專利名稱：具有非對稱蓄電池組的太陽能電池及其充電放電方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于蓄電池和太陽能電池領(lǐng)域，尤其是一種具有非對稱蓄電池組 的太陽能電池。
背景技術(shù)：
隨著人類的不斷發(fā)展，能源消耗越來越大，整個(gè)社會(huì)將更多的注意力轉(zhuǎn) 向了新能源的開發(fā)和利用上，太陽能電池就是目前的開發(fā)熱點(diǎn)之一。但是因 為太陽能電池只能在有光照的條件下才能提供電能，而且又受到光電轉(zhuǎn)換板 受光面積小、光電轉(zhuǎn)化率不高、光照強(qiáng)度通常不穩(wěn)定且光照強(qiáng)度不夠大的限 制，所以與之相應(yīng)的，太陽能電池大多配有蓄電池。
在電子設(shè)備中，比如手機(jī)或筆記本電腦、PDA、數(shù)碼相機(jī)、數(shù)碼攝像機(jī) 等便攜式設(shè)備上，也已經(jīng)采用蓄電池組和太陽能電池進(jìn)行供電，但是目前的 技術(shù)都是使用對稱的蓄電池組，所謂的對稱即是指采用型號規(guī)格相同的多塊 電池單元構(gòu)成蓄電池組。
但是這樣的設(shè)置會(huì)帶來下列問題如果蓄電池容量設(shè)計(jì)過大，雖然可以 保證有足夠的蓄電量，但是充電時(shí)間會(huì)過長；如果蓄電池容量設(shè)計(jì)過小，雖 然可以縮短充電時(shí)間，但是不能保證有足夠的蓄電量。
這些問題給許多電子設(shè)備的用戶帶來了困擾。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的首要目的就是提供一種在保證有足夠大儲(chǔ)電量的前提下能夠 進(jìn)行快速充電的非對稱蓄電池組及具有非對稱蓄電池組的太陽能電池，以解 決電子設(shè)備使用過程中的上述問題。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了三個(gè)技術(shù)方案
一種具有非對稱蓄電池組的太陽能電池，包括光電轉(zhuǎn)換裝置，以及非
對稱蓄電池組，與所述光電轉(zhuǎn)換裝置相互連接且將所述光電轉(zhuǎn)換裝置輸出的 電能予以儲(chǔ)存，所述非對稱蓄電池組包括至少兩個(gè)蓄電池，其中一個(gè)蓄電池 為小容量蓄電池，所述小容量蓄電池的電容量小于其余蓄電池的容量。
其中小容量蓄電池的電容量小于或等于其余蓄電池中容量最小的蓄電 池電容量的2/3。非對稱蓄電池組可優(yōu)選包括兩個(gè)蓄電池，其中所述小容量
蓄電池的電容量為250毫安時(shí)，大容量蓄電池的電容量為650毫安時(shí)。
該太陽能電池，還可包括至少一個(gè)用于防止過充、過壓、過流、過熱、 倒流的保護(hù)電路，設(shè)于所述光電轉(zhuǎn)換裝置與所述非對稱蓄電池組之間、或設(shè) 于所述非對稱蓄電池組的每個(gè)電池單元。所述保護(hù)電路優(yōu)選一個(gè)肖特基二極 管。
其中光電轉(zhuǎn)換裝置優(yōu)選為光伏電池。該太陽能電池優(yōu)選為以下便攜式 電子設(shè)備上的供電單元手機(jī)、對講機(jī)、數(shù)碼相機(jī)、個(gè)人數(shù)字助理器、數(shù)碼 照相機(jī)、電子書、數(shù)碼攝像機(jī)或筆記本電腦。
本發(fā)明還提供了一種非對稱蓄電池組，包括至少兩個(gè)蓄電池，其中一 個(gè)蓄電池為小容量蓄電池，所述小容量蓄電池的電容量小于其余蓄電池的容 量。所述小容量蓄電池的電容量優(yōu)選小于或等于其余蓄電池中容量最小的蓄 電池電容量的2/3。更進(jìn)一步地，所述非對稱蓄電池組優(yōu)選包括兩個(gè)蓄電池， 其中所述小容量蓄電池的電容量為250毫安時(shí)，大容量蓄電池的電容量為 650毫安時(shí)。
本發(fā)明又公開了 一種具有非對稱蓄電池組的太陽能電池的充電放電方 法，用于對電子設(shè)備進(jìn)行供電，首先，檢測所述太陽能電池中各蓄電池的電 壓；當(dāng)每個(gè)蓄電池的電壓都小于所述電子設(shè)備的開機(jī)電壓值時(shí)，則光電轉(zhuǎn)換 裝置優(yōu)先對所述小容量蓄電池充電，其余蓄電池處于等待狀態(tài)；待所述小容 量蓄電池的電壓達(dá)到設(shè)備的開機(jī)電壓值后，再對其余所述大容量蓄電池單元 充電，并同時(shí)使所述小容量蓄電池對所述電子設(shè)備進(jìn)行放電。
