电模块10向外输出电。本实施例中，所述过充保护电路166可控制所述锂离子电池单元14的充电回路连通和断开。所述过放保护电路168可控制所述太阳能蓄电模块10的向外输出和输出切断。当所述过充保护电路166将所述锂离子电池单元14的充电回路连通时，可使所述太阳能电池单元12与所述锂离子电池单元14并联，具体是使所述太阳能电池正输入端160 与所述锂离子电池正输入端162电连接，由于所述锂离子电池负输入端163与所述太阳能电池负输入端161电连接，则此时，该太阳能电池单元12可向该锂离子电池单元14充电。 当所述过充保护电路166将所述锂离子电池单元14的充电回路连通的同时，所述控制电路 169可控制所述过充保护电路166使所述锂离子电池单元14的锂离子电池正输入端162与所述第一输出端164电连接，控制所述过放保护电路168使所述锂离子电池负输入端163 与第二输出端165电连接，且同时使所述太阳能电池负输入端161与第二输出端165电连接，从而实现在太阳能电池单元12向所述锂离子电池单元14充电的同时，使所述锂离子电池单元14和太阳能电池单元12同时向外供电。当所述过充保护电路166将所述锂离子电池单元14的充电回路断开时，在该过充保护电路166和所述过放保护电路168共同的作用下，可实现使所述锂离子电池单元14向外输出电直到该锂离子电池单元14的工作电压小于放电截止电压之后，该过充保护电路166将再次接通该锂离子电池单元14的充电回路。当该锂离子电池单元14的放电电压小于控制电路169中预设的放电截止电压参数时，该过放保护电路168使电池管理单元16的第一输出端164和第二输出端165短路， 从而使所述相互并联的太阳能电池单元12和锂离子电池单元14断开与外部电路的连接， 使所述锂离子电池单元14和太阳能电池单元12均停止向外输电，与此同时，所述控制电路 169控制所述过充保护电路166，使该过充保护电路166实现使太阳能电池单元12和锂离子电池单元14并联，使太阳能电池单元12可向所述锂离子电池单元14充电。进一步地，所述电池管理单元16可以包括一与所述太阳能电池单元12和所述过充保护电路166电连接的反充保护电路133，当该太阳能电池单元12的电压低于锂离子电池单元14的电压时，该反充保护电路133可避免锂离子电池单元14向太阳能电池单元12 反向充电，从而实现太阳能电池单元12仅单向向所述锂离子电池单元14充电。本实施例中，所述反充保护电路133包括一二极管，该二极管正极与太阳能电池正输入端160电连接，负极与过充保护电路166电连接。在实际应用过程中，可将所述锂离子电池单元14及所述电池管理单元16设置至所述太阳能电池单元12的一表面，该表面与该太阳能电池单元12接受阳光照射的表面相对，从而形成一个完整的太阳能蓄电模块10。请参阅图2 4，本发明实施例进一步提供一种太阳能蓄电系统100，该太阳能蓄电系统100包括多个相互串联的太阳能蓄电模块10。具体地，该每个太阳能蓄电模块10中的第一输出端164与另一太阳能蓄电模块10的第二输出端165电连接，且第二输出端165 与其他另一太阳能蓄电模块10的第一输出端164电连接，从而实现该多个太阳能蓄电模块 10之间的相互串联。该太阳能蓄电系统100的输出的总电压为所述太阳能蓄电模块10的输出电压之和。该每个太阳能蓄电模块10中的锂离子电池单元14通过其中的太阳能电池单元12充电时，该其中一个太阳能蓄电模块10中的电池管理单元16的过充保护电路166 单独控制该太阳能蓄电模块10中的锂离子电池单元14的充放电状态。