專利名稱：太陽能充電裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及太陽能利用領域，尤其涉及一種太陽能充電裝置。
背景技術：
節能、環保、綠色能源等，是當今能源應用領域的發展主題和趨勢。太陽能作為一 種環保的自然能源，其利用方式和方法也受到了更多的關注。 在現在的電子應用領域，為了更合理的利用能源，可以通過太陽能為電子設備提
供能源；一般都是通過太陽能給充電電池充電并存儲，再給電子設備供電。此外，有些儀器
設備在野外環境下工作，常規市電供電不可能實現，利用太陽能供電就成為首選。 參見圖l，在相同的照射條件下，太陽能電池的開路電壓Vmax為最大可輸出電壓，
短路時的電流Imax為最大輸出電流。短路電流與開路電壓一起定義了太陽能電池的工作
性能，因此太陽能電池被認為是"電流受限"的電源。輸出電流增加，輸出電壓則降低，直到
最終減少為零。 輸出功率是輸出電壓和電流的乘積，在太陽能輸出電壓_電流曲線中，V與I乘積 最大的點，就是最大功率點Pmax。為了提高太陽能利用效率，在用太陽能電池給儲能裝置 充電時，總希望找到最大功率點，讓太陽能電池以最大功率給電池充電。這需要在實際使用 時，首先要對太陽能板性能進行測試，做出光照各種條件下的電流_電壓曲線，確定各種條 件下的最大功率Pmax點及其對應的電流，參見圖2。 申請號為01138685. 1，發明名稱為"太陽能充電系統"的專利，通過測量特定太陽 能電池在各種光照條件下的電壓-電流曲線，并給出各種光照條件下的最大輸出功率，通 過預設擬合線來控制太陽能電池在最大輸出功率附近輸出電壓和電流。這種方法所需要的 電路復雜，太陽能在各種調整電路上的能量損耗也比較大，而且需要針對特定的太陽能板 做預先測試和擬合分析。 申請號為200710091016. 8，發明名稱為"太陽能充電電池"的專利揭示了通過對太 陽能電池進行DC-DC(直流-直流)變換升壓后再進行充電的技術，但是由于引入了 DC-DC 變換，降低了太陽能電池能量的利用效率。 本實用新型則提供一種新的裝置用以改善或解決上述的問題。
實用新型內容本實用新型要解決的技術問題在于提供一種改進的太陽能充電裝置，其可以有效 提高太陽能利用效率。 本實用新型通過這樣的技術方案解決上述的技術問題 —種太陽能充電裝置，其中，所述裝置包括太陽能電池、功率控制模塊、充電電池、
電壓調整電路、電壓比較控制模塊以及基準電壓產生電路； 太陽能電池將太陽能轉換為電能，為充電電池提供充電電源； 功率控制模塊連接在太陽能電池和充電電池之間，用于開啟或關閉太陽能電池提供給充電電池的充電電源； 充電電池與電壓調整電路連接，電壓調整電路與電壓比較控制模塊連接；電壓調 整電路調整充電電池的當前電壓獲得比較電壓，并將所述比較電壓提供至電壓比較控制模 塊的第一輸入端； 基準電壓產生電路與電壓比較控制模塊連接，提供基準電壓至電壓比較控制模塊 的第二輸入端； 電壓比較控制模塊的輸出端連接到功率控制模塊的控制輸入端，其通過比較第一 和第二輸入端的基準電壓和比較電壓，輸出電壓控制信號至功率控制模塊的控制輸入端； 如果比較電壓小于基準電壓，電壓比較控制模塊輸出開啟充電的信號至功率控制模塊以開 啟充電電源；如果比較電壓大于或等于基準電壓，電壓比較控制模塊輸出停止充電的信號 至功率控制模塊以關閉充電電源。 作為本實用新型的一種改進，基準電壓產生電路可與充電電池連接，由充電電池 提供基準電壓。 作為本實用新型的一種改進，基準電壓產生電路為電池，以電池電壓作為基準電
