专利名称：太阳能冰箱的供电系统及供电控制方法
技术领域：
本发明涉及供电领域，具体而言，涉及一种太阳能冰箱的供电系统及供电控制方法。
背景技术：
在现有技术中，对太阳能冰箱进行供电时，往往是采用光电池和蓄电池并行供电的方式进行供电，即，光电池和蓄电池均和太阳能冰箱相连接，此时，光电池需要一直处于工作状态，导致光电池损耗比较大，降低了光电池的使用寿命。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种太阳能冰箱的供电系统及供电控制方法，以解决现有技术中光电池损耗比较大，寿命比较低的问题。为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种太阳能冰箱的供电系统。 该太阳能冰箱的供电系统包括蓄电池，用于向太阳能冰箱供电；第一开关单元；光电池， 第一端连接于蓄电池的第一电极，第二端经由第一开关单元连接于蓄电池的第二电极，用于利用太阳能发电；以及控制器，分别与第一开关单元和蓄电池相连接，用于在检测到蓄电池需要充电时控制第一开关单元闭合，以及在检测到蓄电池不需要充电时控制第一开关单元断开。进一步地，第一开关单元包括第一开关和第二开关，连接于光电池的第二端和蓄电池的第二电极之间；以及PWM功率驱动模块，第一端和第二端分别连接于第一开关和第二开关，第三端连接于控制器。进一步地，太阳能冰箱的供电系统还包括第二开关单元，与控制器相连接，其中， 蓄电池经由第二开关单元与太阳能冰箱相连接。进一步地，太阳能冰箱的供电系统还包括温度传感器，用于检测控制器的散热片的温度；以及输出保护及功率驱动，经由控制器与温度传感器相连接，用于判断散热片的温度是否超过预设值，以及在散热片的温度超过预设值时，切断输入和输出回路。进一步地，在光电池的第一端和第二端之间设置有瞬态电压抑制器。进一步地，蓄电池的第一端经由第一节点与光电池的第一端和太阳能冰箱分别相连接，且在第一节点和蓄电池的第一端之间设置有保险丝。进一步地，太阳能冰箱的供电系统还包括电流传感器，设置在蓄电池的电极和太阳能冰箱之间，并且连接于控制器。进一步地，控制器包括第一检测电路，用于检测蓄电池是否需要充电；第二检测电路，用于检测蓄电池是否充满；以及第一控制单元，用于在检测到蓄电池充满时，控制第一开关单元断开以断开蓄电池和太阳能电池的连接。进一步地，控制器包括第三检测电路，用于连接太阳能冰箱以检测太阳能冰箱是否有电量需求；以及第二控制单元，用于在第三检测电路检测到太阳能冰箱有电量需求时，控制第一开关单元闭合以连接蓄电池和太阳能冰箱。为了实现上述目的，根据本发明的另一方面，提供了一种太阳能冰箱的供电控制方法。该太阳能冰箱的供电控制方法包括检测蓄电池是否需要充电；在确定蓄电池需要充电时，控制光电池对蓄电池进行充电；以及在确定蓄电池不需要充电时，则控制光电池与蓄电池断开。进一步地，控制光电池对蓄电池进行充电包括检测蓄电池的电能参数；若蓄电池的电能参数小于第一参数值大于第二参数值，则控制光电池对蓄电池采取快速充电方式；若蓄电池的电能参数小于第二参数值大于第三参数值，则控制光电池对蓄电池采取提升充电方式；若蓄电池的电能参数小于第三参数值大于第四参数值，则控制光电池对蓄电池采取浮充充电方式。通过本发明，采用包括以下结构的太阳能冰箱的供电系统蓄电池，用于向太阳能冰箱供电；第一开关单元；光电池，第一端连接于蓄电池的第一电极，第二端经由第一开关单元连接于蓄电池的第二电极，用于利用太阳能发电；以及控制器，分别与第一开关单元和蓄电池相连接，用于在检测到蓄电池需要充电时控制第一开关单元闭合，以及在检测到蓄电池不需要充电时控制第一开关单元断开，由于仅仅通过蓄电池给太阳能冰箱供电，且在蓄电池不需要充电时，光伏电池无需给蓄电池充电，因而解决了现有技术中光电池损耗比较大，寿命比较低的问题，进而达到了降低光电池损耗，延长光电池使用寿命的效果。
