CN101257136A - 光伏电池-小电池充电方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及光伏电池－小电池的方法，属于电池应用技术领域。本发明方法包括：控制器检测小电池组中小电池的电压，当所有小电池电压都高于小电池满电量电压时，系统进入满电量状态，控制器选择N－1个小电池串联对外放电，光伏电池直接对外放电；当控制器检测到有小电池电压低于满电量电压时，系统进入充电状态，选择电压最低的小电池为光伏电池的充电对象，其余的N－1个小电池串联对外放电。从而在强光、一般光强、弱光等不同光强环境下都能从光伏电池中获取能量，对蓄电池进行充电。
Description
技术领域
本发明属于电池技术领域，特别涉及光伏电池-小电池充电方法。
背景技术
自1954年Pearson等人成功制备出了第一个硅太阳能电池以来，太阳能电池作为一种新能源，其独特的优势已经远超过风能、水能、地热能、核能等资源，有望成为未来电力供应的主要支柱，并将在各行各业得到广泛应用。便携设备也是其中一个非常重要的应用领域，例如我国手机用户到2005年底已近4亿，若这些手机大部分采用太阳能电池(又称光伏电池)，将具有可观的经济效益或社会意义。
现在使用的太阳能电池(又称光伏电池)多采用多个电芯串联的组织结构形式。太阳能电池的发电原理是通过光照，太阳能电芯(pn结)发生反应，产生电流。如果有n个太阳能电芯，每个太阳能电芯开路电压为Vs，短路电流为Is，可知，这些太阳能电芯串联时，开路电压为nVs，短路电流则为Is。
现有的光伏电池应用技术，多以用蓄电池将光伏电池的产生的电量存储起来。由于所选取的蓄电池的充电电压比较高，只能应用于强光下，因为光伏电池只能在强光下能满足。因而限制了光伏技术在某些领域的发展。
发明内容
本发明的目的是在强光、一般光强、弱光等不同光强环境下都能从光伏电池中获取能量，对蓄电池进行充电。本发明方法是当构成蓄电池的各个小电池的电压都处于满电量状态时，选择N-1个小电池串联对外放电，并且光伏电池直接对外放电，而当检测到有小电池电压低于满电量电压时，系统进入充电状态，选择电压最低的小电池为光伏电池的充电对象，其余的N-1个小电池串联对外放电。这样，每次充电对象只有一个小电池，其所需的充电电压低，无论强光、一般光强、弱光下的光伏电池，都能满足其充电要求。
本发明提供了一种光伏电池-小电池充电方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)控制器检测便携设备小电池组各个电池两端的电压，根据预先设定的电池满电量阈值，确定各个电池是否需要充电，以及放电电池；
2)当小电池组所有的小电池都高于预先设定的电池满电量阈值时，不需要充电，此时选择N-1个小电池串联对外放电，光伏电池直接对外放电；
3)当小电池组有小电池电压低于预先设定的电池满电量阈值时，选择电压最低的一个小电池为光伏电池充电对象，其余N-1个小电池串联联接对外放电；
4)经过防逆流二极管，通过开闭不同的开关组合连通需要充电的那个小电池，以及放电的电池；
5)当检测到被充电的那个小电池电压达到预先设定的电池满电量阈值时，充电结束。
上述的光伏电池-小电池充电方法，其特征在于，所述的光伏电池由M≥2组光伏电芯串联组成；
上述的光伏电池-小电池充电方法，其特征在于，所述的小电池组由N≥4组小电池组组成；
上述的光伏电池-小电池充电方法，其特征在于，所述的防逆流二极管是防止在光照强度不稳定时导致的光伏电池输出电压不稳定，防止光伏电池组向电池组充电时产生逆流。
上述的光伏电池-小电池充电方法，其特征在于，所述的小电池概念是在其满电量时，开路电压相对于其它蓄电池比较低，光伏电池在弱光环境下的开路电压能直接对小电池充电。