当该太阳能蓄电系统100中的任意一个或几个太阳能蓄电模块10中的锂离子电池单元14放电终止时，该太阳能蓄电模块10的过放保护电路168便使相互并联的锂离子电池单元14与太阳能电池单元12断开与第二输出端165的电连接，并使第二输出端165与第一输出端164电连接以发生短路，从而使锂离子电池单元14和太阳能电池单元12均停止向外输电。同时，该任意一个或几个太阳能蓄电模块10停止向外输出电的过程中，不会使其他太阳能蓄电模块10停止向外输电，仅使得整个太阳能蓄电系统100的输出电压降低。进一步地，为使所述太阳能蓄电系统100的输出电压可满足实际需要，可将所述太阳能蓄电系统100中的多个太阳能蓄电模块10与一变换器20电连接，该变换器20可为直流-直流变换器或直流-交流逆变换器。通过该变换器20可使所述太阳能蓄电系统100 的输出电压转换成实际应用的电压。同时，当所述太阳能蓄电系统100中的一个或多个太阳能蓄电模块10中的锂离子电池单元14因过放电而被中止输出时，只要剩余的多个太阳能蓄电模块10的总输出功率可满足实际需要，该变换器20便可调节其自身的输出功率补偿因一个或多个太阳能蓄电模块10的输出中止而引起的输出功率下降。另外，该整个太阳能蓄电系统100中的多个太阳能蓄电模块10和变换器20可进一步被设置于一框体30中， 其中，该变换器20包括一变换器正输入端22、一变换器负输入端M、一变换器正输出端沈和变换器负输出端观，该变换器正输入端22与一太阳能蓄电模块10的第一输出端164电连接，该变换器负输入端M与另一太阳能蓄电模块10的第二输出端165电连接，该变换器正输出端26和变换器负输出端观用于与外部设备连接。当所述太阳能蓄电系统100在工作时，每个太阳能蓄电模块10中的太阳能电池单元12均向所述锂离子电池单元14充电，当其中一太阳能蓄电模块10中锂离子电池单元14 的电压被充电至大于其充电截止电压时，该太阳能蓄电模块10中的过充保护电路166便对所述锂离子电池单元14进行过充保护，使太阳能电池单元12停止向所述锂离子电池单元 14充电。此外，在上述太阳能电池单元12向所述锂离子电池单元14充电的过程中，所述锂离子电池单元14和太阳能电池单元12均可向外输电，并且，当所述过充保护电路166对所述锂离子电池单元14进行过充保护期间，该太阳能电池单元12仍可向外输电。另外，在上述锂离子电池单元14向外输电，并且被放电至工作电压小于放电截止电压时，所述过放保护电路168对所述锂离子电池单元14进行过放电保护，使该锂离子电池单元14和太阳能电池单元12均停止向外输电。当有太阳能的情况下，例如白天时，太阳能电池单元12向所述锂离子电池单元14 充电，同时太阳能电池单元12与锂离子电池单元14也可向外输电，当锂离子电池单元14 充电至充电截止电压时，过充保护电路166使太阳能电池单元12停止向所述锂离子电池单元14充电，并同时与所述过放保护电路168的共同作用下使锂离子单元12向外输出电； 当没有太阳能的情况下，例如夜晚时，由于太阳能电池单元12不再向锂离子电池单元14充电，锂离子电池单元14将单独放电，当锂离子电池单元14放电至电压小于放电截止电压时，所述过放保护电路168使该锂离子电池单元14停止向外输电，直至白天时太阳能电池单元12向锂离子电池单元14充电至电压大于或等于放电截止电压。具体为，所述锂离子电池单元14和所述太阳能电池单元12电连接以使太阳能电池单元12向所述锂离子电池单元14充电，当所述控制电路169比较出该锂离子电池单元 14被充电至其电压大于或等于其充电截至电压时，该控制电路169控制所述过充保护电路 166断开充电回路以使所述太阳能电池单元12停止向所述锂离子电池单元14充电，同时， 该过充保护电路166将锂离子电池单元14的锂离子电池正输入端162与第一输出端164 电连接，所述过放保护电路168将锂离子电池单元14的锂离子电池负输入端163与第二输出端165电连接，从而使该锂离子电池单元开始向外输出电，直至所述锂离子电池单元14 因向外输电而使其电压低于其充电截至电压时，所述控制电路169便控制所述过充保护电路166再重新接通充电回路。