本发明属于清洁能源技术领域，涉及一种太阳能充电装置及其太阳能充电装置的控制方法。
背景技术：
目前，太阳能作为一种新型能源，正在被广泛应用于日常生活中，例如：市场上的移动能源产品，能够将太阳能进行转换并为负载供电，但是由于太阳能受时间、天气因素或周围环境等影响，有可能会遇到弱光或者光线被遮挡的情况，就会导致光电转换效率低，进而影响供电效率。因此，面向消费者的太阳能移动能源产品为保证弱光或遮挡情况下的充电效果，设计了储能功能，传统的带有储能功能的太阳能充电装置如图1所示，其中，太阳能电池输出功率充足时，通过dc-dc(directcurrent-directcurrent，转换电路)1给储能电池供电，且通过dc-dc2给负荷供电；太阳能电池输出功率不足时，dc-dc1和储能电池并联输出通过dc-dc2为负荷供电；太阳能电池无功率输出时，储能电池通过dc-dc2为负荷供电；无负荷时，太阳能电池通过dc-dc1为储能电池充电。
在对传统的面向消费者的带储能的太阳能移动能源产品进行实施的过程中，发明人发现其存在以下缺陷：
(1)出于加快该消费类产品的开发周期、降低控制和逻辑切换的复杂程度等因素考虑，该类型的移动能源产品以储能电池的输出电压为基准，储能电池相当于一个能量缓冲池，其最大的缺陷是太阳能电池为负荷供电时，需要经过两级dc-dc(dc-dc1、dc-dc2)进行电压转换后才能为负荷供电，导致太阳能电池的整体供电效率非常低。
(2)太阳能电池的供电方式单一，不能控制太阳能电池和储能电池对负荷供电，使不同的应用场景中使用不同的供电方式，造成电能损耗，以及太阳能利用率太低。
技术实现要素：
(一)发明目的
本发明的目的是提供一种太阳能充电装置及其太阳能充电装置的控制方法，能够提高太阳能利用率的控制方法。
(二)技术方案
为解决上述问题，本发明的第一方面提供了一种太阳能充电装置，包括光电转换模块、第一直流变换模块和供电模块；光电转换模块的输出端包括两路，一路与第一直流变换模块的输入端可通断连接，另一路与供电模块连接，且供电模块可通断地连接至第一直流变换模块的输入端。
进一步，该太阳能充电装置还包括：第二直流变换模块，设置于光电转换模块与供电模块之间的电路上。
进一步，该太阳能充电装置还包括：光电转换模块与第一直流变换模块连通，供电模块与第一直流变换模块之间的电路断开；光电转换模块的输出端包括两路，一路与第一直流变换模块连通；另一路经过第二直流变换模块与供电模块连通。
进一步，该太阳能充电装置还包括：光电转换模块与第一直流变换模块连通，供电模块与第一直流变换模块之间的电路连通；供电模块的输出端分为两路，一路与第一直流变换模块连通；另一路经过第二直流变换模块与供电模块连接，第一直流变换模块的输入端还连通至第二直流变换模块与供电模块之间的电路上。
进一步，该太阳能充电装置还包括：光电转换模块与第一直流变换模块断开，且供电模块与第一直流变换模块之间的电路连通；第二直流变换模块的一端与光电转换模块连接，另一端分为两路，一路与供电模块连接，另一路与第一直流变换模块连接。
进一步，该太阳能充电装置还包括：光电转换模块与第一直流变换模块断开，且供电模块与第一直流变换模块之间的电路断开；光电转换模块与第二直流变换模块和供电模块串联。
进一步，该太阳能充电装置还包括：第一开关管，设置于光电转换模块与第一直流变换模块输入端之间的电路上；第一开关管导通使得第一直流变换模块与光电转换模块连通；或者第一开关管断开使得第一直流变换模块与光电转换模块断开。
进一步，该太阳能充电装置还包括：第二开关管，设置于供电模块与第一直流变换模块输入端之间的电路上；第二开关管导通使得供电模块与第一直流变换模块连通；第二开关管断开使得供电模块与第一直流变换模块断开。
进一步，该太阳能充电装置还包括：控制器，与第一开关管和/或第二开关管连接，用于控制第一开关管和/或第二开关管导通或断开。
进一步，该太阳能充电装置还包括：控制器，与第一直流变换模块和/或第二直流变换模块连接。
进一步，第一直流变换模块设置有充电接口，用于与外部的负荷连接或者接入电源连接。
进一步，该太阳能充电装置还包括：电池管理单元，与供电模块连接，用于将外部的接入电源的输出电压进行转换后供电给供电模块。
进一步，第一直流变换模块为单向供电或双向供电。
进一步，第二直流变换模块为单向供电或双向供电。
进一步，供电模块设置为可插拔。
本发明的第二方面提供了一种太阳能充电装置的控制方法，包括：控制光电转换模块与第一直流变换模块之间的电路可通断连接，以及控制供电模块与第一直流变换模块的输入端之间的电路可通断连接。
进一步，控制光电转换模块与第一直流变换模块之间的电路可通断连接是控制光电转换模块与第一直流变换模块之间设置的第一开关管导通或断开。
进一步，控制供电模块与第一直流变换模块的输入端之间的电路可通断连接是控制供电模块与第一直流变换模块的输入端之间设置的第二开关管导通或断开。
进一步，该控制方法还包括：检测光电转换模块的输出电压；比较光电转换模块的输出电压和阈值；根据比较结果控制光电转换模块与第一直流变换模块之间的电路，和供电模块与第一直流变换模块之间的电路其中之一导通，另一个断开。
进一步，根据比较结果控制光电转换模块与第一直流变换模块之间的电路，和供电模块与第一直流变换模块之间的电路其中之一导通，另一个断开，包括：当光电转换模块的输出电压高于预设值时，控制光电转换模块与第一直流变换模块之间的电路连通，以及供电模块与第一直流变换模块之间的电路断开。
进一步，根据比较结果控制光电转换模块与第一直流变换模块之间的电路，和供电模块与第一直流变换模块之间的电路其中之一导通，另一个断开，包括：当预设值光电转换模块的输出电压低于预设值时，则执行控制光电转换模块与第一直流变换模块之间的电路断开，以及供电模块与第一直流变换模块之间的电路连通的步骤。