壓，連接至電壓比較控制模塊的第二輸入端。 作為本實用新型的一種改進，所述電池的電壓為1. 5V。 作為本實用新型的一種改進，所述裝置還包括一個防反向控制模塊，其連接在功 率控制模塊和充電電池之間，用于防止充電電池反向放電。 作為本實用新型的一種改進，所述功率控制模塊為P溝道耗盡型場效應管。 作為本實用新型的一種改進，太陽能電池連接P溝道耗盡型場效應管的源極，P溝 道耗盡型場效應管的柵極與電壓比較控制模塊的輸出端相連，漏極與防反向二極管相連。 作為本實用新型的一種改進，電壓調整電路包括兩個調整電阻以及電位器，電位 器串聯在兩個調整電阻之間。 作為本實用新型的一種改進，充電電池的當前電壓通過兩個調整電阻以及電位器
調節分壓后輸出比較電壓，所述比較電壓輸出至電壓比較控制模塊的第一輸入端。 與現有技術相比較，在本實用新型中根據所需充電電池的要求，選擇合適的太陽
能電池，不經過電壓轉換，除了必要的功率控制和防反向電路外，利用太陽能電池直接給充
電電池充電，支持充電電池循環使用完畢后再充電以及以浮充方式充電，提高太陽能利用
效率，而且實現方法簡單。
圖1為現有技術中相同日照條件下太陽能電池的輸出特性。
圖2為現有技術中各種日照條件下太陽能電池的輸出特性。 圖3為本實用新型提供的太陽能充電裝置的架構示意圖。 圖4為本實用新型提供的太陽能充電裝置的具體電路示意圖。
具體實施方式
以下結合附圖詳細說明本實用新型的具體實施方式
。 請參閱圖3，所述太陽能充電裝置包括太陽能電池1、功率控制模塊2、防反向控制模塊3、電壓調整電路4、基準電壓產生電路5、電壓比較控制模塊6以及充電電池7。 太陽能電池1連接到功率控制模塊2的第一輸入端，功率控制模塊2的輸出端連 接到防反向控制模塊3的輸入端，防反向控制模塊3的輸出端連接到充電電池7的輸入端。 充電電池7的輸出端連接到電壓調整電路4的輸入端，電壓調整電路4的輸出端連接到電 壓比較控制模塊6的第一輸入端。充電電池7的輸出端同時連接到基準電壓產生電路5的 輸入端以及電壓比較控制模塊6的電源輸入端。基準電壓產生電路5的輸出端連接到電壓 比較控制模塊6的第二輸入端。電壓比較控制模塊6的輸出端連接到功率控制模塊2的第 二輸入端。 太陽能電池1將太陽能轉換為電能，經過功率控制模塊2以及防反向控制模塊3 為充電電池7提供充電電源。其中，功率控制模塊2用于開啟或關閉太陽能電池1提供的 充電電源，防反向控制模塊3用于防止充電電池7反向放電。 充電電池7為電壓比較控制模塊6、電壓調整電路4和基準電壓產生電路5提供工 作電源。此外，充電電池7與電壓調整電路4連接，電壓調整電路4用于調整充電電池7的 當前電壓U1獲得一個比較電壓U2，并提供該比較電壓U2至電壓比較控制模塊6的第一輸 入端。充電電池7的當前電壓U1還提供給基準電壓產生電路5，產生基準電壓Uref， Uref 輸入至電壓比較控制模塊6的第二輸入端。電壓比較控制模塊6通過比較兩個輸入電壓 U2和Uref ，輸出電壓控制信號至功率控制模塊2的第二輸入端，功率控制模塊2根據電壓 控制信號開啟或關閉充電電源，實現對充電電池7的充電和過充保護。如果比較電壓U2低 于基準電壓Uref，則表明充電電池7處于非飽和態，需要充電，功率控制模塊2根據電壓控 制信號開啟充電電源。如果比較電壓U2上升到與基準電壓Uref相等或者超過了基準電壓 Uref，則表明充電電池7處于飽和態，無需充電，電壓比較控制模塊6發送關閉的電壓控制 信號給功率控制模塊2以關閉充電電源，防止充電電池7過充。 在本實用新型的其他實施例中，基準電壓Uref可以不通過充電電池7的當前電壓 Ul產生，而以標準紐扣電池代替基準電壓產生電路5，以標準紐扣電池電壓作為基準電壓 Uref，連接至電壓比較控制模塊6的第二輸入端。 請閱圖4，為本實用新型太陽能充電裝置的一個具體電路實施例。