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中图1是根据本发明实施例的太阳能冰箱系统的示意图；图2是根据本发明实施例的太阳能冰箱系统的连接关系示意图；图3是根据本发明实施例的太阳能冰箱供电系统的连接关系示意图；图4是根据本发明实施例的日照强度对太阳能电池组件影响的曲线图；图5是根据本发明实施例的控制器进行充放电控制的示意图；图6是根据本发明实施例的充电过程示意图；图7是根据本发明实施例的控制器进行冰箱控制的示意图；图8是根据本发明实施例的太阳能冰箱供电控制方法的流程图；图9是根据本发明实施例的供电控制系统的控制方法流程图；以及图10是根据本发明实施例的冰箱控制系统的控制方法的流程图。
具体实施例方式需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。图1是根据本发明实施例的太阳能冰箱的供电系统的示意图。如图1所示，该太阳能冰箱的供电系统包括蓄电池、控制器、第一开关单元和光电池(光伏阵列)。蓄电池，用于向太阳能冰箱供电。
光电池的第一端连接于蓄电池的第一电极，光电池的第二端经由第一开关单元连接于蓄电池的第二电极，用于利用太阳能发电.控制器，分别与第一开关单元和蓄电池相连接，用于在检测到蓄电池需要充电时控制第一开关单元闭合，以及在检测到蓄电池不需要充电时控制第一开关单元断开。在上述的太阳能冰箱的供电系统中，由于仅仅通过蓄电池直接给太阳能冰箱供电，并且在蓄电池不需要充电时，控制第一开关单元断开，使得光伏电池无需给蓄电池充电，因而光电池无需一直处理工作状态，进而降低了光电池的损耗，延长了光电池的使用寿命。在本发明中，由于供电系统与冰箱控制系统完全独立，有利于两个模块的通用性及扩展，便于模块化设计与生产。冰箱、控制器、蓄电池和光电池的连接关系如图2所示，冰箱系统可以采用24V直流供电，压机、加热丝、风门、冰箱控制器均为MV电压供电。作为太阳能冰箱的供电系统的一个优选实施例，第一开关单元还可以包括第一开关Ql和第二开关Q2以及PWM功率驱动模块，如图3所示，第一开关Ql和第二开关Q2连接于光电池的第二端和蓄电池的第二电极之间，PWM功率驱动模块的第一端和第二端分别连接于第一开关Ql和第二开关Q2，PWM功率驱动模块的第三端连接于控制器。在本申请中，通过采用Ql和Q2两个开关，可以更好地保证安全性，当Ql或者Q2损坏时，不至于导致充电回路短路而引起充电控制失效给蓄电池所造成的过冲损害。此外，进一步优选地，第一开关Ql和第二开关Q2可以采用功率MOSFET以减小损耗以及提高效率。优选地，太阳能冰箱的供电系统还包括第二开关单元，与控制器相连接，其中，蓄电池经由第二开关单元与太阳能冰箱相连接。其中，如图3所示，第二开关单元可以包括开关Q3。优选地，太阳能冰箱的供电系统还可以包括温度传感器，用于检测控制器的散热片的温度；以及输出保护及功率驱动，经由控制器与温度传感器相连接，用于判断散热片的温度是否超过预设值，以及在散热片的温度超过预设值时，切断输入和输出回路。优选地，在光电池的第一端和第二端之间设置有瞬态电压抑制器TVS。优选地，蓄电池的第一端经由第一节点与光电池的第一端和太阳能冰箱分别相连接，且在第一节点和蓄电池的第一端之间设置有保险丝FUSE。优选地，太阳能冰箱的供电系统还包括电流传感器，设置在蓄电池的电极和太阳能冰箱之间，并且连接于控制器。通过在蓄电池的电极和太阳能冰箱之间设置电流传感器， 可以使得电流传感器时刻检测输出电流大小，在输出电流超出预设范围时自动切断输出回路。优选地，控制器包括第一检测电路，用于检测蓄电池是否需要充电；第二检测电路，用于检测蓄电池是否充满；以及第一控制单元，用于在检测到蓄电池充满时，控制第一开关单元断开以断开蓄电池和太阳能电池的连接。优选地，控制器包括第三检测电路，用于连接太阳能冰箱以检测太阳能冰箱是否有电量需求；以及第二控制单元，用于在第三检测电路检测到太阳能冰箱有电量需求时，控制第一开关单元闭合以连接蓄电池和太阳能冰箱。本发明实施例中的光电池仅在有光照时才进行发电。其中，在判断是否有光照时， 可以按照以下方法进行判断