进一步，该控制方法还包括：检测供电模块两端的电压；当供电模块两端的电压在接近最大功率点电压的预设范围值之内时，控制光电转换模块与第一直流变换模块之间的电路连通，以及供电模块与第一直流变换模块之间的电路连通。
进一步，光电转换模块的最大功率点电压的获取包括：检测光电转换模块的开路电压；基于开路电压与最大功率点电压之间的函数关系，计算得到最大功率点电压，函数关系为：光电转换模块最大功率点电压为开路电压的0.6-0.9倍。
进一步，该控制方法还包括：检测当前电路是否接入负荷；当没有负荷接入时，控制光电转换模块与第一直流变换模块之间的电路断开，以及供电模块与第一直流变换模块之间的电路断开。
进一步，该控制方法还包括：控制第二直流变换模块的功率流方向为：从与供电模块连接的一端至与光电转换模块连接的一端，使得供电模块通过第二直流变换模块和第一直流变换模块为负荷充电，或者将光电转换模块的输出电压稳定在最大功率点处；和/或，控制第二直流变换模块的功率流方向为：从与光电转换模块连接的一端至与供电模块连接的一端。
进一步，该控制方法还包括：控制第一直流变换模块的功率流方向为：从与负荷连接的一端至与供电模块连接的一端，使得外部接入电源通过第一直流变换模块或者通过第一直流变换模块和第二直流变换模块为供电模块充电；和/或，控制第一直流变换模块的功率流方向为：从与供电模块连接的一端至与负荷连接的一端。
三、有益效果
本发明的上述技术方案具有如下有益的技术效果：
(1)通过对传统的太阳能充电装置进行改进，将第一直流变换模块2与光电转换模块1可通断连接，且供电模块3与第一直流变换模块2的输入端可通断连接，通过可通断的这种连接方式，提供多种供电电路的连接关系，提高了太阳能充电装置应用的灵活性，并且光电转换模块通过一级直流变换模块2即可为负荷供电，而不需要再经过两级串联的直流变换模块才能为负荷供电，提高了供电效率。从而在不同的应用场景中提供不同的供电方式，以使得太阳能充电装置的应用较为灵活；通过对光电转换模块和供电模块之间的电路进行可通断控制，可以在不同的应用场景中使得其中一个直流变换模块被旁路，进而减小该直流变换模块上的损耗，提高光电转换模块的利用率。
附图说明
图1是现有技术中太阳能充电装置的结构示意图；
图2是本发明实施例一关于光电转换模块与供电模块电压等级搭配合理的太阳能充电装置的结构示意图；
图3是本发明实施例二关于光电转换模块与供电模块电压等级搭配不合理的太阳能充电装置的结构示意图；
图4(a)是本发明实施例三关于第一开关管导通且第二开关管断开时太阳能充电装置的一种电路状态图；
图4(b)是本发明实施例四关于第一开关管导通且第二开关管断开时太阳能充电装置的另一种电路状态图；
图5(a)是本发明实施例五关于第一开关管断开且第二开关管导通时太阳能充电装置的一种电路状态图；
图5(b)是本发明实施例六关于第一开关管断开且第二开关管导通时太阳能充电装置的另一种电路状态图；
图6(a)是本发明实施例七关于第一开关管和第二开关管均导通时太阳能充电装置的一种电路状态图；
图6(b)是本发明实施例八关于第一开关管和第二开关管均导通时太阳能充电装置的另一种电路状态图；
图7(a)是本发明实施例九关于第一开关管和第二开关管均断开时太阳能充电装置的一种电路状态图；
图7(b)是本发明实施例十关于第一开关管和第二开关管均断开时太阳能充电装置的另一种电路状态图；
图8是本发明实施例十一关于增设第一开关管的太阳能充电装置的结构示意图；
图9是本发明实施例十二关于增设第二开关管的太阳能充电装置的结构示意图；
图10是本发明实施例十三关于增设控制器的太阳能充电装置的结构示意图；
图11是本发明实施例十四的一种太阳能充电装置的结构示意图；
图12是本发明实施例十五的一种太阳能充电装置的控制方法的流程图；
图13是本发明实施例十六的一种太阳能充电装置的控制方法的流程图；
图14是本发明实施例十七的一种太阳能充电装置的控制方法的流程图；
图15是本发明实施例十八的一种太阳能充电装置的控制方法的流程图；
图16是本发明实施例十九的一种最大功率跟踪算法的流程图。
附图标记：
100：太阳能电池板；101：dc/dc-1；102：dc/dc-2；103：负荷；104：储能电池；1：光电转换模块；2：第一直流变换模块；3：供电模块；4：第二直流变换模块；5：第一开关管；6：第二开关管；7：控制器；8：电池管理单元。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
技术术语：
dc/dc转换器：用于对输入电压进行转换后有效输出固定电压的电压转换器,包括三种类型：升压型dc/dc转换器、降压型dc/dc转换器以及升降压型dc/dc转换器。
一次电池：即原电池(primarycell、primarybattery)，区别于储能电池，是放电后不能再充电使其复原的电池。
图2是本发明实施例一的太阳能充电装置的结构示意图。
如图2所示，一种太阳能充电装置，包括光电转换模块1、第一直流变换模块2和供电模块3，其中，光电转换模块1的输出端包括两路，一路与第一直流变换模块2的输入端可通断连接，另一路与供电模块3连接，且供电模块3可通断地连接至第一直流变换模块2的输入端。其中，光电转换模块是指能够接收光能，并转换为电能的元器件，可以是晶硅太阳能电池、薄膜太阳能电池，聚光和有机太阳能电池，以及由前述三种太阳能电池形成的太阳能电池组件；直流转换模块2可以是升压型直流-直流转换器、降压型直流-直流转换器以及升降压型直流-直流转换器。