包括太陽能電池 1' ，P溝道耗盡型場效應管Ql，防反向二極管Dl，電壓比較控制器0P1，電阻Rl，電壓調整電 路4'，基準電壓產生電路LD0(Low Dropout LinearRegulator，低壓差線性穩壓器)，以及充 電電池7'。電壓調整電路4'包括調整電阻R2、R3以及電位器RP1，電阻R2、電位器RP和 電阻R3依次串聯，電位器RP的輸出端連接到電壓比較控制器0P1的正相輸入端。電壓比 較控制器0P1的集電極開路上拉電阻R1，使電壓比較控制器0P1的輸出級做I/0 口使用，并 具有帶載能力。 太陽能電池1'連接P溝道耗盡型場效應管Ql的源極，P溝道耗盡型場效應管Ql 的柵極與電壓比較控制器0P1的輸出端相連，漏極與防反向二極管D1相連。防反向二極管 Dl的輸出端連接至充電電池7'的正極。 充電電池7'的當前電壓U1與電壓調整電路4'的輸入端連接，通過R2，RP1和R3 調節分壓，電壓調整電路4'輸出調整后的電壓U2，連接至電壓比較控制器0P1的正相輸入
丄山順。 充電電池7'與基準電壓產生電路LD0的輸入端連接，當前電壓Ul通過基準電壓產生電路LD0產生基準電壓Uref ，基準電壓Uref提供至電壓比較控制器0P1的反相輸入
丄山順。 本實例中可用標準紐扣電池代替基準電壓產生電路LD0，例如標準1. 5V紐扣電池 電壓作為基準電壓Uref輸出至電壓比較控制器0Pl的反相輸入端，而不必利用充電電池7' 通過基準電壓產生電路LDO產生基準電壓Uref 。 不同類型的充電電池在處于充電飽和態時，充電電池達到的電壓最大值Ubmax是 不同的。因此，在電路確定前，需要根據不同充電電池的Ubmax進行電路狀態的調整。 首先根據充電電池7'的Ubmax，在電壓調整電路4'的輸入端輸入恒壓Ubmax，通 過調整R2、R3或者RP1，使電壓調整電路4'的輸出到電壓比較控制器0P1的正相輸入端的 電壓U2與輸出到電壓比較控制器0P1負相輸入端的基準電壓Uref近似相等。根據精度要 求進行設計，比如要求U2減去Uref的值大于等于0V，并且不超過0. IV，即0V《U2-Uref <0. IV。電路狀態調整確定后，基準電壓產生電路LDO正常工作所產生的基準電壓Uref保 持不變。 在本實施例中，對選用的充電電池7'性能有一定的要求，包括電池7'在循環使用 后再充電時的最大允許充電電壓Ucmax，最大允許充電電流Icmax，以及電池7'在浮充時的 最大允許充電電壓Ufmax。設Umax為循環使用再充電最大允許充電電壓Ucmax和浮充時 的最大允許充電電壓Ufmax中的較小的一個，即Umax = min {Ucmax, Ufmax}。充電電池7' 達到充電飽和時，電壓達到允許的最大值為Ubmax。實際上Ubmax小于Umax。 當充電電池7'電量不足，不能使電壓比較控制電路0P1及基準電壓產生電路LDO 正常工作時，由于R1的連接，電壓比較控制電路0P1輸出的電壓始終為低電平，P溝道耗盡 型場效應管Ql導通，太陽能電池1'輸出的充電電壓經由反向二極管Dl為充電電池7'進 行充電。 當充電電池7'電量不足但是還可以支持電壓比較控制電路0P1及基準電壓產生 電路LDO正常工作時，電壓比較控制器0P1正相輸入端的電壓U2小于基準電壓Uref，電壓 比較控制電路0P1輸出的電壓始終為低電平，P溝道耗盡型場效應管Q1導通，太陽能電池 1'輸出的充電電壓經由防反向二極管D1為充電電池7'進行充電。 如果太陽能電池1'輸出的充電電壓過低，由于反向二極管D1的防反作用，防止充 電電池7'放電。 隨著充電電池7'電壓不斷上升，達到Ubmax時，電壓調整電路4'輸出電壓U2與 基準電壓Uref相等，電壓比較控制電路0P1輸出的電壓變為高電平，P溝道耗盡型場效應 管Q1截止，停止充電。 在充電過程中，只要充電電池7'沒有達到飽和，充電電池7'電壓就低于Ubmax，達 到飽和后，充電斷開，保證充電電壓始終小于等于Ubmax，也小于充電電池7'最大允許充電 電壓Umax。 以上所述僅為本實用新型的較佳實施方式，本實用新型的保護范圍并不以上述實 施方式為限，但凡本領域普通技術人員根據本實用新型所揭示內容所作的等效修飾或變 化，皆應納 權利要求書中記載的保護范圍內。