光照射到光伏板上产生“光生电压”，根据I-V曲线判定不同光照强度下电压值基本恒定，仅在无光情况下电压为零，控制器检测到电压即判定为有光照。图4示出了日照强度对太阳能电池组件的影响。在有光照时，控制器控制太阳能电池自动发电，蓄电池需要充电，控制器控制太阳能电池给蓄电池充电，若电池充满，自动切断太阳能电池，呈断路状态，若冰箱有电量需求， 蓄电池直接给冰箱供电，蓄电池可同时进行充放电。在无光照时，由蓄电池给冰箱供电。光电池产生光伏电压给控制器供电，TVS为瞬态电压抑制器，防止光电池电压异常损毁控制器及内部电路MCU电脑控制器根据蓄电池充电特性曲线判断是否给蓄电池充电， 通过控制PWM功率驱动模块控制开关Q1、Q2进行蓄电池PWM串联充电。在输出端输出保护及功率驱动模块根据电流传感器Sl所测试得的电流值判断输出是否异常，是否过功率，同时温度传感器Tl做过热保护，当控制器散热片温度超过85°C时，控制器会自动切断输入、 输出回路，同时使得蓄电池工作在理想工作状态下，延长蓄电池使用寿命。当光电池给蓄电池充电电流过大，保险丝FUSE断开以保护蓄电池。蓄电池可同时充放电光电池和蓄电池构成充电回路，蓄电池和冰箱构成放电回路，充电回路与放电回路为并联在蓄电池两端。当检测到电池需要充电时，开关Ql和开关 Q2开通给蓄电池充电。放电端接在冰箱的控制器上，冰箱控制器根据冰箱内部温度的变化控制冰箱压缩机的开停。在蓄电池不需要充电时，开关Ql和开关Q2关断，此时光电池处于空载开路状态， 光照再强烈也不会有损耗。这样可以减少光电池板的损耗，减少热斑效应。延长光电池的
寿命ο本发明的控制电路可以包括蓄电池充电电路和系统供电电路，通过采用独立供电系统、无需自放电电路，有效提高了组件的稳定性和寿命。蓄电池可同时进行充放电操作， 大大提高了光伏发电的利用率。图5示出了控制器2相应的输入输出关系，控制器2根据太阳能电池电压和蓄电池电压信号1及蓄电池充电特性曲线5判断蓄电池的是否需要充电，并对蓄电池进行充放电控制3，以及可以进行各种显示4，例如，太阳能电池输出电压显示、蓄电池输出电压显示、负载充电电流显示、充电状态显示、出错显示和警报显示等。PWM功率驱动模块驱动第一开关Ql和第二开关Q2闭合时，即使得蓄电池和光电池构成充电回路，由于采用先进的串联型脉宽调制(PWM)方式，0到100%的宽范围PWM调节能够对蓄电池快速稳定的充电。以下对本发明的充电过程进行详细介绍，如图6所示，充电过程包括以下阶段快速充电阶段(例如，28. 4V 3IV)在快速充电阶段，蓄电池电压尚未充到充满电压的设定值，控制器将提供100 %的可用太阳能电量为蓄电池充电。提升阶段(例如，27. 6V 28. 4V)当蓄电池充电到提升电压的设定值时，控制器不断地调节充电电流以使蓄电池电压维持在提升电压设定点。这样可以防止蓄电池过热、防止蓄电池产生气体。蓄电池保持在提升充电阶段的时间累计为120分钟，然后转到浮充阶段。
