太阳能汇流控制器的制造方法
【专利摘要】本发明涉及控制器，公开了一种太阳能汇流控制器。本发明中，太阳能汇流控制器包含N个输入端口、第一输出端口、N个开关元件与数字处理器，N为自然数；每一个开关元件的第一端口与太阳能汇流控制器的一个输入端口相连；每一个开关元件的第二端口均与太阳能汇流控制器的第一输出端口相连；每一个开关元件的控制端与数字处理器相应控制位相连，数字处理器控制开关元件的导通与断开；N个输入端口输入N路太阳能充电电流；第一输出端口输出汇流后的太阳能充电电流。本发明使得可以量化管理太阳能蓄电池充电，提高系统可靠性，节约成本。
【专利说明】太阳能汇流控制器
【技术领域】
[0001]本发明涉及控制器，特别涉及太阳能汇流控制器。
【背景技术】
[0002]目前太阳能传输过程中单独光伏阵列需先全部进入汇流箱进行排列，合并成集中的一路，再经过太阳能充电控制器，然后才送入蓄电池。但不能根据蓄电池的荷电状态进行充电调节。
[0003]而且，目前太阳能板经汇流箱集中后进入下级充电控制器的总功率很大，此时采用一般低速开关型(无续流电感)的充电控制器，会引起电池组巨大浪涌电流及电压波动，影响负载的正常工作(如LED照明闪烁)及蓄电池寿命缩短；或采用其他高速的脉宽调制(Pulse Width Modulation，简称PWM)(有续流电感)的充电控制器，成本高(需全功率进行PWM控制)效率低(高速开关损耗)。
[0004]另外，目前汇流排采用串接二极管防逆流措施，如图1所示，损耗大，需较大体积散热器，其中，PV为太阳能板；并且，目前太阳能光伏汇流箱内置的直流断路器价格高，使用寿命有限制。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供一种太阳能汇流控制器，使得可以量化管理太阳能蓄电池充电，提高系统可靠性，节约成本。
[0006]为解决上述技术问题，本发明提供了一种太阳能汇流控制器，包含:N个输入端口、第一输出端口、N个开关元件与数字处理器；
[0007]所述开关元件包含第一端口、第二端口与控制端；所述每一个开关元件的第一端口与所述太阳能汇流控制器的一个输入端口相连；所述每一个开关元件的第二端口均与所述太阳能汇流控制器的第一输出端口相连，所述每一个开关元件的控制端和所述数字处理器相连，所述数字处理器控制所述开关元件的导通与断开；
[0008]所述N个输入端口输入N路太阳能充电电流；所述第一输出端口输出汇流后的太阳能充电电流。
[0009]本发明实施方式相对于现有技术而言，太阳能汇流控制器包含N个输入端口，把光伏阵列采集的整列太阳能的全部能量分为N份，每份能量通过导通的开关元件进入太阳能汇流控制器；太阳能汇流控制器中的数字处理器检测第一输出端口处的电压，得知太阳能蓄电池的荷电状态，并根据该太阳能蓄电池的荷电状态接通特定数量的开关元件，即量化控制，使第一输出端口输出合适的电流到太阳能蓄电池，避免太阳能蓄电池过充损坏，也可以避免因其电量不足而导致负载无法正常工作，达到充电管理的效果。这样，太阳能汇流控制器可一级完成太阳能充电电流汇流和充电管理，明显减少了系统转接的节点，提高了系统的可靠性，节约了成本，同时可以量化管理太阳能蓄电池充电。
[0010]另外，开关元件为电子开关。电子开关是由由金属-氧化层-半导体-场效晶体管或双极型晶体管构成的，其导通电阻在数毫欧级，因此每路电子开关的损耗仅在I瓦左右，大大降低了系统产生的热量，节约了能量；同时，完全可以完成防逆流、防反接无损保护的功能。由于电子开关是现有的成熟器件，保证了本发明实施方式的可行性。
[0011]另外，本发明还包含电流源型脉宽调制控制器。电流源型PWM可以把其中一路的太阳能能量进一步量化为该路太阳能能量的1/256 (8位分辨率)，或1/1024( 10位分辨率)，因此系统控制精度可以达到1/(N*256)或1/(N*1024)。这样在能量流入负载时就可以按需求(蓄电池特性)进行精确、微波动的控制。每一个能量控制步长只有总能量的1/(N*256)或I/(N*1024)，其优点在于，能够有机结合高速控制的精细性同低速控制的高效率及低成本性。由于电流源型脉宽调制控制器是现有的成熟器件，保证了本发明实施方式的可行性。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]图1是根据现有技术中的汇流排串接二极管防逆流措施的结构示意图；
[0013]图2是根据本发明第一实施方式中的太阳能汇流控制器的结构示意图；
[0014]图3是根据本发明第一实施方式中的电子开关的结构示意图；
[0015]图4是根据本发明第二实施方式中的太阳能汇流控制器的结构示意图；