在一个可选的实施方式中，供电模块3可以为一次电池或者为储能电池。在本发明实施例的电路结构中，若供电模块3为一次电池，则光电转换模块1与供电模块3作为能量源共同对负荷充电。需要说明的是，此处的供电模块3由于是一次电池，因此，供电模块3仅进行放电，而不会由光电转换模块1对其进行充电。在进行一次放电后，则不能再继续使用。为了解决不能继续使用的问题，其中一种方式是将供电模块3设置为可插拔的形式，以利于更换供电模块3。
另一种方式是选择供电模块3为储能电池，不同于一次电池的是，储能电池可重复进行充放电，因此，可以由光电转换模块对其进行充电，进而储能电池可以在光电转换模块的输出电压较低或者无输出电压时，与光电转换模块一起或者单独为负荷供电。
在一个可选的实施方式中，第一直流变换模块2为单向供电或者双向供电。
在本发明实施例中，光电转换模块1作为能量源，其输出电压可以分为两路，其中一路经第一直流变换模块2转换为负荷用的电压，从而为负荷供电，另一路直接储能至供电模块3，此时，供电模块3相当于一负载，另外，供电模块3也可以作为能量源，与光电转换模块1一起作为并联的能量源，通过第一直流变换模块2进行电压转换然后为负荷供电，从而实现供电模块3与光电转换模块1协同为负荷供电的目标，且光电转换模块1的输出电压不再需要经过两级直流变换模块进行转换后才能为负荷供电，提高了供电效率。通过可通断的连接方式，使得可以包含多种不同的供电方式，从而适用范围更广。
可选的，第一直流变换模块2可以通过自身的接线端子与负荷连接，为负荷供电；还可以在第一直流变换模块2上设置一充电接口，用于与负荷连接，为负荷供电。
其中，光电转换模块1与供电模块3直接连接，而不需要经过电压转换器对光电转换模块1的输出电压进行转换，因而可以应用于供电模块3与光电转换模块1电压等级搭配合理的场景或是供电模块3内部具有充电控制管理电路的场合。
图3是本发明实施例二的太阳能充电装置的结构示意图。
如图3所示，在本发明实施例一的基础上，太阳能充电装置还包括：第二直流变换模块4，设置于光电转换模块1与供电模块3之间的电路上，其一端与光电转换模块1连接，另一端与供电模块3连接，用于将光电转换模块1输出的电压转换为适合供电模块3输入的电压，并储能至供电模块3。进一步地，第二直流变换模块4可以是单向供电或双向供电。
本发明实施例的太阳能充电装置适用于供电模块3的输入电压不能与光电转换模块1的输出电压等级搭配合理的场景或是供电模块3内部没有充电控制管理电路的场合中，而需要经过第二直流变换模块4进行电压转换(包括升压、降压或者升降压)后才能输入至供电模块3。与实施例一不同的是，光电转换模块1在将输出电压储存至供电模块3时，需要经过第二直流变换模块4进行转换后才能储存至供电模块3。
另一方面，由于第一直流变换模块2与光电转换模块1可通断连接，且供电模块3与第一直流变换模块2的输入端可通断连接，因此，可以控制第一直流变换模块2与光电转换模块1导通或断开，以及供电模块3与第一直流变换模块2的输入端导通或断开，进而演化出四种不同的电路结构，通过简化后，可以发现，当第一直流变换模块2与光电转换模块1、供电模块3与第一直流变换模块2的输入端连接的电路中的任一者导通或者两者都导通，电路结构是一样的，即第一直流变换模块2和供电模块3分别连接至光电转换模块1的输入端，而当两者都断开时，此时，光电转换模块1仅为供电模块3供电。而当增设了第二直流变换模块4之后，可以演化出四种不同的电路结构，使得供电方式更加多样化，不同的供电方式可以适用于不同的应用场景中。由于供电模块和负荷均可设计为可插拔设计，因此，二者位置也可以互换，即负荷与第二直流变换模块4连接，第一直流变换模块2与负荷连接，提供了更加多样化的使用方式，提升用户体验。
由于第一直流变换模块2与光电转换模块1可通断连接，且供电模块3与第一直流变换模块2的输入端可通断连接，因此，可以控制第一直流变换模块2与光电转换模块1导通或断开，以及供电模块3与第一直流变换模块2的输入端导通或断开，因此，在本发明实施例二的基础上，可以演化出以下四种状态下的电路结构：
图4(a)是本发明实施例三的太阳能充电装置的结构示意图。
如图4(a)所示，在本发明实施例一的基础上，即不存在第二直流变换模块时，通过控制第一直流变换模块2与光电转换模块1导通，以及供电模块3与第一直流变换模块2的输入端断开，可以演化出的电路结构为：光电转换模块1的输出端分为两路，一路与所述第一直流变换模块2连接；另一路与供电模块3连通。
在本发明实施例的电路结构中，若供电模块3为一次电池仅放电且放完电后不能再充电，则光电转换模块1与供电模块3共同作为能量源，光电转换模块1与供电模块3并联后，通过第一直流变换模块2进行电压转换然后共同对负荷充电。需要说明的是，此处的供电模块3由于是一次电池，因此，供电模块3仅进行放电，而不会由光电转换模块1对其进行充电。在进行一次放电完成后，则不能再继续使用。其中，第一直流变换模块为正向供电，即由光电转换模块端到负荷端供电方向。
为了解决不能继续使用的问题，其中一种方式是将供电模块3设置为可插拔的形式，以利于更换供电模块3。另一种方式是选择供电模块3为储能电池，而不同于一次电池的是，储能电池可重复进行充放电。
若供电模块3为储能电池，则可以包括以下几种情况：
31、光电转换模块1的输出电压分为两路，其中一路为供电模块3供电，另一路通过第一直流变换模块2进行电压转换后为负荷供电，在此种情形下，供电模块3在电路中相当于一负载。
32、光电转换模块1与供电模块3共同作为能量源，光电转换模块1与供电模块3并联后，通过第一直流变换模块2进行电压转换然后共同对负荷充电。
33、当光电转换模块1输出电压不足时，可仅由供电模块3对负荷进行供电，即供电模块3通过第一直流变换模块2进行电压转换然后对负荷充电。
