[發明專利]一種高效率毫瓦級光伏能量收集與儲能管理電路

有效

• 申請號: 202210947554.7
• 申請日: 2022-08-09
• 公開（公告）號: CN115037024B
• 公開（公告）日: 2022-11-08
• 發明（設計）人: 胡志恒;李英祥;唐鑫;董盆景
• 申請（專利權）人: 成都信息工程大學
• 主分類號: H02J7/35
• 分類號: H02J7/35;H02M3/338;H02M3/156
• 代理公司: 西安正華恒遠知識產權代理事務所(普通合伙) 61271
• 代理人: 陳選中

本發明公開了一種高效率毫瓦級光伏能量收集與儲能管理電路，屬于能量管理電路領域，包括能量收集電路和儲能管理電路，其中，儲能管理電路包括自激DC?DC變換電路、恒壓控制電路、恒流控制電路和鋰電池，針對市面上尚無同時支持自動升降壓DC?DC變換、超低靜態功耗、恒流恒壓充電控制的產品，設計了具備恒流恒壓輸出特性的超低靜態功耗的自激DC?DC升降壓變換電路，可滿足鋰電池充電電壓標準，實現高效的毫瓦級儲能管理。這兩個電路進行級聯工作，構成毫瓦級光伏能量高效收集與鋰電池儲能管理電路。具有靜態功耗低，具備高效能量收集和儲能管理功能，同時硬件成本非常低的優點。

技術領域

本發明涉及能量管理電路領域，具體涉及一種高效率毫瓦級光伏能量收集與儲能管理電路。

背景技術

物聯網產品和系統目前被廣泛部署和應用到眾多行業領域里。其中一部分物聯網系統的部署和應用場景是在室內、車內、樓道等環境中，大多會受到現場安裝條件和供電條件的限制，因而需要選用具備低功耗、能量收集特征的物聯網設備。

以工作在室內環境的門磁監控、室內環境感知、燃氣表、水表等這類低功耗物聯網節點為例，在室內已提前裝修的情況下進行加裝或改造部署時，物聯網節點設備通常遠離已有的室內供電線路。或者受到室內裝修完整性，以及用電安全等因素限制，導致無法采用市電供電。如果采用電池供電方案，則存在后期更換電池成本高、廢棄的舊電池對環境造成污染等缺陷。

能量收集技術可以間斷或持續地從外部環境中收集各種能量并轉換為電能。在室內環境中部署時，考慮到美觀性通常采用小尺寸的光伏電池來收集光能。在白天室內環境下，室內弱光能量經光伏電池轉換為數十到數百毫瓦級別功率的電能，再經過電壓變換器轉換為負載電路的正常工作電壓。當環境能量非持續時供給時，則還需高效的電能存儲管理功能實現對儲能電池的充電管理。例如常用的二次鋰電池需要恒流恒壓模式充電，且嚴禁過壓充電。

對二次鋰電池的儲能管理需要實現精確控制電流和電壓，目前均采用主動電路實現。主動電路在工作時需要靜態功耗，根據電路的額定設計功率，市面上主流產品的靜態功耗范圍通常在幾十毫瓦到幾瓦左右。對這類只有數十毫瓦級別的能量收集和存儲應用場景，常規的儲能管理電路會帶來能量收集和存儲效率低下，嚴重情況下電路甚至不能正常工作。

針對這類毫瓦級的光伏能量收集與儲能應用場景，采用超低靜態功耗電路設計是技術實現的關鍵，同時還應滿足光伏轉換器件的工作特性和二次鋰電池的充電特性以提高能量處理效率。現有技術中有提出了一種采用分立元件實現的高效毫瓦級光伏能量收集控制電路，該電路可實現高效能量收集，但該專利未實現對收集后的能量進行高效儲能管理的功能。

發明內容

針對現有技術中的上述不足，本發明提供了一種高效率毫瓦級光伏能量收集與儲能管理電路。

為了達到上述發明目的，本發明采用的技術方案為：

一種高效率毫瓦級光伏能量收集與儲能管理電路，包括能量收集電路和儲能管理電路，所述儲能管理電路包括：自激DC-DC變換電路、恒壓控制電路、恒流控制電路和鋰電池，其中：

所述自激DC-DC變換電路分別與所述能量收集電路、恒壓控制電路和鋰電池連接，所述自激DC-DC變換電路用于實現自動升降壓DC-DC變換，與能量收集電路的動態輸出電壓范圍進行高效率匹配；

所述恒壓控制電路的分別與所述自激DC-DC變換電路和恒流控制電路連接，所述恒壓控制電路用于實現對鋰電池兩端充電電壓的恒壓負反饋控制；

所述恒流控制電路分別與所述恒壓控制電路和鋰電池相連接，所述恒流控制電路用于實現對自激DC-DC升降壓變換電路最大輸出電流保持恒定的負反饋控制。