[0016]图5是根据本发明第三实施方式中的太阳能汇流控制器的结构示意图。
【具体实施方式】
[0017]为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的各实施方式进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本发明各实施方式中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本申请各权利要求所要求保护的技术方案。
[0018]本发明的第一实施方式涉及一种太阳能汇流控制器，包含N个输入端口、第一输出端口、第二输出端口、N个开关元件，具体结构如图2所示。
[0019]开关元件包含第一端口、第二端口与控制端；每一个开关元件的第一端口与太阳能汇流控制器的一个输入端口相连；太阳能汇流控制器的每一个输入端口与一个太阳能板相连；每一个开关元件的第二端口均与太阳能汇流控制器的第一输出端口相连，每一个开关元件的控制端和数字处理器相连，数字处理器控制开关元件的导通与断开；第二输出端口与数字处理器相连。
[0020]其中，开关兀件为电子开关。电子开关是由MOSFET(Metal-Oxide_SemiconductorField-Effect Transistor,金属-氧化层-半导体-场效晶体管)或 IGBT( Insulated GateBipolar Transistor,绝缘栅型双极型晶体管)构成的,采用两个源极连接在一起的MOSFET或IGBT，具体如图3所示，其中，Kl、K2分别为电子开关的第一端口、第二端口。首先，相对于二极管来说，由于电子开关导通电阻在数毫欧级，因此每路电子开关的损耗仅在I瓦左右大大降低了系统产生的热量，节约了能量；同时，利用体内二极管，完全可以完成防逆流的功能。其次，利用电子开关取代目前汇流箱里的大电流直流断路器，更容易实现远程开关，提高了系统的可靠性，并降低了成本。最后，采用电子开关可及时剔除损坏的太阳能组串，使系统依然能正常工作。传统汇流箱若采用太阳能组串直接并联，当其中一路因遮蔽效应、内部短路或其他原因会使正常组串能量倒流产生热斑，加剧不正常组串的损害直至系统崩溃。传统汇流箱若采用串联二极管来防止这一危害(如图1)，由于二极管的功耗较大，每个组串产生的热量在十数瓦之间，发热量巨大并降低效率，在需防护等级IP65要求的密闭环境下，很难做到成本与可靠性的统一。
[0021]值得一提的是，本实施方式中的电子开关，只是一种具体的实现方式，在实际应用中，也可以采用其他等效的开关元件，在此不一一赘述。
[0022]太阳能汇流控制器包含N个输入端口，N个输入端口输入N路太阳能充电电流，并把光伏阵列采集的整列太阳能的全部能量分为N份，并通过导通的开关元件进入太阳能汇流控制器。在本实施方式中，能量的控制步长为总能量的1/N，N越大，能量的控制步长越小，控制精度越高，控制的效率更低。
[0023]需要说明的是，可根据实际需要将N设置为合适的值。
[0024]太阳能汇流控制器中内置的数字处理器包含微处理器、采样电路与辅助电源。在蓄电池工作之前，可检测蓄电池是否正确接入、检测太阳能板是否正确接入。在上述过程中也可以检测太阳能板的发电情况:处于白天的发电状态或夜间的防逆流状态。在工作过程中，可以检测第一输出端口处(图2中的A点)的电压，得知太阳能蓄电池的荷电状态，并根据该太阳能蓄电池的荷电状态接通特定数量的开关元件，即能量量化管理，使第一输出端口输出合适的电流到太阳能蓄电池:随着蓄电池荷电量的增加可以按照充电管理特性，通过减少导通的电子开关的数量，减少接入的太阳能板数量；当工作过程中荷电量下降后，也可按照蓄电池特性，通过增加导通的电子开关的数量，量化地增加接入的太阳能板的路数，达到太阳能的最大利用率。这样，既可以避免太阳能蓄电池因过充而损坏，也可以避免因其电量不足而导致负载无法正常工作，达到充电管理的效果。而且，太阳能汇流控制器可一级完成太阳能充电电流汇流和充电管理，明显减少了系统转接的节点，提高了系统的可靠性，节约了成本，同时可以量化管理太阳能蓄电池充电。
[0025]采用数字处理器进行控制，太阳能光伏阵列、蓄电池状态等各项参数能通过通讯协议方便传输至上位机，方便实现汇流的智能控制。
[0026]第一输出端口输出汇流后的太阳能充电电流，给蓄电池充电。第二输出端口与数字处理器相连，数字处理器与远程终端相连，可以利用电子开关的远程控制特性。这样，有利于在并网发电系统中进行发电量统一调度。
[0027]本发明的第二实施方式涉及一种太阳能汇流控制器。第二实施方式与第一实施方式大致相同，主要区别之处在于:在第一实施方式中，太阳能汇流控制器的每一个输入端口与一个太阳能板相连，即每一个开关元件控制一个太阳能板；而在本发明第二实施方式中，其中一个太阳能汇流控制器的输入端口与两个太阳能板相连，即其中一个开关元件控制两个太阳能板；具体结构如图4所示。其中，开关元件为电子开关。