当供电模块为储能电池时，第一直流变换模块可以是单向供电，也可以是双向供电，当其为单向供电时，则参见上述实施例介绍的31-33的情况，若为双向供电，则在上述实施例31-33的基础上，还具有一功能：外部接入电源通过第一直流变换模块为供电模块充电。
图4(b)是本发明实施例四的太阳能充电装置的结构示意图。
如图4(b)所示，在本发明实施例二的基础上，即存在第二直流变换模块时，通过控制第一直流变换模块2与光电转换模块1导通，以及供电模块3与第一直流变换模块2的输入端断开，可以演化出的电路结构为：光电转换模块1的输出端分为两路，一路与所述第一直流变换模块2连接；另一路经过第二直流变换模块4与供电模块3连通。
此时，供电模块3优选为储能电池，另外，由于第一直流变换模块2和第二直流变换模块4均可以是单向供电或双向供电，因此，可以包括以下四种情况：
41、第一直流变换模块2正向供电，第二直流变换模块4正向供电，光电转换模块的输出电压分为两路，一路通过第二直流变换模块为供电模块3供电，另一路通过第一直流变换模块为负荷供电。
42、第一直流变换模块2正向供电，第二直流变换模块4反向供电，光电转换模块1和供电模块3并联作为能量源，共同为负荷充电。
43、第一直流变换模块2双向供电，第二直流变换模块4正向供电，则在41的基础上，外部的接入电源还可以通过第一直流变换模块为供电模块3充电。
44、第一直流变换模块4双向供电，第二直流变换模块4双向供电，则可以实现41-43所有的功能。
其中，双向供电可以包括正向供电和反向供电，在本发明实施例的电路结构中，正向供电是指供电模块3作为负载接收光电转换模块的输出能量，例如：光电转换模块对供电模块3充电，反向供电则是指供电模块3作为能量源为负荷供电，例如：供电模块3依次通过第二直流变换模块4和第一直流变换模块2进行电压转换后对负荷充电。单向供电则是指仅能够进行一个方向的供电，可以是正向供电，也可以是反向供电，而双向供电则是指可以实现两个方向的供电，即正向供电和反向供电。
图4(b)所介绍的实施例中，光电转换模块需要通过两级直流转换电路为负荷供电，导致供电效率较低，因此，这种模式下的电路结构不建议采用。
图5(a)是本发明实施例五的太阳能充电装置的结构示意图。
如图5(a)所示，在本发明实施例一的基础上，即不存在第二直流变换模块时，通过控制第一直流变换模块2与光电转换模块1断开，以及供电模块3与第一直流变换模块2的输入端导通，可以演化出的电路结构为：光电转换模块1的输出端分为两路，一路与所述第一直流变换模块2连接；另一路与供电模块3连通。在此种情形下，与图4(a)实施例描述类似，在此不再赘述。
图5(b)是本发明实施例六的太阳能充电装置的结构示意图。
如图5(b)所示，在本发明实施例二的基础上，即存在第二直流变换模块时，通过控制第一直流变换模块2与光电转换模块1断开，以及供电模块3与第一直流变换模块2的输入端导通，可以演化出的电路结构为：第二直流变换模块4的一端与光电转换模块1连接，另一端分为两路，一路与供电模块3连接，另一路与第一直流变换模块2连接。
本发明实施例中优选供电模块3为储能电池，则可以包括以下几种情况：
51、第一直流变换模块2为正向供电，第二直流变换模块4为正向供电，光电转换模块的输出电压在经过第二直流变换模块转换后分为两路，一路为供电模块3供电，另一路经第一直流变换模块进行电压转换然后为负荷供电；另外，供电模块3还会通过第一直流变换模块2进行电压转换然后对负荷充电，此时，光电转换模块与供电模块3可以实现协同为负荷供电。
52、第一直流变换模块2为双向供电，第二直流变换模块4为正向供电，则在51的基础上，该太阳能充电装置还具有一功能，即外部的接入电源通过第一直流变换模块为供电模块3充电，此时，供电模块3相当于一充电宝。
在本发明实施例中，第二直流变换模块4不必须是双向供电，可以是单向供电，即从光电转换模块输出端到供电模块端供电即可。若第一直流变换模块仅为单向供电，即仅能将光电转换模块或供电模块3的电压转换为负荷供电，而供电模块3只能由光电转换模块供电。若遇到光照弱的情况，而供电模块3又没有充足的电，则该太阳能充电装置相当于没法使用，因此，可以选择第一直流变换模块为双向供电，即既可以将光电转换模块或供电模块3的输出电压转换后为负荷供电，也可以是通过外部的接入电源为供电模块3充电，即将外部的接入电源的电压转换后为供电模块3充电，此时，供电模块3可以充当充电宝，能够应用于更多的场景中，提升用户体验。
图6(a)是本发明实施例七的太阳能充电装置的结构示意图。
如图6(a)所示，在本发明实施例一的基础上，即不存在第二直流变换模块时，通过控制第一直流变换模块2与光电转换模块1导通，以及供电模块33与第一直流变换模块2的输入端导通，可以演化出的电路结构为：光电转换模块1的输出端分为两路，一路与第一直流变换模块2连接；另一路与供电模块3连通。在此种情形下，与图4(a)实施例描述类似，在此不再赘述。
图6(b)是本发明实施例八的太阳能充电装置的结构示意图。
如图6(b)所示，在本发明实施例二的基础上，即存在第二直流变换模块时，通过控制第一直流变换模块2与光电转换模块1导通，以及供电模块3与第一直流变换模块2的输入端导通，可以演化出的电路结构为：
所述光电转换模块1的输出端分为两路，一路与所述第一直流变换模块2连接；另一路经过所述第二直流变换模块4与供电模块3连通，所述第一直流变换模块2的输入端还连通至所述第二直流变换模块4与供电模块3之间的电路上。
在本发明实施例中，供电模块3优选为储能电池，则可以包括以下几种情况：
