專利名稱：一種兩級雙向的高效光伏充電器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電工技術(shù)及光伏電能轉(zhuǎn)化技術(shù)，特別是電能雙向流動技術(shù)。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的光伏充電器一般采用單級的DC-DC變換。這雖然減少了充電器的成本，但 卻不能保證光伏系統(tǒng)工作于最大功率跟蹤(MPPT)狀態(tài)?？紤]到光伏系統(tǒng)中充電器所占成 本很低，其成本主要由光伏模組構(gòu)成，故單級DC-DC變換不能保證系統(tǒng)整體性價比最高。單級DC-DC變換不能實(shí)現(xiàn)真正的MPPT。原因在于，蓄電池的充電過程是個強(qiáng)非線 性過程，有飽和，滯環(huán)等諸多因素來限制。極化與去極化表現(xiàn)為一個近似的具滯環(huán)的開關(guān)特 性，而且自然去極化與強(qiáng)制去極化時間相差10倍。利用反向DC-DC變換，將去極化能量存 貯在超級電容上，可以加速去極化過程，進(jìn)而加速充電過程。因此，本發(fā)明通過利用超級電 容加大能量解耦以及利用雙向DC-DC變換實(shí)現(xiàn)蓄電池去極化，可以保證系統(tǒng)工作于MPPT。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為一種基于雙向DC-DC變換及蓄電池快速充電技術(shù)的光伏最優(yōu)充電技術(shù)
及裝置。本發(fā)明的核心為，利用超級電容加大光伏能量與蓄電池能量的解耦；利用雙向 DC-DC變換以反向大電流加快去極化過程，進(jìn)而加速充電過程，并將該能量存貯于超級電容 內(nèi)，以實(shí)現(xiàn)真正的MPPT。


圖1為BOOST-BUCK/BOOST型充電器拓?fù)鋱D2為BUCK-BUCK/BOOST型充電器拓?fù)鋱D3為無超級電容的去極化曲線圖4為有超級電容及雙向DC變換的去極化曲線具體實(shí)施方法第一級DC-DC變換在超級電容允許的情況下，工作于電流斷續(xù)狀態(tài)(DCM)，由附圖 一，DCM模式下輸入輸出關(guān)系式為
<formula>formula see original document page 3</formula>在DCM模式下，每個工作周期復(fù)位，電流歸零。平均電流為<formula>formula see original document page 3</formula>
<formula>formula see original document page 4</formula> (升壓)MPPT算法采用登山法。由附圖四，在超級電容電壓中環(huán)節(jié)允許的情況下，以最大電流對蓄電池充電，而不 是常規(guī)的三段式涓充_主充-浮充方式。當(dāng)極板處生成的H+和SO/—離子濃度太高而所需 的Pb2+離子濃度太低時，雙向DC-DC變換器開始反向工作，將一部分蓄電池能量暫存到超級 電容上，而此時光伏電能仍能被存儲到超級電容上。由曲線可以看到，反向放電可以加速去 極化過程，時間大大減小，即需要將光伏電能暫存在超級電容上的時間也就大大減小。若采 用常規(guī)自然去極化，則為了達(dá)到光伏MPPT，能量解耦所需的超級電容的體積和成本都將增 加5 10倍，即超級電容的成本將從3%上升到15 30%。一個50W的光伏照明系統(tǒng)，可采用以下配置
<formula>formula see original document page 4</formula>取5個IF/5. 5V的超級電容串聯(lián)，工作電壓為20V，允許電壓波動為5V，則
<formula>formula see original document page 4</formula> 而從圖三及圖四中看到，加速去極化的過程為70ms左右，而自然去極化的過程在 250ms以上。
權(quán)利要求
一種高效的兩級雙向光伏充電器，由一個單向DC-DC變換器，一個雙向DC-DC變換器串聯(lián)而成。中間的直流環(huán)節(jié)由電解電容及超級電容并聯(lián)構(gòu)成，除了平波功能外，主要是瞬時存貯能量。由于光伏發(fā)電與充入蓄電池的電能無法保持實(shí)時一致性，通過超級電容緩沖光伏能量及蓄電池去極化能量，既保證了光伏的最大功率跟蹤(MPPT)，又保證了蓄電池的快速充電。
2.如權(quán)利要求1所述的單向DC-DC變換器，可以是升壓型(BOOST)或降壓型(BUCK)； 雙向DC-DC變換器，則是正向BUCK，反向BOOST型。
3.如權(quán)利要求1所述的單向DC-DC變換器，工作于電流斷續(xù)狀態(tài)(DCM)，這樣由光伏電 壓及PWM占空比即可推算出輸入電流及功率進(jìn)行MPPT運(yùn)算。
4.如權(quán)利要求1所述的雙向DC-DC變換器，工作于電流斷續(xù)狀態(tài)(DCM)，這樣使得充放 電穩(wěn)態(tài)時呈現(xiàn)電流源特性，瞬態(tài)為高頻脈沖，有利于防止鉛酸電池極化及加速去除極化。
5.如權(quán)利要求1所述的超級電容的中間直流環(huán)節(jié)，其選值原則為，在允許的電壓范圍 內(nèi)，可以吸收50ms (去極化時間)內(nèi)的蓄電池反向BOOST能量及在MPPT條件下的光伏發(fā)電 能量°
全文摘要
一種兩級雙向的高效光伏充電器，由一個單向DC-DC變換器，一個雙向DC-DC變換器串聯(lián)而成。中間的直流環(huán)節(jié)由電解電容及超級電容共同并聯(lián)構(gòu)成，除了平波功能外，主要是暫時存貯能量。為了實(shí)現(xiàn)光伏發(fā)電與充入蓄電池的電能的實(shí)時一致性，通過超級電容緩沖光伏能量及蓄電池去極化能量，保證了光伏的最大功率跟蹤(MPPT)以及蓄電池的快速充電。
文檔編號H02J7/35GK101826739SQ20091012732
公開日2010年9月8日 申請日期2009年3月6日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月6日
發(fā)明者古俊銀 申請人:英偉力新能源科技(上海)有限公司