[0028]需要说明的是，可根据实际需要将N设置为合适的值，电子开关的数目也可以小于N。
[0029]本发明的第三实施方式涉及一种太阳能汇流控制器。第三实施方式与第一实施方式大致相同，主要区别之处在于:在第三实施方式中，还包含电流源型脉宽调制控制器，具体结构如图5所示。
[0030]电流源型脉宽调制控制器的输入端口与太阳能汇流控制器的一个输入端口相连；电流源型脉宽调制控制器的输出端口为太阳能汇流控制器的第一输出端口 ；电流源型脉宽调制控制器的输出端口与数字处理器相连，数字处理器控制电流源型脉宽调制控制器的导通与断开。
[0031 ] 在本实施方式中，太阳能汇流控制器包含N个输入端口，包含(N-1)个电子开关，和一个电流源型脉宽调制控制器，即太阳能充电电流分N路进入太阳能汇流控制器，这也就是说，光伏阵列采集的整列太阳能的全部能量被分为N份。在本实施方式中，连接电子开关的支路的能量的控制步长为总能量的1/N ;连接电流源型脉宽调制控制器的支路可以将该路的能量进一步量化成1/N的1/256(8位分辨率)或1/1024 (10位分辨率)，即该路中每一个能量控制步长只有总能量的I/ (N*256)或I/ (N*1024)，在能量流入负载的时候可以按需求(蓄电池特性)进行精确、微波动的控制。需要说明的是，相对于电子开关，电流源型脉宽调制控制器为高速器件，能量量化控制较为精细，价格昂贵，损耗大；但通过连接电子开关的支路进行能量量化控制效率高，而且成本低。本实施方式的优点在于，可以量化管理太阳能蓄电池充电，同时，能够有机结合高速控制的精细性同低速控制的高效率及低成本性。
[0032]需要说明的是，可根据实际需要将N设置为合适的值，电子开关的数目也可以小于(N-1)。
[0033]相对于现有技术而言，太阳能汇流控制器包含N个输入端口，把光伏阵列采集的整列太阳能的全部能量分为N份，每份能量通过导通的开关元件进入太阳能汇流控制器；太阳能汇流控制器中的数字处理器检测第一输出端口处的电压，得知太阳能蓄电池的荷电状态，并根据该太阳能蓄电池的荷电状态接通特定数量的开关元件，即量化控制，使第一输出端口输出合适的电流到太阳能蓄电池，避免太阳能蓄电池过充损坏，也可以避免因其电量不足而导致负载无法正常工作，达到充电管理的效果。这样，太阳能汇流控制器可一级完成太阳能充电电流汇流和充电管理，明显减少了系统转接的节点，提高了系统的可靠性，节约了成本，同时可以量化管理太阳能蓄电池充电。
[0034]本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本发明的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。
【权利要求】
1.一种太阳能汇流控制器，其特征在于，包含:N个输入端口、第一输出端口、N个开关元件与数字处理器； 所述开关元件包含第一端口、第二端口与控制端；所述每一个开关元件的第一端口与所述太阳能汇流控制器的一个输入端口相连；所述每一个开关元件的第二端口均与所述太阳能汇流控制器的第一输出端口相连；所述每一个开关元件的控制端和所述数字处理器相连，所述数字处理器控制所述开关元件的导通与断开； 所述N个输入端口输入N路太阳能充电电流；所述第一输出端口输出汇流后的太阳能充电电流。
2.根据权利要求1所述的太阳能汇流控制器，其特征在于，所述开关元件为电子开关。
3.根据权利要求2所述的太阳能汇流控制器，其特征在于，所述电子开关是由金属-氧化层-半导体-场效晶体管或双极型晶体管构成的。
4.根据权利要求1所述的太阳能汇流控制器，其特征在于，还包含电流源型脉宽调制控制器； 所述电流源型脉宽调制控制器的输入端口与所述太阳能汇流控制器的一个输入端口相连；所述电流源型脉宽调制控制器的输出端口为所述太阳能汇流控制器的第一输出端口 ；所述电流源型脉宽调制控制器的输出端口与所述数字处理器相连，所述数字处理器控制所述电流源型脉宽调制控制器的导通与断开。
5.根据权利要求1所述的太阳能汇流控制器，其特征在于，还包含第二输出端口； 所述第二输出端口与所述数字处理器相连。
6.根据权利要求1所述的太阳能汇流控制器，其特征在于，所述数字处理器还用于与远程终端进行通讯。
【文档编号】H02S40/30GK103532489SQ201310473426
【公开日】2014年1月22日 申请日期:2013年10月11日 优先权日:2013年7月18日
【发明者】郑可京, 王征伟, 尹椿荣 申请人:上海锦德电器电子有限公司