61、第二直流变换模块4为正向供电，第一直流变换模块2为单向供电(正向供电)，光电转换模块的输出电压分为两路，一路经过第一直流变换模块进行电压转换后为负荷供电，另供电模块3也会经过第一直流变换模块进行电压转换后为负荷供电，另外，光电转换模块也会直接为供电模块3供电，而不再经过第二直流变换模块为供电模块3供电，此时，第二直流变换模块相当于被旁路。
62、第二直流变换模块4为正向供电，第一直流变换模块2为双向供电，则在61的基础上，外部的接入电源还可以通过第一直流变换模块和第二直流变换模块或者直接通过第一直流变换模块为供电模块3充电。
63、第二直流变换模块4为反向供电，第一直流变换模块2为双向供电，供电模块3的输出电压经过第二直流变换模块转换后与光电转换模块并联作为能量源，共同为负荷充电，即光电转换模块经过第一直流变换模块为供电模块3供电，供电模块3也可以通过第二直流变换模块4和第一直流变换模块2为负荷供电，外部接入电源也可以通过第一直流变换模块2为供电模块充电。
图7(a)是本发明实施例九的太阳能充电装置的结构示意图。
如图7(a)所示，在本发明实施例一的基础上，即不存在第二直流变换模块时，通过控制第一直流变换模块2与光电转换模块1断开，以及供电模块3与第一直流变换模块2的输入端断开，可以演化出的电路结构为：光电转换模块1与供电模块3串联。此种情形下，供电模块3为储能电池，储能电池通过光电转换模块为其充电。为了对储能电池最大化利用，可以将储能电池与一电池管理单元连接，储能电池可以通过电池管理单元为外部的负荷充电。储能电池也可以通过电池管理单元为储能电池充电。储能电池相当于一充电宝，充电形式可以有太阳能和外部接入电源两种形式，用户可以根据实际情况选择。
图7(b)是本发明实施例十的太阳能充电装置的结构示意图。
如图7(b)所示，在本发明实施例二的基础上，即存在第二直流变换模块时，通过控制第一直流变换模块2与光电转换模块1断开，以及供电模块3与第一直流变换模块2的输入端断开，可以演化出的电路结构为：光电转换模块1与第二直流变换模块4和供电模块3串联。此种情形下，供电模块3为储能电池，储能电池通过光电转换模块为其充电。为了对储能电池最大化利用，可以将储能电池与一电池管理单元连接，储能电池可以通过电池管理单元为外部的负荷充电。储能电池也可以通过电池管理单元为储能电池充电。储能电池相当于一充电宝，充电形式可以有太阳能和外部接入电源两种形式，用户可以根据实际情况选择。
图8是本发明实施例十一的太阳能充电装置的结构示意图。
如图8所示，在本发明实施例一的基础上，太阳能充电装置还包括：第一开关管5，设置于光电转换模块1与第一直流变换模块2之间，用于为光电转换模块1对负荷供电提供开关功能，以控制光电转换模块1是否为负荷供电。具体地，第一开关管5可以采用三极管，例如：mos管。则第一开关管5的输入端与光电转换模块1的输出端连接，第一开关管5的输出端与第一直流变换模块2的输入端连接，开关管的开关功能可以采用手动、拨码开关或受控开关等方式实现，但本发明不限于此。
图9是本发明实施例十二的太阳能充电装置的结构示意图。
如图9所示，太阳能充电装置还包括：第二开关管6，设置于供电模块3与第一直流变换模块2之间，也是设置于第二直流变换模块4与第一直流变换模块2之间，第二开关管6可以基于导通或断开的指令控制供电模块3为负荷供电。具体地，第二开关管6可以采用三极管，例如：mos管。则第二开关管6的输入端与光电转换模块1的输出端连接，第二开关管6的输出端与第一直流变换模块2的输入端连接，从而与第一直流变换模块2和负荷串联，第二开关管6导通或断开可以采用手动、拨码开关或受控开关等方式实现，但本发明不限于此。
在一种优选的实施方式中，可以是通过对第一开关管5和第二开关管6的控制实现光电转换模块与第一直流变换模块，以及供电模块和第一直流变换模块之间的支路的通断状态，由于开关管的状态可以包括导通和断开两种状态，假设分别采用1和0表示开关管的开关状态，即0表示开关管的位置处无开关(即断开)，1表示开关管的位置处为直通导线(即连通)，则按照排列组合可以有“10”、“01”、“11”和“00”四种状态，因此，本发明的太阳能充电装置可以对应四种不同的电路状态，这四种不同的电路状态请分别参阅图4-图7的电路结构以及实施例介绍。
在一个可选的实施方式中，第一开关管5和第二开关管6均可以由手动方式来控制导通或断开。
在另一个可选的实施方式中，第一开关管5和第二开关管6的开关状态可以是由控制器7来控制，此时，则需要将第一开关管5和第二开关管6分别与控制器7连接。进一步地，可以在控制器7中预先编制控制指令并存储，使得根据光电转换模块1的不同输出功率执行相应指令，例如：当光电转换模块1的输出功率充足时，则控制第一开关管5导通以及控制第二开关管6断开，使得光电转换模块1分别为负荷和供电模块3供电，此时，供电模块3不需要给负荷供电。
图10是本发明实施例十三的太阳能充电装置的结构示意图。
如图10所示，太阳能充电装置还包括：控制器7，控制器7分别与第一直流变换模块2和第二直流变换模块4连接，用于控制第一直流变换模块2和/或第二直流变换模块4的工作状态，以使光电转换模块工作在最大功率点。
在本发明实施例一中，由于仅包括第一直流变换模块，因而光电转换模块1的最大输出功率受第一直流变换模块2控制，可以由控制器7对第一直流变换模块2进行控制，以将光电转换模块的输出功率稳定在最大功率点处，具体的控制指令可以由控制器根据控制算法提供，第一直流变换模块2作为控制器的控制对象执行控制指令。
在其余的第一直流变换模块2和第二直流变换模块4同时存在的实施例中，第二直流变换模块4设置为双向供电，则光电转换模块1的输出电压受第二直流变换模块4控制，通过对第二直流变换模块4控制使得光电转换模块1的输出电压稳定在最大功率点处，从而保证光电转换模块1的输出功率为最大功率输出。