在本發(fā)明的技術(shù)，利用了在同等充電狀態(tài)下，小容量蓄電池較之大容量 電池充電時(shí)間更短的特性，通過對蓄電池的選擇性充電，即首先對小容量蓄 電池進(jìn)行充電，使整個(gè)蓄電池組的充電電壓迅速達(dá)到設(shè)備的開機(jī)電壓，從而 使電子設(shè)備的用戶可以在短時(shí)間內(nèi)再次開機(jī)使用。
本發(fā)明的非對稱蓄電池組及具有非對稱蓄電池組的太陽能電池優(yōu)點(diǎn)是 很明顯的，在保證有足夠大儲(chǔ)電量的前提下，能夠進(jìn)行快速充電，保證了用 戶在緊急情況下可以快速重新開啟設(shè)備并短期正常運(yùn)行。


圖1是具有非對稱蓄電池組的太陽能電池的總體結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是具有非對稱蓄電池組的太陽能電池在小容量蓄電池單元充電、大 容量蓄電池單元處于等待狀態(tài)時(shí)的電路圖。
圖3是具有非對稱蓄電池組的太陽能電池在小容量蓄電池單元;^文電、大 容量蓄電池單元充電狀態(tài)時(shí)的示意圖。
附圖中各標(biāo)號分別表示為
VM1、 VM2—電壓檢測器；
CK+1、 CK+2、 CK-1、 CK-2、 DK+1、 DK+2、 DK-1、 DK-2—開關(guān)； Dl —肖特基二極管； NB1、 NB2—蓄電池單元； 100—光電轉(zhuǎn)換裝置； 200—非對稱蓄電池組； 300—控制器。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明所述的具有非對稱蓄電池組的太陽能電池的設(shè)計(jì)原理是采用大 小容量互相匹配的蓄電池組，其中的大容量蓄電池用于保證有足夠大的儲(chǔ)電 量、而小容量蓄電池用于保證進(jìn)行快速充電，這樣的設(shè)置可對光能進(jìn)行充分 合理的利用，保證了用戶既有足夠長的待機(jī)時(shí)間，且在緊急情況下還可以快 速重新開啟設(shè)備并短期正常運(yùn)行。
為了對本發(fā)明進(jìn)行更詳細(xì)的闡述，在此，對上述原理進(jìn)行如下說明通 常，任何一款電器設(shè)備都有與其匹配的電池組，該電池組的容量一般用毫安 時(shí)來表示，該數(shù)值越大那么就意味著該電池的容量越大。 一款電器設(shè)備電池
組的容量為1200毫安時(shí)，即表明該電池組可以提供120毫安恒定電流并持 續(xù)IO小時(shí)的供電能力。
對該電池組進(jìn)行充電時(shí)，充電時(shí)間的長短和充電電流有著直接的關(guān)系。 充電時(shí)間(時(shí)間單位為小時(shí))等于電池單元的電容量除以充電電流，再乘以 系數(shù)1.2。此處的系數(shù)1.2為該領(lǐng)域技術(shù)人員在長期實(shí)踐過程中所確定的經(jīng) 驗(yàn)值，該經(jīng)驗(yàn)值并不適用于全新電池或其它不同規(guī)格的電池，而且也會(huì)隨著 型號的不同而變化。若一個(gè)電池單元的電容量是1200毫安時(shí)，充電電流是 600毫安，那么對上述電池單元滿充所需要的時(shí)間是2.4小時(shí)；與此相比較 可知，若電池單元的電容量是600毫安時(shí)，那么對其進(jìn)行滿充電所需要的時(shí) 間則是1,2小時(shí)，很顯然，兩者比較充電時(shí)間減少了一半。可見，在同等的 充電條件下，小容量蓄電池單元的充電時(shí)間比大容量蓄電池單元的充電時(shí)間 要短，小容量的電池更適用于電器設(shè)備的應(yīng)急快速轉(zhuǎn)換光能充電。本發(fā)明的 一個(gè)實(shí)施例中采用了 一大一小兩個(gè)蓄電池組成蓄電池組，其中小容量蓄電池 選擇其容量為其他蓄電池中最小容量蓄電池的2/3，以保證將充電時(shí)間縮短 到可接受的范圍內(nèi)。
在本發(fā)明的具有非對稱蓄電池組的太陽能電池中，對小容量蓄電池單元 的選擇還應(yīng)該遵循如下標(biāo)準(zhǔn)
(1) 小容量蓄電池單元的電容量應(yīng)該足夠滿足電器設(shè)備正常的短時(shí)間
使用；