浮充阶段(例如，26. 4 27. 6V)当提升充电完成后，控制器则转入浮充控制阶段。当蓄电池完全充满后，就不再有更多的电化学反应，这时所有的充电电流转化为热量和析出气体。这时进入浮充阶段，浮充阶段以更小的电压和电流进行充电，这样在降低了蓄电池的温度和析出气体的同时，浮充阶段进行非常微弱的充电。浮充的目的是补偿蓄电池因自放电和系统较小的负载产生的电量消耗，同时维持蓄电池存储电量的饱满。在浮充阶段，负载可以继续从蓄电池获取电力。 倘若系统的负载超过了太阳能充电电流，控制器将不再能够把蓄电池电压维持在浮充设定值。如果蓄电池电压低于提升充电4V)恢复设定值，控制器将退出浮充阶段，回到快速充电阶段。在蓄电池电压低于25. 2V时，可以低压断开以恢复电压，可以将M.4V作为欠压告警电压，将21. 6伏设置为放电限制电压。当蓄电池电压大于放电限制电压6V)，蓄电池不间断给冰箱供电，整个充放电过程显示屏会显示模块4相应的状态信息。如图7所示，冰箱CPU20根据环温及冰箱箱体内温度10及用户设定情况50判断压机、风门、风机、加热丝等部件是否工作，并显示40相应的工作状态和参数。需要说明的是，充放电控制和冰箱控制可以是一个控制器独立完成，也可以是分成两个独立控制器分别控制，即，图5和图7中的CPU可以指同一个控制器，也可以指两个不同的控制器。图8是根据本发明实施例的太阳能冰箱供电控制方法的流程图。如图8所示，该方法包括以下步骤步骤S602，检测蓄电池是否需要充电；步骤S604，在确定蓄电池需要充电时，控制光电池对蓄电池进行充电；步骤S606，在确定蓄电池不需要充电时，则控制光伏电池与蓄电池断开。在该方法中，由于仅仅通过蓄电池给太阳能冰箱供电，且在蓄电池不需要充电时， 光伏电池无需给蓄电池充电，因而降低了光电池损耗，延长了光电池使用寿命。优选地，控制光电池对蓄电池进行充电包括控制器检测蓄电池的电能参数；若蓄电池的电能参数小于第一参数值大于第二参数值，则控制器控制光伏电池对蓄电池采取快速充电方式；若蓄电池的电能参数小于第二参数值大于第三参数值，则控制器控制光伏电池对蓄电池采取提升充电方式；若蓄电池的电能参数小于第三参数值大于第四参数值， 则控制器控制光伏电池对蓄电池采取浮充充电方式。通过该供电控制方式，不只可以保证高效地充电，而且可以提高蓄电池的寿命。图9是根据本发明实施例的供电控制系统的控制方法流程图。如图9所示，该方法包括以下步骤步骤S901，采集蓄电池的电压；步骤S902，判断采集到的蓄电池的电压是否超过过冲保护电压，在判断结果为是的情况下，执行步骤S903，在判断结果为否的情况下，执行步骤S904。步骤S903，切断充电回路。步骤S904，接通充电回路。步骤S905，判断充电过程中的蓄电池电压是否低于过放保护电压，在判断结果为是的情况下，执行步骤S906，在判断结果为否的情况下，执行步骤S907。步骤S906，切断放电回路。步骤S907，判断蓄电池是否存在异常，或者是否存在故障，在判断结果为是的情况下，执行步骤S906，在判断结果为否的情况下，执行步骤S908。步骤S908，接通放电回路。返回执行步骤S901。图10是根据本发明实施例的冰箱控制系统的控制方法的流程图。如图10，该方法包括以下步骤步骤S1001，采集温度传感器温度；步骤S1002，判断采集到的温度是否达到设定温度，在判断结果为是的情况下，执行步骤S1003，在判断结果为否的情况下，执行步骤S1004 ；步骤S1003，断开压机、风机等部件。步骤S1004，开启压机、风机等部件。需要说明的是，本发明实施例提供的控制方法可以通过但不限于本发明实施例所提供的太阳能冰箱系统或供电系统来实现，本发明的不同实施例中的控制方法中的各个步骤可以相结合。从以上的描述中，可以看出，本发明实施例能够提高光电池等组件的使用寿命。以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种太阳能冰箱的供电系统，其特征在于包括 蓄电池，用于向太阳能冰箱供电；第一开关单元；光电池，第一端连接于所述蓄电池的第一电极，第二端经由所述第一开关单元连接于所述蓄电池的第二电极，用于利用太阳能发电；以及控制器，分别与所述第一开关单元和所述蓄电池相连接，用于在检测到所述蓄电池需要充电时控制所述第一开关单元闭合，以及在检测到所述蓄电池不需要充电时控制所述第一开关单元断开。