图11是本发明实施例十四的太阳能充电装置的结构示意图。
如图11所示，在另外一种实施方式中，还可以包括一电池管理单元8，与供电模块3连接，用于将外部的接入电源转换后供电给供电模块3。
本发明实施例的太阳能充电装置的控制方法是对上述太阳能充电装置进行控制，控制光电转换模块1与第一直流变换模块2之间的电路可通断连接，以及控制供电模块3与所述第一直流变换模块2的输入端之间的电路可通断连接。具体是通过控制第一开关管5导通或断开来实现光电转换模块1与第一直流变换模块2之间的电路可通断连接，以及通过控制第二开关管6导通或断开实现供电模块3与第一直流变换模块2的输入端之间的电路可通断连接。
由于开关管的状态可以包括导通和切断两种状态，假设分别采用1和0表示开关管的开关状态，即0表示开关管的位置处无开关(即断开)，1表示开关管的位置处为直通导线(即连通)，则按照排列组合可以有“10”、“01”、“11”和“00”四种状态，因此，本发明的太阳能充电装置的控制方法可以对应四种不同的电路状态，这四种不同的电路状态请分别参阅以下示图及对应的实施例。
对于“10”和“01”两种状态，可以认为是：光电转换模块1与第一直流变换模块2之间的电路，和供电模块3与第一直流变换模块2之间的电路其中之一导通，另一个断开。则对于上述两种电路状态，可以有以下的控制方法，如图12所示，包括如下步骤：
s301，检测光电转换模块1的输出电压；
s302，比较光电转换模块1的输出电压和阈值；
s303，根据比较结果控制光电转换模块1与第一直流变换模块2之间的电路，以及供电模块3与第一直流变换模块2之间的电路其中之一导通，另一个断开。
在一个实施方式中，对于“10”这种电路状态，即光电转换模块1与第一直流变换模块2之间的电路导通，以及供电模块3与第一直流变换模块2之间的电路断开，如图13所示，控制方法包括如下步骤：
s303a，当光电转换模块1的输出电压高于预设值时，控制光电转换模块1与第一直流变换模块2之间的电路连通，以及供电模块3与第一直流变换模块2之间的电路断开。
当第一开关管5和第二开关管6为“10”控制状态时，即由控制器控制第一开关管5导通，以及控制第二开关管6切断，则太阳能充电装置的电路中包括以下几种情况：
(1)由于第一开关管5为导通状态，因此，光电转换模块1通过第一直流变换模块2为负荷供电的支路连通，光电转换模块1输出的电能经过第一直流变换模块2进行转换(包括升压、降压或升降压)，进而通过自身的接线端子为负荷供电，或者通过负荷接口为负荷充电。
(2)由于第二开关管6为切断状态，因此，供电模块为负荷供电的支路被断开，此时，光电转换模块1将电能储存至供电模块3，但供电模块3与第一直流变换模块2之间的电路断开，因此供电模块3不为负荷供电，供电模块3在储能时，若光电转换模块1与供电模块3电压等级搭配合理或供电模块3内部具有充电控制电路，则如图4(a)所示，可将光电转换模块1的输出电压直接储存至供电模块3，若光电转换模块1与供电模块3电压等级搭配不合理，则如图4(b)所示，需要通过第二直流变换模块4将光电转换模块1的输出电压转换为供电模块3的电压后再进行储能。
在上述关于“10”这种开关状态的实施例基础上，正常工作状态下，第二直流变换模块4的功率流方向为单向，即从与光电转换模块1连接的一端至与供电模块3连接的一端。第一直流变换模块2的功率方向亦为单向，即从与供电模块3连接的一端至与负荷连接的一端。而为了增加更多的供电方式以及供电电路，能够应用于更多的场景下，还可以控制第二直流变换模块4的功率流方向，即控制第二直流变换模块4的功率流方向为：从与供电模块3连接的一端至与负荷连接的一端，使得供电模块3通过第二直流变换模块4和第一直流变换模块2为负荷充电，从而实现光电转换模块1和供电模块3协同为负荷供电的目的。
同理，还可以控制第一直流变换模块4的功率流方向，即控制器还可以控制第一直流变换模块2的功率流方向为：从与负荷连接的一端至与第一开关管5连接的一端，使得外部接入电源通过第一直流变换模块2或者通过第一直流变换模块2和第二直流变换模块4为供电模块充电。此时，供电模块可以作为一充电宝使用。
在另一个实施方式中，对于“01”这种电路状态，即光电转换模块1与第一直流变换模块2之间的电路断开，以及供电模块3与第一直流变换模块2之间的电路导通，如图14所示，控制方法包括如下步骤：
s303b，当光电转换模块1的输出电压低于预设值时，则执行控制光电转换模块1与第一直流变换模块2之间的电路断开，以及供电模块3与第一直流变换模块2之间的电路连通的步骤。
当第一开关管5和第二开关管6为“01”控制状态时，即控制第一开关管5断开，且控制第二开关管6导通，则太阳能充电装置的控制方法可以包括以下几种情况：
(1)由于第一开关管5断开，因此，光电转换模块1、第一开关管5和第一直流变换模块2形成的为负荷供电的支路被断开。
(2)由于第二开关管6导通，因此，可以有3条支路，第一条支路是光电转换模块1直接将输出电压储存至供电模块3，第二条支路是光电转换模块1、第二开关管6和第一直流变换模块2形成的支路导通，光电转换模块的输出电压经第一直流变换模块2进行电压转换后为负荷供电，第三条支路是供电模块3与第二开关管6和第一直流变换模块2形成的支路导通，供电模块3通过第一直流变换模块2为负荷供电，而光电转换模块1在储能至供电模块3时，又可以包括两种不同的情况，即若光电转换模块1与供电模块3电压等级搭配合理时，则如图5(a)所示，第一、第二支路分别为：光电转换模块1直接储能至供电模块3，以及光电转换模块1通过第一直流变换模块2进行电压转换然后为负荷供电；若光电转换模块1与供电模块3电压等级搭配不合理时，则如图5(b)所示，第一、第二支路分别为：光电转换模块1通过第二直流变换模块4转换为供电模块3的电压然后储能至供电模块3，以及光电转换模块1依次通过第二直流变换模块4和第一直流变换模块2进行电压转换然后为负荷供电。
