太阳能供电的电池充电器的制作方法

本发明涉及能量存储设备(电池)。具体地，本发明涉及使用太阳能光伏电力的能量存储设备的充电。

背景技术：

1、由于技术已经提升并且成本已经降低，在过去的十年间，使用太阳能板生成电力已经增加了。电力可以通过在房子或建筑上安装光伏(pv)模块生成。通过太阳能板产生的电通常要么在家中使用要么馈送到房子连接的商业电网中。

2、随着可再生能量使用的增加，用于管理可再生能量的电力系统需要许多改变。在可再生能量系统中，采用用于提取最大功率的最大功率点跟踪(mppt)控制来提高太阳能系统的低电力生成效率。mppt控制检查pv模块的输出，将它与电池电压进行比较，然后固定pv模块可以产生给电池充电的最佳电力，并且将它转换为最佳电压以得到进入电池的最大电流。它还可以为直接连接到电池的dc负载供应电力。

3、太阳能电池充电器的充电电路包括用于为电存储设备(电池)提供电力的电子电路。典型地，出于效率目的，在这种电路中使用基于n沟道fet(场效应晶体管)的推挽晶体管配置。在启动过程中，充电以较小占空比开始。由于高侧mosfet(金属氧化物半导体fet)和低侧mosfet脉冲宽度调制(pwm)是互补的，因此降压转换器的小占空比对于升压转换器来说是非常大的占空比。当同步转换器在dcm(不连续导通模式)中运行时，负电流可以从电池流向pv板。由于推挽配置的欧姆电阻低，因此产生的负电流可能非常高，并且它可能对充电电路有害。太阳能电池充电器中的负电流问题，也称为“反向升压”，照惯例地通过与pv板的推挽配置的高端开关串联连接的二极管来防止。然而，二极管可以考虑降压模式中影响电力效率的更高电力耗散。作为替代机制，提供场效应晶体管(fet)随同fet or-ing控制器一起作为串联二极管的替代品。设想了诸如以异步模式操作推挽配置和通过独立smps电源对自举电容器充电的其他解决方案。然而，这些解决方案成本高昂并且对降压转换器的电力效率具有影响。

技术实现思路

1、本说明书中公开了电池充电器和电池充电的方法的实施例。具体地，本说明书中公开的实施例涉及使用太阳能光伏电力的能量存储设备的充电。

2、电池充电器包括dc至dc转换器，其包括充电电路并且被配置为接收来自光伏电源的输入。dc至dc充电器还被配置为经由充电电路提供到能量存储设备的充电电流。电池充电器进一步包括自举电路，其包括自举电容器并且被配置为在dc至dc转换器从空闲状态到充电状态的过渡期间防止从能量存储设备到充电电路的反向电流。

3、在一个实施例中，自举电路包括与第一电容器串联连接在光伏电源和能量存储设备之间的二极管。自举电路进一步包括晶体管开关，该晶体管开关耦合到第一电容器并且被配置为提供从能量存储设备到第一电容器的充电路径。晶体管开关耦合到光伏电源并且被配置为提供到能量存储设备的第二充电路径。在另一个实施例中，自举电路包括电阻器和电容器，该电阻器和电容器串联连接在dc至dc转换器的输入端子和自举电容器之间，并且被配置为在空闲条件期间提供从升压电压到自举电容器的充电路径。

4、电池充电器还包括控制电路，该控制电路耦合到自举电路和dc至dc转换器并且被配置为当dc至dc转换器在空闲状态中时对自举电容器充电第一持续时间(或充电到第一电压值)。控制电路进一步被配置为当充电电流小于第一电流值时，在第一持续时间后以异步模式操作dc至dc转换器为能量存储设备充电。控制电路还被配置为当充电电流达到第一电流值时，以同步模式操作dc至dc转换器。在一个实施例中，第一电流值是光伏电源的额定电流的大约60％。在一些实施例中，dc至dc转换器包括以推挽晶体管配置布置的高侧晶体管和低侧晶体管。

5、对于自举电路的第一实施例，控制电路被配置为当充电器在空闲条件中当充电将要开始时，接通晶体管开关第一持续时间。在一个示例中，第一持续时间被选择为100毫秒。对于自举电路的第二实施例，控制电路被配置为在升压模式中操作dc至dc转换器以生成升压电压。在自举电路的两个实施例中，控制电路被配置为操作高侧晶体管作为开关并且操作低侧晶体管作为二极管以在异步模式中提供整流作用。类似地，控制电路被配置为操作高侧晶体管和低侧晶体管作为开关以在同步模式中提供整流作用。