2.根据权利要求1所述的太阳能冰箱的供电系统，其特征在于，所述第一开关单元包括第一开关和第二开关，连接于所述光电池的第二端和所述蓄电池的第二电极之间；以及PWM功率驱动模块，第一端和第二端分别连接于所述第一开关和所述第二开关，第三端连接于所述控制器。
3.根据权利要求1所述的太阳能冰箱的供电系统，其特征在于，还包括 第二开关单元，与所述控制器相连接，其中，所述蓄电池经由所述第二开关单元与所述太阳能冰箱相连接。
4.根据权利要求1所述的太阳能冰箱的供电系统，其特征在于，还包括 温度传感器，用于检测所述控制器的散热片的温度；以及输出保护及功率驱动，经由所述控制器与所述温度传感器相连接，用于判断所述散热片的温度是否超过预设值，以及在所述散热片的温度超过所述预设值时，切断输入和输出回路。
5.根据权利要求1所述的太阳能冰箱的供电系统，其特征在于，在所述光电池的第一端和第二端之间设置有瞬态电压抑制器。
6.根据权利要求1所述的太阳能冰箱的供电系统，其特征在于，所述蓄电池的第一端经由第一节点与所述光电池的第一端和所述太阳能冰箱分别相连接，且在所述第一节点和所述蓄电池的第一端之间设置有保险丝。
7.根据权利要求1所述的太阳能冰箱的供电系统，其特征在于，还包括电流传感器， 设置在所述蓄电池的电极和所述太阳能冰箱之间，并且连接于所述控制器。
8.根据权利要求1所述的太阳能冰箱的供电系统，其特征在于，所述控制器包括 第一检测电路，用于检测所述蓄电池是否需要充电；第二检测电路，用于检测所述蓄电池是否充满；以及第一控制单元，用于在检测到所述蓄电池充满时，控制所述第一开关单元断开以断开所述蓄电池和所述太阳能电池的连接。
9.根据权利要求1所述的太阳能冰箱的供电系统，其特征在于，所述控制器包括第三检测电路，用于连接所述太阳能冰箱以检测所述太阳能冰箱是否有电量需求；以及第二控制单元，用于在所述第三检测电路检测到所述太阳能冰箱有电量需求时，控制所述第一开关单元闭合以连接所述蓄电池和所述太阳能冰箱。
10.一种太阳能冰箱的供电控制方法，其特征在于包括 检测蓄电池是否需要充电；在确定所述蓄电池需要充电时，控制所述光电池对所述蓄电池进行充电；以及在确定所述蓄电池不需要充电时，则控制所述光电池与所述蓄电池断开。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，在确定所述蓄电池需要充电时，控制所述光电池对所述蓄电池进行充电包括检测所述蓄电池的电能参数；若所述蓄电池的电能参数小于第一参数值大于第二参数值，则控制所述光电池对所述蓄电池采取快速充电方式；若所述蓄电池的电能参数小于所述第二参数值大于第三参数值，则控制所述光电池对所述蓄电池采取提升充电方式；若所述蓄电池的电能参数小于所述第三参数值大于第四参数值，则控制所述光电池对所述蓄电池采取浮充充电方式。
全文摘要
本发明公开了一种太阳能冰箱的供电系统及供电控制方法。其中，该太阳能冰箱的供电系统包括蓄电池，用于向太阳能冰箱供电；第一开关单元；光电池，第一端连接于蓄电池的第一电极，第二端经由第一开关单元连接于蓄电池的第二电极，用于利用太阳能发电；以及控制器，分别与第一开关单元和蓄电池相连接，用于在检测到蓄电池需要充电时控制第一开关单元闭合，以及在检测到蓄电池不需要充电时控制第一开关单元断开。通过本发明，能够降低光电池损耗，延长光电池使用寿命。
文档编号H02J7/00GK102437604SQ20111032806
公开日2012年5月2日 申请日期2011年10月25日 优先权日2011年10月25日
发明者刘剑, 张奎, 梁海山, 王铭 申请人:海尔集团公司, 青岛海尔股份有限公司