在上述关于“01”这种开关状态的实施例基础上，正常工作状态下，第二直流变换模块4的功率流方向为单向，即从与光电转换模块1连接的一端至与供电模块3连接的一端。第一直流变换模块2的功率方向亦为单向，即从与供电模块3连接的一端至与负荷连接的一端。而为了增加更多的供电方式以及供电电路，能够应用于更多的场景下，还可以控制第二直流变换模块4的功率流方向，即控制第二直流变换模块4的功率流方向为：从与供电模块3连接的一端至与光电转换模块1连接的一端，使得控制器7通过对第二直流变换模块4进行控制从而将光电转换模块1的输出电压稳定在最大功率点处。同理，还可以控制第一直流变换模块4的功率流方向，即控制器还可以控制第一直流变换模块2的功率流方向为：从与负荷连接的一端至与供电模块3连接的一端，使得外部接入电源通过第一直流变换模块2为供电模块充电。此时，供电模块可以作为一充电宝使用。
如图15所示，控制方法还包括：
s1501，检测供电模块3两端的电压；
s1502，判断供电模块3两端的电压是否在预设范围值之内；
s1503a，当供电模块3两端的电压在预设范围值之内时，控制光电转换模块1与第一直流变换模块2之间的电路连通，以及供电模块3与第一直流变换模块2之间的电路连通。
s1503b，当供电模块3两端的电压不在预设范围值之内时，则不执行任何操作。
其中，预设范围值是以光电转换模块的最大功率点电压为基准点，取±0.2v的误差值，例如：最大功率点电压为5v，预设范围值为4.8-5v，则4.8-5v为预设范围值。
最大功率点电压按照如下方法计算得到：基于开路电压与最大功率点电压之间的函数关系：光电转换模块最大功率点电压为开路电压的0.6-0.9倍，计算得到最大功率点电压。
在本发明实施例中，对应“11”的电路状态，即第一开关管4断开，且第二开关管5导通，则太阳能充电装置的控制方法如本发明实施例介绍。
当第一开关管5和第二开关管6为“11”控制状态时，即控制第一开关管5与第二开关管6均导通时，则太阳能充电装置的电路状态为：(1)光电转换模块1、第一开关管5和第一直流变换模块2的支路导通，光电转换模块1输出的电压经过第一直流变换模块2转换后为负荷充电。
(2)如图6(a)所示，光电转换模块1直接储能至供电模块3，或者如图6(b)所示，光电转换模块1输出的电压通过第二直流变换模块4转换后储存至供电模块3，具体地，在储能时，若光电转换模块1与供电模块3电压等级搭配不合理，则需要通过第二直流变换模块4转换后再进行储能，若光电转换模块1与供电模块3电压等级搭配合理，则可直接进行储能。
(3)如图6(a)所示，光电转换模块1、第二开关管6和第一直流变换模块2所在的电路导通，光电转换模块1输出的电压通过第一直流变换模块2转换后为负荷供电，或者如图6(b)所示，光电转换模块1输出的电压依次通过第二直流变换模块4和第一直流变换模块2转换后为负荷供电，具体地，当光电转换模块1与供电模块3电压等级搭配不合理的情况下，由光电转换模块1依次通过第二直流变换模块4和第一直流变换模块2转换后为负荷供电；当光电转换模块1与供电模块3电压等级搭配合理的情况下，光电转换模块1仅通过第一直流变换模块2转换后为负荷供电。
(4)供电模块、第二开关管6和第一直流变换模块2所在的电路导通，供电模块3通过第一直流变换模块2为负荷供电。
在供电模块3两端的电压接近光电转换模块1的最大功率点电压时，由控制器控制第一开关管5、第二开关管6均导通，此时光电转换模块1直接通过第一直流变换模块2为负荷供电，第二直流变换模块4相当于被旁路，故可以减小第二直流变换模块4上的损耗，提高光电转换模块1的利用率。
第一开关管5和第二开关管6均断开时，光电转换模块1仅具有储能的作用。在储能时，若光电转换模块1与供电模块3电压等级搭配合理或供电模块3内部具有充电控制电路，则如图7(a)所示，可将光电转换模块1的输出电压直接储存至供电模块3，若光电转换模块1与供电模块3电压等级搭配不合理，则如图7(b)所示，需要通过第二直流变换模块6将光电转换模块的输出电压转换为供电模块3的电压后再进行储能。
具体地，当两个开关管均处于断开状态时，由于此时光电转换模块通过第一直流变换模块2为负荷供电的支路为断开状态，供电模块3通过第一直流变换模块2为负荷供电的支路为断开状态，因此仅由光电转换模块1将输出的电能直接储能或者经第二直流变换模块4转换后输出至供电模块3进行存储，但光电转换模块1和供电模块3均不为负荷供电。
在上述关于“11”这种开关状态的实施例基础上，正常工作状态下，第二直流变换模块4的功率流方向为单向，即从与光电转换模块1连接的一端至与供电模块3连接的一端。第一直流变换模块2的功率方向亦为单向，即从与供电模块3连接的一端至与负荷连接的一端。而为了增加更多的供电方式以及供电电路，能够应用于更多的场景下，还可以控制第二直流变换模块4的功率流方向，即控制第二直流变换模块4的功率流方向为：从与供电模块3连接的一端至与光电转换模块1连接的一端，使得控制器7通过对第二直流变换模块4进行控制从而将光电转换模块1的输出电压稳定在最大功率点处，以及控制供电模块3通过第一直流变换模块2或者通过第二直流变换模块4和第一直流变换模块2为负荷供电。
同理，还可以控制第一直流变换模块4的功率流方向，即控制器还可以控制第一直流变换模块2的功率流方向为：从与负荷连接的一端至与光电转换模块1连接的一端，使得外部接入电源通过第一直流变换模块2为供电模块3充电或者依次通过第一直流变换模块2和第二直流变换模块4为供电模块3充电。此时，供电模块可以作为一充电宝使用。
