[发明专利]光伏脉冲电荷转移充电控制器及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及光伏充电技术领域，具体为一种光伏脉冲电荷转移充电控制器及其控制方法。

背景技术

蓄电池充电主要有三种极化，欧姆极化，浓差极化，电化学极化。根据电化学基本原理知道，铅酸电池充电时，在发生析气前，其极化主要是电化学极化和离子的浓差极化，电化学极化导致不能析H₂和析O₂，浓差极化的结果，导致电池开路电压升高、电池温升高(更恰切地讲电极的温升)、充电效率低以及过早地进入析气反应。一般来说，电流密度加大，电池的三种极化都加大，但电化学极化对铅酸电池金属电极来讲，影响不大，而对抑制析H₂，析O₂的析气反应是有利的。一个合理的蓄电池充电器应当具备：1）适当大的电流充电密度；2）有效的消除和降低浓差极化；3）有效地扩散聚集在电极上因极化而产生的热量。

光伏电源具有随机不可控性，传统的一些充电技术包括浮充技术、恒流充电、恒压充电、恒压限流充电技术、限压恒流充电技术、分阶段充电技术都是建立在电源恒可控的基础上，如果将传统的技术直接运用于光伏充电技术，当光照强度不足时，蓄电池的充电电流就会很小。若此状态持续比较久，会使得蓄电池内部反应的微粒过细，会降低蓄电池的使用寿命。

现有光伏发电的蓄电池充电技术中，存在的问题有：1）常规充电时间长；2）大电流充电时，电池浓差极化大，电池温度高，对蓄电池有损伤；3）光照强度比较弱时，光伏充电器难以对蓄电池进行有效充电。

总而言之，传统的充电技术难以适应光伏电源的特性，无法简单有效的去除蓄电池充电时的浓差极化，保证电池充电温升小。

发明内容

本发明的目的是针对现有充电技术中存在的问题，在充分考虑光伏电源的特点的基础上，提出光伏脉冲电荷转移充电控制器及其控制方法，可以有效的去除浓差极化，保证电池温升小，在光照不足的情况下也能有大的电流密度充电，提高太阳能的利用效率。

本发明通过以下的技术方案实现的：

一种光伏脉冲电荷转移充电控制器，其包括电荷存储器、开关管、控制器以及电荷存储器端电压检测装置和蓄电池端电压检测装置，电荷存储器端电压检测装置和蓄电池端电压检测装置分别与控制器连接；其中电荷存储器与太阳能光伏电池并联，电力电子开关与蓄电池串联后再与电荷存储器并联，控制器通过检测电力电子开关两端的电压即电荷存储器和蓄电池荷电端电压，控制电力电子开关的通断，实现对蓄电池充电的控制。

进一步地，所述电力电子开关采用MOS管。

进一步地，所述电荷存储器采用电容器。

进一步地，所述电荷存储器端电压检测装置和蓄电池端电压检测装置均采用电压检测电路和A/D转换电路。

上述光伏脉冲电荷转移充电控制器的控制方法，其具体是：太阳能光伏电池受太阳辐射产生的直流电能存储在电荷存储器中，控制器根据电荷存储器上的荷电状态和蓄电池端电压控制电力电子开关的导通时间△T和开关频率及充电电流密度，以控制蓄电池中的恢复粒子流中的粒子直径在10^-2mm～10^-3mm之间，产生粒子附着效应，并且在充电间歇期内消除于△T充电时间内产生的活性极化和浓差极化。

上述的控制方法中，当电荷存储器中的电压u(t)达到设定值U_open，控制器产生一个高电平控制电力电子开关开通，直到检测到电荷存储装置中的电压u(t)不再降低，控制器则产生一个低电平控制电力电子开关关断，直到电荷存储器的电压u(t)再一次达到设定值U_open，控制器产生一个高电平控制电力电子开关开通，控制器周期性控制电力电子开关的通断。

与现有技术相比，本发明具有如下优点和技术效果：

1、将光伏电池产生的电荷暂时存储到一个电荷存储装置，其电荷量反应为电荷存储器两端的电压，通过检测其两端的电压来判定开关开通的条件，从而来实现充电的控制。

2、本发明的电路拓扑只有一个开关管，不含有电感类器件，因此本技术具有结构简单，充电效率高，能够充分利用光伏能量，有效限制蓄电池的充电温升，延长蓄电池的使用寿命。

3、本发明主要采用控制充电器充停时间的占空比来控制电池去极化的效果，从而抑制温升。

下面结合附图进一步说明本发明的技术方案。

附图说明

图1本发明的光伏脉冲电荷转移充电控制器的拓扑装置图。

图2本发明的光伏脉冲电荷转移充电控制器工作原理波形示意图。