6、根据本说明书的另一方面，公开了电池充电方法。该电池充电的方法包括当dc至dc转换器在空闲状态中时操作自举电路对自举电容器充电第一持续时间。在一个实施例中，操作自举电路的步骤包括通过接通自举电路的晶体管开关给自举电容器充电。在另一个实施例中，操作自举电路的步骤包括通过经由与自举电容器串联连接的电容器和二极管用升压电压给自举电容器充电。

7、该方法进一步包括当充电电流小于第一电流值时，在第一持续时间之后以异步模式操作dc至dc转换器以对能量存储设备充电。该方法还包括当充电电流达到第一电流值时，以同步模式操作dc至dc转换器。在一个实施例中，第一持续时间大约是100毫秒并且其中第一电流值是光伏电源的额定电流的大约60％。以异步模式操作dc至dc转换器的步骤包括操作高侧晶体管作为开关并且操作低侧晶体管作为二极管以在异步模式中提供整流作用。类似地，以同步模式操作dc至dc转换器的步骤包括操作高侧晶体管和低侧晶体管作为开关以在同步模式中提供整流作用。

技术特征：

1.一种电池充电器(300，400)包括：

2.根据权利要求1所述的电池充电器(300)，其中所述自举电路包括：

3.根据权利要求2所述的电池充电器(300)，其中所述控制电路(158)被配置为在所述空闲条件期间接通所述晶体管开关(304)达所述第一持续时间。

4.根据权利要求1所述的电池充电器(300，400)，其中所述第一持续时间大约是100毫秒，并且其中所述第一电流值是光伏电源的额定电流的大约60％。

5.根据权利要求1所述的电池充电器(400)，其中所述自举电路包括：

6.根据权利要求5所述的电池充电器(400)，其中控制电路被配置为以升压模式操作所述dc至dc转换器以在所述dc至dc转换器的输入端子(408)处生成升压电压。

7.根据权利要求1所述的电池充电器(300，400)，其中所述dc至dc转换器包括以推挽晶体管配置布置的高侧晶体管(202)和低侧晶体管(204)。

8.根据权利要求1所述的电池充电器(300，400)，其中所述控制电路被配置为操作所述高侧晶体管(202)作为开关并且操作所述低侧晶体管(204)作为二极管以提供在异步模式中的整流作用。

9.根据权利要求1所述的电池充电器(300，400)，其中所述控制电路被配置为操作所述高侧晶体管(202)和所述低侧晶体管(204)作为开关以提供在同步模式中的整流作用。

10.一种电池充电方法(500)，包括：

11.根据权利要求10所述的方法(500)，其中操作自举电路(504)包括通过接通所述自举电路的晶体管开关(304)给所述自举电容器(222)充电。

12.根据权利要求10所述的方法(500)，其中操作自举电路(504)包括通过经由与所述自举电容器串联连接的电阻器(406)和二极管(404)用升压电压给所述自举电容器(222)充电。

13.根据权利要求10所述的方法(500)，其中所述第一持续时间大约是100毫秒，并且其中所述第一电流值是光伏电源的额定电流的大约60％。

14.根据权利要求10所述的方法(500)，其中以异步模式(510)操作所述dc至dc转换器包括操作高侧晶体管(202)作为开关以及操作低侧晶体管(204)作为二极管以在异步模式中提供整流作用。

15.根据权利要求10所述的方法(500)，其中以同步模式(514)操作所述dc至dc转换器包括操作高侧晶体管(202)和低侧晶体管(204)作为开关以在同步模式中提供整流作用。

技术总结本文公开的电池充电器(300，400)包括DC至DC转换器(154)和自举电路(302，402)，DC至DC转换器被配置为接收来自光伏电源(212)的输入并向能量存储设备(206)提供充电电流，自举电路包括自举电容器(222)，其被配置为防止从能量存储设备(206)到充电电路的反向电流。电池充电器(300，400)还包括控制电路(158)，其耦合到自举电路(302，402)和DC至DC转换器(154)并且被配置为操作自举电路以对自举电容器(222)充电第一持续时间。控制电路(158)还被配置为在对能量存储设备(206)充电第一持续时间之后以异步模式操作推挽DC至DC转换器(154)，并且当充电电流达到第一电流值时以同步模式操作推挽DC至DC转换器。技术研发人员：S·艾哈迈德,M·库马尔,S·詹格拉,D·穆克吉受保护的技术使用者：昕诺飞控股有限公司技术研发日：技术公布日：2024/7/29