在上述充电过程中，所述过放保护电路168使相互并联的太阳能电池单元12和锂离子电池单元14并联至该电池管理单元16的第一输出端164和第二输出端165，从而实现太阳能电池单元12向所述锂离子电池单元14充电的过程中，该太阳能电池单元12和该锂离子电池单元14可同时向外输电。在上述停止向锂离子电池单元 14充电的过程中，由于所述太阳能电池单元12仍与电池管理单元16的第一输出端164和第二输出端165电连接，因此，该太阳能电池单元12仍可向外输电，从而可使得该太阳能蓄电模块10可持续向外输电。另外，若需在上述向锂离子电池单元14充电或停止充电的过程中，使太阳能电池单元12和锂离子电池单元14均不向外输电，可通过所述过放保护电路 168使所述太阳能电池单元12和锂离子电池单元14断开与第二输出端165的电连接，并使该第二输出端165与第一输出端164电连接，以使第二输出端165和第一输出端164发生短路，从而使整个太阳能蓄电模块10停止向外输电。当所述控制电路169比较出所述锂离子电池单元14的电压达到或低于锂离子电池单元14的放电截止电压时，该控制电路169便控制过放保护电路168使电池管理单元16 的第一输出端164和第二输出端165之间发生短路，从而使锂离子电池单元14停止向外输电，直至该锂离子电池单元14被充电至其电压大于放电截止电压后，再重新通过过放保护电路168实现锂离子电池单元14与第二输出端165的电连接，使所述锂离子电池单元14 继续向外输电。因此，该过放保护电路168可防止所述锂离子电池单元14过放电。该过放保护电路168使相互并联的太阳能电池单元12和锂离子电池单元14与第二输出端165断开并切换至使该第二输出端165与第一输出端164电连接的整个切换过程会产生一个电压突变，为避免该电压突变会对整个太阳能蓄电系统100向外供电产生较大影响，应使该切换过程所需时间小于20ms，优选为小于10ms。本实施例中，该太阳能蓄电系统100由6个相互串联的太阳能蓄电模块10构成， 所述每个太阳能蓄电模块10中的太阳能电池单元12采用10片多晶硅太阳能电池串联而成，该相互串联的10片多晶硅太阳能电池的开路电压为5. 64V，短路电流为120mA。所述锂离子电池单元14采用6片相互并联的钴酸锂电池形成，该钴酸锂电池的充电截止电压为 4. 2V，放电截止电压为3. 2V，放电容量为3Ah。所述变换器20采用直流-直流变换器，该变换器20的输入电压为12 36V，输出电压为12V，标称功率20W。请参阅图5，该图5为对上述太阳能蓄电系统100向外供电时，太阳能电池单元 12、锂离子电池单元14及变换器20的电压/电流变化曲线。图5中al、a2、a3、a4、a5及 a6分别代表所述6个太阳能蓄电模块10中的太阳能电池单元12的电压变化曲线，MJ2、 b3、b4、b5、及M分别代表所述6个太阳能蓄电模块10中的锂离子电池单元14的电压变化曲线，Vout代表变换器20的输出电压、Vin代表太阳能蓄电系统100的输出电压或者变换器 20的输入电压，I。ut代表变换器20的输出电流，Iin代表变换器20的输入电流。从图5中可以看出，在2. 3小时以前，太阳能蓄电系统100进行持续向外供电，所述变换器20的输出电压V。ut为12V，输出电流I。ut基本维持在1安培左右。在1. 8小时以前，锂离子电池单元14持续放电，太阳能蓄电系统100的输出电压Vin在22V 23V之间持续降低，变换器20的输入电流、在0. 65A 0. 