權利要求一種太陽能充電裝置，其特征在于，所述裝置包括太陽能電池、功率控制模塊、充電電池、電壓調整電路、電壓比較控制模塊以及基準電壓產生電路；太陽能電池將太陽能轉換為電能，為充電電池提供充電電源；功率控制模塊連接在太陽能電池和充電電池之間，用于開啟或關閉太陽能電池提供給充電電池的充電電源；充電電池與電壓調整電路連接，電壓調整電路與電壓比較控制模塊連接；電壓調整電路調整充電電池的當前電壓獲得比較電壓，并將所述比較電壓提供至電壓比較控制模塊的第一輸入端；基準電壓產生電路與電壓比較控制模塊連接，提供基準電壓至電壓比較控制模塊的第二輸入端；電壓比較控制模塊的輸出端連接到功率控制模塊的控制輸入端，其通過比較第一和第二輸入端的基準電壓和比較電壓，輸出電壓控制信號至功率控制模塊的控制輸入端；如果比較電壓小于基準電壓，電壓比較控制模塊輸出開啟充電的信號至功率控制模塊以開啟充電電源；如果比較電壓大于或等于基準電壓，電壓比較控制模塊輸出停止充電的信號至功率控制模塊以關閉充電電源。
2. 根據權利要求1所述的太陽能充電裝置，其特征在于充電電池還連接到電壓比較 控制模塊，充電電池可為電壓比較控制模塊和電壓調整電路提供工作電源。
3. 根據權利要求1所述的太陽能充電裝置，其特征在于基準電壓產生電路可與充電 電池連接，由充電電池提供基準電壓。
4. 根據權利要求1所述的太陽能充電裝置，其特征在于基準電壓產生電路為電池，以 電池電壓作為基準電壓，連接至電壓比較控制模塊的第二輸入端。
5. 根據權利要求4所述的太陽能充電裝置，其特征在于所述電池的電壓為1.5V。
6. 根據權利要求1所述的太陽能充電裝置，其特征在于所述裝置還包括一個防反向 控制模塊，其連接在功率控制模塊和充電電池之間，用于防止充電電池反向放電。
7. 根據權利要求6所述的太陽能充電裝置，其特征在于所述功率控制模塊為P溝道 耗盡型場效應管。
8. 根據權利要求7所述的太陽能充電裝置，其特征在于太陽能電池連接P溝道耗盡 型場效應管的源極，P溝道耗盡型場效應管的柵極與電壓比較控制模塊的輸出端相連，漏極 與防反向二極管相連。
9. 根據權利要求8所述的太陽能充電裝置，其特征在于電壓調整電路包括兩個調整 電阻以及電位器，電位器串聯在兩個調整電阻之間。
10. 根據權利要求9所述的太陽能充電裝置，其特征在于充電電池的當前電壓通過兩 個調整電阻以及電位器調節分壓后輸出比較電壓，所述比較電壓輸出至電壓比較控制模塊 的第一輸入端。
專利摘要本實用新型提供一種太陽能充電裝置，涉及太陽能利用領域，其可以有效提高太陽能利用效率。所述太陽能充電裝置包括太陽能電池，功率控制模塊，防反向控制模塊，電壓調整電路，基準電壓產生電路，電壓比較控制模塊和充電電池。防反向控制模塊用于防止充電電池反向放電。太陽能電池將太陽能轉換為電能，經由功率控制模塊為充電電池提供充電電源。充電電池通過電壓調整電路產生的調整電壓和通過基準電壓產生電路產生的基準電壓輸出至電壓比較控制模塊，電壓比較控制模塊通過比較兩個輸入電壓輸出電壓控制信號以開啟或關閉功率控制模塊，實現對充電電池的充電和過充保護。
文檔編號H02J7/00GK201466752SQ200920075590
公開日2010年5月12日 申請日期2009年7月31日 優先權日2009年7月31日
發明者何寧, 馮改玲, 王漫, 裴俊, 郭斌 申請人:上海市計算技術研究所