上述的光伏电池-小电池充电方法，其特征在于，所述的控制器可选择任一小电池为光伏电池的充电对象，光伏电池对其充电；选择其余的N-1个小电池串联对外放电。
本发明的特点：
本发明是针对多种光照环境充电要求而提出的电池-小电池充电方法，本方法根据光伏电池在不同光照时开路电压的特性，选取小电池为储蓄电量的载体，使光伏电池能在多种光照环境下，实现对小电池充电。
附图说明
图1为本发明的便携式设备光伏电池-小电池电源方法示意图。
图2为本发明的便携式设备光伏电池-小电池电源一例原理图。
图3为本发明的便携式设备光伏电池-小电池电源一例满电量状态时示意图。
图4为本发明的便携式设备光伏电池-小电池电源一例充电状态时示意图。
图5为本发明的便携式设备光伏电池-小电池电源一例流程图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的具体实施例进行详细描述。
本实施方式为便携式设备光伏电池-小电池电源。以下为各部件的说明：
本实施例由控制器、光伏电池、用于蓄电的小电池组、电压计、开关和保护电路等组成，
如图1和2所示。其中，
控制器，由低功耗带多路模拟数字转换器(ADC)的微处理器组成，在本实施例中采用了PIC18L系列单片机，其输入信号为小电池组电压信号VM1、VM2、VM3和VM4，其输出信号为开关信号DK-1~DK-2、DK+1~DK+2、CK+1~CK+4和CK-1~CK-4。
开关组，本实施例中采用了低功耗COMS开关，如图2所示，由控制器产生的开关信号控制其通断状态。
光伏电池，本实施例中由M＝12个光伏电芯串联联接组成，如图1所示的SB。
电压计，用于系统检测小电池组电池的输出电压的电压检测器，如图2的VM1、VM2、VM3、VM4。
保护电路，本实施例中采用了普通肖基特二极管D1。根据二极管的单向导电性，用于防止充电时产生电流逆流，在实际用中，光环境有可能变化很大，光电池的输出电压会出现不稳定情况，故此二极管用于在不稳定的情况下可以防止光电组流向小电池组的电流发生逆流。
小电池组，由N＝4个满电量时为1.51V的镍氢电池组成，如图2所示NB1、NB2、NB3、NB4。当其中的三个镍氢电池以串联方式连接时，可以提供4.53V的电源电压，满足便携设备对电源电压的要求。
在使用过程，当构成蓄电池的各个小电池的电压都处于满电量状态时，选择N-1个小电池串联对外放电，并且光伏电池直接对外放电，而当检测到有小电池电压低于满电量电压时，系统进入充电状态，并且选择电压最低的小电池为光伏电池的充电对象，其余的N-1个小电池串联对外放电。这样，每次充电对象只有一个小电池，其所需的充电电压低，无论强光、一般光强、弱光下的光伏电池，都能满足其充电要求。
在强光下，本实施例中选取强光为大于等于1个光强光照强度(1光强为100000 LUX)，单个光伏电芯开路电压为0.5伏，如上所述，本实例采用的光伏电池为12个光伏电芯串联组成。因此，在强光下，光伏电池开路电压可达6.0伏，此时对单个镍氢电池充电，一个小电池的充电电流接近光伏电池此光强下的短路电流。
一般光强度下，本实施例中选取一般光强度为高于或等于0.5个光强光照强度但低于1个光照强度，单个光伏电芯开路电高于或等于0.25伏，则光伏电池开路电压高于或等于3.0V，实现在一般光强下一个小电池的大电流充电。
在弱光下，在本实施例中选取取弱光为低于0.5个光照强度，光伏电池开路电压有1.5~2.9V，此时可对一个小电池实施小电流充电。
由于只选择小电池组中的一个小电池进行充电，而不像其它的光伏电池充电方法那样选择整个小电池组作为充电对象。因此，通过本发明的方法和装置实现了无论强光还是弱光下都能对小电池充电。
充完电的这个小电池可以和其它两个小电池串联，为便携设备提供能量。此时，充满电的这个小电池和其它两个小电池的电压不一定相同，这不影响使用，只是它们放电的时间不一样，或剩余的电量不同，由于镍氢电池没有记忆效应，因此，不影响下次充电或电池的正常使用。