7A之间持续增大，6个太阳能蓄电模块10 中的锂离子电池单元14的电压均随着放电的进行在持续降低，相应与之并联的太阳能电池单元12的电压也在持续降低。其中锂离子电池单元14与太阳能电池单元12之间的电压差是由于二极管分压造成的。请参见bl曲线，可以看到，由于该bl曲线所代表的锂离子电池单元14放电速度要比其他太阳能蓄电模块10中锂离子电池单元14的放电速度快，所以，当该锂离子电池单元14放电至1. 4小时左右时，该锂离子电池单元14接近放电终止， 电压进入快速下降阶段，同时，该太阳能蓄电系统100的总输出电压Vin受此影响也下降，为保持变换器20的输出功率不变，该变换器20的输入电流Iin开始较快上升。当太阳能蓄电系统100向外供电至1. 8小时左右时，该bl曲线所代表的锂离子电池单元14达到放电终止电压，此时，该锂离子电池单元14的电池管理单元16中的控制电路169便控制过放保护电路168使电池管理单元16的第一输出端164和第二输出端165之间发生短路，并停止向外输电。此时，太阳能蓄电系统100的输出电压Vin从22V左右降低至18V左右，该变换器 20的输入电流Iin也从0. 7A左右突然升高至0. 85A左右，而变换器20的输出电压V。ut、输出电流I。ut并没有受到影响，继续对外输出相同的功率。此后，该bl曲线所代表的锂离子电池单元14进入被太阳能电池单元12充电的状态，锂离子电池单元14的电压及太阳能电池单元12的电压开始持续上升，而同时其他太阳能蓄电模块10中的锂离子电池单元14并未受其影响并继续放电。当太阳能蓄电系统100向外供电至2. 3小时左右时，从1^2曲线可以看出，另一个太阳能蓄电模块10中的锂离子电池单元14达到放电终止，该太阳能蓄电模块10中的电池管理单元16便控制其中的过放电切换开关使锂离子电池单元14停止向外放电并进行充电，因此，太阳能蓄电系统100的输出电压Vin进一步降低，该变换器20的输入电流Iin进一步升高。当到2. 33小时时，整个太阳能蓄电系统100由于其总输出电压Vin 过低而停止向外供电，所有太阳能蓄电模块10中的锂离子电池单元14均转入充电状态。从此图5可以看出，在该太阳能蓄电系统100中，每个太阳能蓄电模块10中的锂离子电池单元14的充放电状态均通过其中的电池管理单元16控制，因此，可防止其中的锂离子电池单元14因过充或过放电而引发起火、爆炸等现象，并能够避免该太阳能蓄电系统100由于其中一个锂离子电池单元14发生过充或过放而停止工作。请参阅图6，本发明第二实施例提供一种太阳能供电系统200，其包括多个相互并联的太阳能蓄电系统100。具体为，该多个太阳能蓄电系统100中的变换器正输出端沈相互电连接，该多个太阳能蓄电系统100中的变换器负输出端观相互电连接，从而实现该多个太阳能蓄电系统100相互并联。该太阳能供电系统200可通过该多个相互并联的太阳能蓄电系统100向外部多个输出设备同时输出电压。本发明提供的太阳能蓄电系统及太阳能供电系统具有以下优点由于整个太阳能蓄电系统中每个太阳能蓄电模块中的锂离子电池单元均通过独立的电池管理单元控制充放电，因此，当该锂离子电池单元过充或过放电时，对应的电池管理单元便可立即检测到并控制停止对该锂离子电池单元充电和放电，使得该电池管理单元对该锂离子电池单元的过充或过放保护反应灵敏，从而提高了该锂离子电池单元的安全性，并延长了整个太阳能蓄电系统的使用寿命；由于整个太阳能蓄电系统中每个太阳能蓄电模块中的锂离子电池单元均通过独立的电池管理单元控制充放电，因此，尽管该太阳能蓄电系统中串联的锂离子电池单元的数量较多，也不会影响电池管理单元对锂离子电池单元的过充或过放保护的灵敏度；当一个太阳能蓄电模块中的锂离子电池单元停止充电和放电时，并不会影响其他太阳能蓄电模块的正常工作，从而可保证整个太阳能蓄电系统的正常输出；通过所述直流-直流变换器或直流-交流变换器可使整个太阳能蓄电系统的输出电压转换成实际应用所需要的电压，且当该太阳能蓄电系统中的一个或多个太阳能蓄电模块因锂离子电池过放而被停止输出时，其他太阳能蓄电模块仍可正常输出且可通过该直流-直流变换器或直流-交流变换器调节整个太阳能蓄电系统的输出电压至实际需要的电压，从而可充分利用每个太阳能蓄电模块；通过选择太阳能蓄电模块的个数，可调节所述太阳能蓄电系统的总电压，从而满足具有不同电压输入需求的设备。