(2) 小容量蓄電池單元的選擇應(yīng)該與整個(gè)太陽能蓄電池組在性能、電 路設(shè)計(jì)、外觀結(jié)構(gòu)等方面相匹配；
(3) 為了降低成本，該小容量蓄電池單元應(yīng)該是市售的可大批量生產(chǎn) 的標(biāo)準(zhǔn)電池單元。
本發(fā)明的具有非對稱蓄電池組的太陽能電池主要用做便攜式電子設(shè)備 上的供電單元，這些便攜式電子設(shè)備主要包括手機(jī)、對講機(jī)、數(shù)碼相機(jī)、個(gè) 人數(shù)字助理器(PDA)、數(shù)碼照相機(jī)、電子書、數(shù)碼攝像機(jī)或筆記本電腦等。 以下將結(jié)合附圖，通過以下實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步闡述。 請看圖1，為本發(fā)明的具有非對稱蓄電池組的太陽能電池的總體結(jié)構(gòu)示
意圖，本發(fā)明的具有非對稱蓄電池組的太陽能電池包括光電轉(zhuǎn)化器100、非
對稱蓄電池組200、以及控制器300;其中光電轉(zhuǎn)化器IOO和非對稱蓄電池 組200之間通過放電總線和充電總線相互連接；控制器300與光電轉(zhuǎn)化器 100和非對稱蓄電池組200之間分別通過控制總線進(jìn)行連接。此外太陽能電 池還包括對非對稱蓄電池組200內(nèi)的各蓄電池進(jìn)行電壓檢測的電壓檢測 器、和與所述非對稱蓄電池組200內(nèi)的各蓄電池相連接的開關(guān)組、還對非對 稱蓄電池組200設(shè)置有防止過充、充放、過壓、過流、過熱、倒流的保護(hù)電 路。
請進(jìn)一步參見圖2，是本發(fā)明的太陽能電池一個(gè)具體實(shí)施例的電路圖， 本實(shí)施例中的光電轉(zhuǎn)換裝置IOO可選才奪由n個(gè)光伏電芯串聯(lián)或并聯(lián)或混聯(lián)組 成，如可由12個(gè)光伏電芯串聯(lián):耳關(guān)接組成。非對稱蓄電池組200是由兩個(gè)滿 電量時(shí)為4.2V的鋰離子電池組成，如圖2所示NB1和NB2，其中小容量蓄 電池單元NB1的容量為250mAH，大容量蓄電池單元NB2的容量為 650mAH，經(jīng)適當(dāng)充電后其電壓能夠滿足便攜設(shè)備對電源電壓的要求。另夕卜， 非對稱蓄電池組200還設(shè)有對NB1、 NB2進(jìn)行電壓檢測的電壓檢測器(圖 中未示)，NB1、 NB2的電壓信號分別是VM1、 VM2;同時(shí)設(shè)有開關(guān)組，包 括DK-1、 DK-2; DK+1、 DK+2; CK+1、 CK+2、 CK-l和CK-2，本實(shí)施例 中采用了低功耗COMS開關(guān)，用于控制NB1、 NB2的充放電狀態(tài)，其連接 方式詳見圖示，此不贅述。圖2所示的開關(guān)狀態(tài)為小容量蓄電池單元充電、 大容量蓄電池單元處于等待的狀態(tài)。
本實(shí)施例中的控制器300是由低功耗帶多路模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC) 的微處理器組成；也可采用PIC18L系列單片機(jī)，該控制器的輸入信號為 NB1、 NB2的電壓4言號VM1、 VM2，其輸出4言號為DK-1、 DK-2; DK+1、 DK+2; CK+1、 CK+2、 CK-1和CK-2的開關(guān)信號，用于控制各開關(guān)的通斷 狀態(tài)。
此外，還在光電轉(zhuǎn)化器100、和非對稱蓄電池組200之間設(shè)有保護(hù)電路， 本實(shí)施例中的保護(hù)電路采用了普通肖特基二極管Dl，根據(jù)二極管的單向?qū)?電性，用于防止充電時(shí)產(chǎn)生電流的過充、過壓、過流、過熱、倒流，這是因
為在實(shí)際應(yīng)用中，光環(huán)境有可能變化很大，那么光伏電池的輸出電壓有可能 會(huì)出現(xiàn)不穩(wěn)定情況，故此二極管用于在該種情況下，防止光伏電池組流向蓄 電池組的電流發(fā)生逆流。當(dāng)然在實(shí)際應(yīng)用中，還可在非對稱蓄電池組200
的每個(gè)電池單元NB1和NB2上分別設(shè)有一個(gè)用于防止過充、充放、過壓、 過流、過熱、倒流的保護(hù)電路，設(shè)于所述光電轉(zhuǎn)換裝置與所述非對稱蓄電池 組之間、或設(shè)于所述非對稱蓄電池組的每個(gè)電池單元。