在无负荷接入时，控制器7控制第一开关管4和第二开关管5均断开，可消除第一直流变换模块2上的空载损耗，光电转换模块1只通过第二直流变换模块4为供电模块3供电。在“00”的实施例下，第二直流变换模块可以设置为单向或者双向。
在上述四种不同状态(01、10、11和00)下的电路结构图中，对于第二直流变换模块4来说，还具有如下作用：通过控制第二直流变换模块4在光电转换模块1侧的电压稳定在光电转换模块100当前的最大功率点电压，则可保证光电转换模块1工作在最大功率点处。
本发明上述实施方式的控制方法可以划分为启动阶段和工作阶段两种模式，在启动阶段包括两种控制方式：
(1)在没有负荷时，上述四种控制状态都可以存在，而在有负荷时，则不能控制第一开关管、第二开关管均断开。
(2)为维持负荷稳定，供电过程中第一开关管、第二开关管的状态由初始上电时刻选择的状态决定，如初始上电时选择第一开关管、第二开关管全连通，则在供电模块3充满之前，供电过程中第一开关管、第二开关管一直处于连通状态，供电模块3充满，可以选择断开第一开关管，也可以选择断开第二开关管；如初始上电时选择第一开关管连通、第二开关管断开状态，则供电过程中状态一直不变；初始状态第一开关管、第二开关管工作状态的选择受光电转换模块1状态影响(如光电转换模块1的开路电压)，当初始上电时光电转换模块开路电压较低，则可以控制第一开关管、第二开关管均导通，否则控制第一开关管导通、第二开关管断开。
本发明通过控制光电转换模块1与第一直流变换模块2之间的电路可通断连接，以及控制供电模块3与第一直流变换模块2的输入端之间的电路可通断连接，从而实现当光电转换模块可以提供的最大电能大于负荷所需电能时，光电转换模块1可以将多余的电能通过第二直流变换模块4传递给供电模块3，此时多余能量的传递方向是由光电转换模块1向供电模块3传递；当光电转换模块1可以提供的最大电能低于负荷所需电能时，供电模块3可以将电能通过第二直流变换模块4传递到光电转换模块侧，与光电转换模块1一起通过第一直流变换模块2为负荷供电，此时供电模块3能量的传输方向是供电模块3向光电转换模块侧传递，而且在此种模式下第二直流变换模块4负责调整供电模块3的反向输出电压(即调整第二直流变换模块的功率流方向为由与供电模块3连接的一端至与光电转换模块1连接的一端)，使其始终维持在光电转换模块1的最大功率点电压附近，从而实现光电转换模块的最大功率输出，以保证负荷供电稳定的前提下最大化利用光电转换模块能量。
如图16所示，最大功率跟踪算法包括如下步骤：
获取光电转换模块当前输出的电压和电流；
基于当前输出的电压和电流计算当前输出功率；
判断当前输出功率和前次输出功率的差值是否为0；
若是，则结束；否则，判断当前输出功率是否大于前次输出功率；
若功率大于前次，则判断当前输出的电压是否大于前次输出的电压；若电压大于前次，则增加电压；若电压小于前次，则减小电压；
若功率不大于前次，则判断当前输出的电压是否大于前次输出的电压；若电压大于前次，则增加电压；若电压小于前次，则减小电压。
本发明旨在保护一种太阳能充电装置及其控制方法，具有以下有益效果：
(1)光电转换模块1通过第一直流变换模块2直接为负荷供电，不需要经过两级转换器，供电效率更高。
(2)第一直流变换模块2和第二直流变换模块4构成并行工作模式，分别为负荷和供电模块3供电，其中负荷和供电模块3可自由插拔，供电模块3拔出后，光电转换模块1可通过第一直流变换模块2直接为负荷供电，也不影响系统的正常工作。
(3)第二直流变换模块4为双向供电，当光电转换模块1可以提供的最大电能大于负荷所需电能时，光电转换模块1可以将多余的电能通过第二直流变换模块4传递给供电模块3，此时多余能量的传递方向是由光电转换模块1向供电模块3传递；当光电转换模块1可以提供的最大电能低于负荷所需电能时，供电模块3可以将电能通过第二直流变换模块4传递到光电转换模块侧，与光电转换模块1一起通过第一直流变换模块2为负荷供电，此时供电模块3能量的传输方向是供电模块3向光电转换模块侧传递，而且在此种模式下第二直流变换模块4负责调整供电模块3的反向输出电压，使其始终维持在光电转换模块1的最大功率点电压附近，从而实现光电转换模块的最大功率输出，以保证负荷供电稳定的前提下最大化利用光电转换模块能量。
(4)第二直流变换模块4为双向供电，可与光电转换模块1构成并联输出模式，实现供电模块3与光电转换模块1协同为负荷供电的目标，并将光电转换模块1的输出电压稳定在其最大功率点处。
(5)控制器7通过对两个开关管导通或断开的控制管理第一直流变换模块2和第二直流变换模块4，提供不同应用场景下的控制方法，以提供不同的供电方式。由于有供电模块3作为能量缓冲，因此在负载充电过程中，只要保证无缝切换开关管，则不会导致供电模块3和光电转换模块能量提供给负荷的能量大于或等于负荷所需能量。
(6)控制器7控制光电转换模块1在有负荷存在时才工作在最大功率点处，而不必须一直工作在最大功率点处，从而保证太阳能利用率最大化。
(7)当两个可通断连接的支路中至少有一个是导通时，则光电转换模块1和供电模块可以共同作为能量源，并联为负荷供电，以及供电模块作为负载，光电转换模块同时为负荷和供电模块供电。
(8)光电转换模块1可以同时为负荷(通过第一直流变换模块)和供电模块3(通过第二直流变换模块4)供电。
(9)第一直流变换模块设置为双向供电，则可以通过外部的接入电源为供电模块3充电，使得供电模块3可以当充电宝使用。
应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。