以下为本实施的步骤，如图5所示：
1)控制器定时通过VM1、VM2、VM3、VM4检测小电池NB1、NB2、NB3、NB4电压分别为VB1、VB2、VB3、VB4，当VB1、VB2、VB3、VB4的值都大于或等于镍氢电池满电量电压值时，转到步骤2；当NB1电压为最低时且VB1＜1.51，对NB1充电，转到步骤3；当NB2电压为最低时且VB2＜1.51，对NB2充电，转到步骤4；当NB3电压为最低时且VB3＜1.51，对NB3充电，转到步骤5；当NB4电压为最低时且VB4＜1.51，对NB4充电，转到步骤6。
2)满电量状态，不进行充电动作，此时选择NB1~NB3串联对外放电，光伏电池直接对外放电，开关DK+1、DK+2、SK2、SK4、DK-1、DK-2关闭，其余开关断开，如图3所示。转到步骤1。
3)NB1充电状态，选择NB2~NB4串联对外放电，NB1为光伏电池充电对象，开关CK+1、CK-1、DK+3、DK-3、SK4、SK5关闭，其余开关断开，转到步骤1。
4)NB2充电状态，选择NB1、NB3、NB4串联对外放电，NB2为光伏电池充电对象，开关CK+2、CK-2、DK+2、DK-3、SK1、SK5关闭，其余开关断开，转到步骤1。
5)NB3充电状态，选择NB1、NB2、NB4串联对外放电，NB3为光伏电池充电对象，开关CK+3、CK-3、DK+2、DK-3、SK2、SK3关闭，其余开关断开，如图4所示，转到步骤1。
6)NB4充电状态，选择NB1、NB2、NB3串联对外放电，NB4为光伏电池充电对象，开关CK+4、CK-4、DK+2、DK-2、SK2、SK4关闭，其余开关断开，转到步骤1。
本发明所提出的方法已经在我们公司的实验室中得到实现，所实现的光伏电池-小电池充电器能够在不同光照强弱下给电池组充电，提高了充电效率。
上面结合附图对本发明的具体实施例进行了详细说明，但本发明并不限制于上述实施例，在不脱离本申请的权利要求的精神和范围情况下，本领域的技术人员可作出各种修改或改型。
Claims (6)
1. 光伏电池-小电池充电方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)控制器检测便携设备蓄小电池组各个电池两端的电压，根据预先设定的电池满电量阈值，确定各个电池是否需要充电，以及放电电池；
2)当小电池组所有的小电池都高于预先设定的电池满电量阈值时，不需要充电，此时选择N-1个小电池串联对外放电，光伏电池直接对外放电；
3)当小电池电压低于预先设定的电池满电量阈值时，选择电压最低的一个小电池为光伏电池充电对象，其余N-1个小电池串联联接对外放电；
4)经过防逆流二极管，通过开闭不同的开关组合连通需要充电的那个小电池，以及放电的电池；
5)当检测到被充电的那个小电池电压达到预先设定的电池满电量阈值时，充电结束。
2. 如权利要求1所述的光伏电池-小电池充电方法，其特征在于，所述的光伏电池由M≥2组光伏电芯串联组成；
3. 如权利要求1所述的光伏电池-小电池充电方法，其特征在于，所述的小电池组由N≥4组小电池组组成；
4. 如权利要求1所述的光伏电池-小电池充电方法，其特征在于，所述的防逆流二极管是防止在光照强度不稳定时导致的光伏电池输出电压不稳定，防止光伏电池组向电池组充电时产生逆流。
5. 如权利要求1所述的光伏电池-小电池充电方法，其特征在于，所述的小电池概念是在其满电量时，开路电压相对于其它蓄电池比较低，光伏电池在弱光环境下的开路电压能直接对小电池充电。
6. 如权利要求1所述的光伏电池-小电池充电方法，其特征在于，所述的控制器可选择任一小电池为光伏电池的充电对象，光伏电池对其充电；选择其余的N-1个小电池串联对外放电。
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