本發(fā)明的具有非對稱蓄電池組的太陽能電池的工作過程如下 首先，控制器300定時(shí)通過電壓檢測蓄電池單元NB1、 NB2的電壓信號 VM1、 VM2，當(dāng)上述兩個(gè)蓄電池單元的電壓VM1、 VM2都小于設(shè)備的開機(jī)電壓 值時(shí)，控制器300選擇閉合開關(guān)CK+1、 CK-1，斷開其余開關(guān)，如圖2所示， 優(yōu)先對小容量蓄電池NB1進(jìn)行充電，大容量蓄電池則處于等待狀態(tài)。對于使 用者而言，此時(shí)即可救急，將原本無電的手機(jī)、電腦等電子設(shè)備進(jìn)行快速啟 動(dòng)開機(jī)的操作。通過優(yōu)先對小容量蓄電池單元NB1進(jìn)行充電，從而有效地縮 短了達(dá)到設(shè)備的開機(jī)電壓所需的時(shí)間。
其次，控制器300控制光電轉(zhuǎn)換裝置100當(dāng)電壓檢測器檢測到蓄電池單 元NB1的電壓VM1達(dá)到開機(jī)電壓值時(shí)，控制器300選擇閉合開關(guān)DK+1、 DK-1、 CK+2、 CK-2,斷開其余開關(guān)，如圖3所示，從而選擇NB1對外放 電，光電轉(zhuǎn)換裝置100則轉(zhuǎn)而對大容量蓄電池NB2進(jìn)行充電。本發(fā)明的獨(dú)特
情況下，使用光能對無法達(dá)到設(shè)備開機(jī)電壓的太陽能蓄電池進(jìn)行選擇性充 電，由于只選擇具有非對稱蓄電池組的太陽能電池中的小容量蓄電池進(jìn)行充 電，而不像其它的光伏電池充電方法那樣選擇一個(gè)大容量蓄電池單元或一整 個(gè)電池組作為充電對象。因此，通過本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)對小容量蓄電池單元的 快速充電，從而實(shí)現(xiàn)在設(shè)備徹底沒電情況下，通過太陽能充電后用戶可以快 速啟動(dòng)并使用設(shè)備的目的。
需要說明的是，第一，雖然本實(shí)施例4又考慮了一個(gè)小容量蓄電池單元和 一個(gè)大容量蓄電池單構(gòu)成蓄電池組的情況，然而通常在實(shí)際應(yīng)用中也同樣適 用于多個(gè)大容量蓄電池單元和一個(gè)小容量蓄電池單元的組合。其基本工作原
理同樣是在所有蓄電池都沒電的情況下，控制器控制優(yōu)先對小容量蓄電池 單元進(jìn)行充電。第二，個(gè)別或全部電池達(dá)到開機(jī)電壓的充電、放電選擇的策 略和順序也可變化為很多不同的選擇方案。第三，相關(guān)電路在滿足本發(fā)明的 基本原理下，可以有無數(shù)的組合、變型、優(yōu)化方案，相關(guān)元器件的選擇也是 可變的。因此，本專業(yè)普通技術(shù)人員應(yīng)該明白，本發(fā)明并不僅僅限于上述實(shí) 施例，在上述實(shí)施例基礎(chǔ)上，所做出的未超出權(quán)利要求保護(hù)范圍的任何形式 和細(xì)節(jié)的變化，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可對上述非對稱電池組控制器的電路和邏 輯做出各種改型，對電池組中電池單元數(shù)量進(jìn)行不同的組合調(diào)整，這些都應(yīng) 該屬于本發(fā)明所要保護(hù)的范圍。
權(quán)利要求
1.一種具有非對稱蓄電池組的太陽能電池，包括光電轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于，還包括非對稱蓄電池組，與所述光電轉(zhuǎn)換裝置相互連接且將所述光電轉(zhuǎn)換裝置輸出的電能予以儲(chǔ)存，所述非對稱蓄電池組包括至少兩個(gè)蓄電池，其中一個(gè)蓄電池為小容量蓄電池，所述小容量蓄電池的電容量小于其余蓄電池的容量。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的太陽能電池，其特征在于，所述小容量蓄電池的 電容量小于或等于其余蓄電池中容量最小的蓄電池電容量的2/3。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的太陽能電池，其特征在于，還包括至少一個(gè) 用于防止過充、過壓、過流、過熱、倒流的保護(hù)電路，設(shè)于所述光電轉(zhuǎn)換裝 置與所述非對稱蓄電池組之間、或設(shè)于所述非對稱蓄電池組的每個(gè)電池單元。