另外，本领域技术人员还可在本发明精神内做其它变化，当然，这些依据本发明精神所做的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围之内。
权利要求
1.一种太阳能蓄电系统，其包括多个相互串联的太阳能蓄电模块，该每个太阳能蓄电模块包括一锂离子电池单元，该锂离子电池单元包括一锂离子电池或相互并联的多个锂离子电池；及一用于向所述锂离子电池单元充电的太阳能电池单元，该太阳能电池单元包括至少一太阳能电池；其特征在于，该太阳能蓄电模块进一步包括一用于控制所述锂离子电池单元进行充电和放电、并分别与所述太阳能电池单元和所述锂离子电池单元电连接的电池管理单元。
2.如权利要求1所述的太阳能蓄电系统，其特征在于，所述电池管理单元包括一过放保护电路、一第一输出端和一第二输出端，所述锂离子电池单元和所述太阳能电池单元均通过该第一输出端和第二输出端向一外部负载输出电，且所述第一输出端、所述锂离子电池单元和所述太阳能电池单元分别通过该过放保护电路与第二输出端电连接。
3.如权利要求2所述的太阳能蓄电系统，其特征在于，所述每个太阳能蓄电模块中的第一输出端与另一个太阳能蓄电模块的第二输出端电连接，从而使该多个太阳能蓄电模块相互串联。
4.如权利要求3所述的太阳能蓄电系统，其特征在于，所述锂离子电池单元具有一放电截止电压，当所述锂离子电池单元的工作电压小于或等于该放电截止电压时，所述过放保护电路断开所述锂离子电池单元和太阳能电池单元与所述第二输出端的电连接，并使所述第一输出端和所述第二输出端短路连接。
5.如权利要求3所述的太阳能蓄电系统，其特征在于，进一步包括一与所述多个太阳能蓄电模块串联的直流-直流变换器或直流-交流变换器。
6.如权利要求5所述的太阳能蓄电系统，其特征在于，所述直流-直流变换器或直流-交流变换器包括一变换器正输入端、一变换器负输入端、一变换器正输出端、及一变换器负输出端，所述变换器正输入端和负输入端与所述太阳能蓄电模块串联，该变换器正输出端和变换器负输出端用于与外部设备连接。
7.如权利要求1所述的太阳能蓄电系统，其特征在于，所述电池管理单元包括一过充保护电路，所述锂离子电池单元和太阳能电池单元通过该过充保护电路连接，所述锂离子电池单元具有一充电截止电压，当所述锂离子电池单元的工作电压大于或等于所述充电截止电压时，所述过充保护电路使所述太阳能电池单元和所述锂离子电池单元断开电连接。
8.如权利要求1所述的太阳能蓄电系统，其特征在于，所述锂离子电池单元具有一充电截止电压及一放电截止电压，所述电池管理单元包括一用于检测该锂离子电池单元的工作电压的检测电路；一用于读取所述检测电路所检测到的工作电压，并将该工作电压与该锂离子电池单元的充电截止电压和放电截止电压相比较的控制电路；一由所述控制电路控制并用于使所述太阳能电池单元开始或停止向所述锂离子电池单元充电的过充保护电路；一由所述控制电路控制并用于使所述锂离子电池单元开始或停止放电的过放保护电路。
9.如权利要求8所述的太阳能蓄电系统，其特征在于，所述过充保护电路用于接通或断开所述锂离子电池单元的充电回路，当该充电回路接通时，所述锂离子电池单元和所述太阳能电池单元电连接，且所述太阳能电池单元向所述锂离子电池单元充电，当该过充电回路断开时，所述锂离子电池单元和所述太阳能电池单元断开电连接，且所述太阳能电池单元停止向所述锂离子电池单元充电。