4. 沖艮據(jù)權(quán)利要求3所述的太陽能電池，其特征在于，所述保護(hù)電路包括一 個(gè)肖特基二極管。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2、 3或4所述的太陽能電池，其特征在于，所述非對稱 蓄電池組包括兩個(gè)蓄電池，其中所述小容量蓄電池的電容量為250毫安時(shí)， 大容量蓄電池的電容量為650毫安時(shí)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求l-5任一所述的太陽能電池，其特征在于，所述光電轉(zhuǎn)換 裝置為光伏電池。
7. 根據(jù)權(quán)利要求l-6任一所述的太陽能電池，其特征在于，所述電池為便 攜式電子設(shè)備上的供電單元，所述便攜式電子設(shè)備包括手機(jī)、對講機(jī)、數(shù)碼 相機(jī)、個(gè)人數(shù)字助理器、數(shù)碼照相機(jī)、電子書、數(shù)碼攝像機(jī)或筆記本電腦。
8. —種非對稱蓄電池組，包括至少兩個(gè)蓄電池，其特征在于，其中一個(gè)蓄 電池為小容量蓄電池，所述小容量蓄電池的電容量小于其余蓄電池的容量。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的太陽能電池，其特征在于，所述小容量蓄電池的 電容量小于或等于其余蓄電池中容量最小的蓄電池電容量的2/3。
10. 根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的非對稱蓄電池組，其特征在于，所述非對稱 蓄電池組包括兩個(gè)蓄電池，其中所述小容量蓄電池的電容量為250毫安時(shí)， 大容量蓄電池的電容量為650毫安時(shí)。
11. 一種具有非對稱蓄電池組的太陽能電池的充電放電方法，用于對電子設(shè) 備進(jìn)行供電，采用如權(quán)利要求1-7所述的太陽能電池，其特征在于，包括以 下步驟首先，檢測所述太陽能電池中各蓄電池的電壓；當(dāng)每個(gè)蓄電池的電壓都小于所述電子設(shè)備的開機(jī)電壓值時(shí)，則光電轉(zhuǎn)換 裝置優(yōu)先對所述小容量蓄電池充電，其余蓄電池處于等待狀態(tài)；待所述小容量蓄電池的電壓達(dá)到設(shè)備的開機(jī)電壓值后，再對其余所述大 容量蓄電池單元充電，并同時(shí)^f吏所述'J、容量蓄電池對所述電子設(shè)備進(jìn)行放電。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，所述光電轉(zhuǎn)換裝置為光伏 電池；所述電子設(shè)備包括手機(jī)、對講機(jī)、數(shù)碼相機(jī)、個(gè)人數(shù)字助理器、數(shù)碼 照相機(jī)、電子書、數(shù)碼攝像機(jī)或筆記本電腦。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種具有非對稱蓄電池組的太陽能電池以及非對稱蓄電池組，所述非對稱蓄電池組包括一個(gè)小容量的蓄電池單元和一個(gè)或多個(gè)大容量蓄電池單元。利用小容量蓄電池單元充電時(shí)間較短的特性，太陽能電池在智能控制器的管理下，可以在用電設(shè)備的電池電壓不足而停止工作的情況下，優(yōu)先選擇對小容量蓄電池單元進(jìn)行充電，使其在較短的時(shí)間內(nèi)達(dá)到設(shè)備重新啟動(dòng)和基本使用所需的電壓水平。之后，再逐個(gè)對大容量的蓄電池單元進(jìn)行充電。該太陽能蓄電池組的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)很好地滿足了用戶在緊急情況下通過光能快速充電快速開啟設(shè)備并正常使用的需求。
文檔編號H02J7/00GK101174773SQ20071014546
公開日2008年5月7日 申請日期2007年9月13日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月15日
發(fā)明者張征宇 申請人:北京恒基偉業(yè)投資發(fā)展有限公司