10.如权利要求9所述的太阳能蓄电系统，其特征在于，所述电源管理单元包括一用以阻止锂离子电池单元向所述太阳能电池单元充电，并与该锂离子电池单元和太阳能电池单元电连接的反充保护电路。
11.如权利要求10所述的太阳能蓄电系统，其特征在于，所述反充保护电路包括一二极管。
12.如权利要求9所述的太阳能蓄电系统，其特征在于，所述电池管理单元包括一用于使所述锂离子电池单元向外放电的第一输出端和一第二输出端，当所述锂离子电池单元的工作电压大于放电截止电压时，该相互电连接的锂离子电池单元和太阳能电池单元及该第一输出端通过该过放保护电路连接至第二输出端，以使锂离子电池单元和太阳能电池单元向外输电，当所述锂离子电池单元的工作电压小于放电截止电压时，该过放保护电路使第二输出端断开与锂离子电池单元和太阳能电池单元电连接，并与第一输出端短路连接，从而使所述锂离子电池单元和太阳能电池单元停止向外输电。
13.如权利要求12所述的太阳能蓄电系统，其特征在于，所述太阳能电池单元包括一太阳能电池正输出端和一太阳能电池负输出端；所述锂离子电池单元包括一锂离子电池正输出端和一锂离子电池负输出端；所述电池管理单元包括一太阳能电池正输入端，一太阳能电池负输入端，一锂离子电池正输入端，及一锂离子电池负输入端；所述太阳能电池正输入端与所述太阳能电池正输出端电连接，所述太阳能电池负输入端与所述太阳能电池负输出端电连接，所述锂离子电池正输入端与所述锂离子电池正输出端电连接，所述锂离子电池负输入端与所述锂离子电池负输出端电连接。
14.如权利要求1所述的太阳能蓄电系统，其特征在于，所述太阳能电池单元包括多个太阳能电池，该多个太阳能电池相互并联或相互串联；或者该多个太阳能电池相互并联或串联形成多个太阳能电池组，该多个太阳能电池组相互并联或串联。
15.如权利要求1所述的太阳能蓄电系统，其特征在于，所述锂离子电池为磷酸铁锂电池、钴酸锂电池、锰酸锂电池或锰酸钴锂电池。
16.如权利要求1所述的太阳能蓄电系统，其特征在于，所述太阳能电池为单晶硅太阳能电池、多晶硅太阳能电池、非晶硅太阳能电池、多元化合物薄膜太阳能电池、聚合物多层修饰电极型太阳能电池、纳米晶太阳能电池或有机太阳能电池。
17.一种太阳能供电系统，其包括多个相互并联的太阳能蓄电系统，所述太阳能蓄电系统包括多个相互串联的太阳能蓄电模块，该每个太阳能蓄电模块包括一锂离子电池单元，该锂离子电池单元包括一锂离子电池或相互并联的多个锂离子电池；及一用于向所述锂离子电池单元充电的太阳能电池单元，该太阳能电池单元包括至少一太阳能电池；其特征在于，该太阳能蓄电模块进一步包括一用于控制所述锂离子电池单元进行充电和放电、并分别与所述太阳能电池单元和所述锂离子电池单元电连接的电池管理单元。
全文摘要
本发明提供一种太阳能蓄电系统，其包括多个相互串联的太阳能蓄电模块，该每个太阳能蓄电模块包括一锂离子电池单元，该锂离子电池单元包括一锂离子电池或相互并联的多个锂离子电池；及一用于向所述锂离子电池单元充电的太阳能电池单元，该太阳能电池单元包括至少一太阳能电池；其中，该太阳能蓄电模块进一步包括一用于控制所述锂离子电池单元进行充电和放电、并分别与所述太阳能电池单元和所述锂离子电池单元电连接的电池管理单元。本发明也提供一种太阳能供电系统，其包括多个相互并联的上述太阳能蓄电系统。
文档编号H02J7/00GK102545291SQ20101061246
公开日2012年7月4日 申请日期2010年12月29日 优先权日2010年12月29日
发明者刘志祥, 毛宗强, 王诚 申请人:清华大学, 鸿富锦精密工业(深圳)有限公司