CN101997335A

CN101997335A - 电源控制系统及控制方法

Info

Publication number: CN101997335A
Application number: CN2010102108281A
Authority: CN
Inventors: 张矿
Original assignee: Zhuhai Comleader Information Technology Co Ltd
Current assignee: Zhuhai Comleader Information Technology Co Ltd
Priority date: 2010-06-25
Filing date: 2010-06-25
Publication date: 2011-03-30

Abstract

本发明公开了一种可以保持持续、稳定利用太阳能、市电和蓄电池智能切换供电，并且能实时监控电源供电情况的电源控制系统及控制方法。本系统包括电源控制器(1)，它包括工作状态和电压检测电路(11)、电源输出控制电路(12)、MCU供电电路(13)、MCU主控电路(14)、串口通信电路(15)、蓄电池充电状态切换电路(16)、蓄电池过充/放保护电路(17)、工作程序控制装置(18)，所述工作程序控制装置(18)包括MCU和控制程序并连接有MCU的编程接口、复位开关及输入输出辅助端子，本发明可广泛应用于太阳能、市电、蓄电池组合供电系统。

Description

电源控制系统及控制方法

技术领域

本发明涉及一种电源控制系统及控制方法。

背景技术

随着人类的不断发展，能源消耗越来越大，同时对环境的影响也越来越大，整个社会将更多的注意力转向了新能源的开发，取之不竭的太阳能无疑成为了目前开发热点之一。由于太阳能电池往往需要有足够强的光照条件下才能供电，并且存在光电转换板受光面积小，光电转换效率不高，造成不稳定的问题。因而通常通过大量太阳能电池方阵对蓄电池进行充电，再由蓄电池向负载供电。因此，采用较优的方法控制太阳能电池对蓄电池的充电对于太阳能电池系统来说，显得尤为重要。

太阳能只能在白天而且光照足够强的情况下才能供电，如果考虑到蓄电池需要一天24小时不间断的工作，仅仅太阳能可能是不够的，所以有必要同时也引进220V市电的供电，220V市电可作为太阳能的补充，当有足够光照的时候，自动切换成为太阳能供电，当太阳能不能再供电时，而且当蓄电池的电压降低到一定值的时候，开始自动切换到市电的供电。

当把电源放到户外工作的时候，不可能派人每天24小时看着它供电是否正常，这也不现实，所以有必要做到可以在室内通过某种手段自动地获得电源目前的供电状况，串口和网口是目前比较通用的通信手段。

因此，需要一种智能切换太阳能、市电和蓄电池供电，并且能够通过一定渠道通信控制电源分流输出状态以及获取电源供电情况的智能电源控制系统，这样可以保证供电的连续性，也可以充分利用到太阳能，既环保又方便。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种可以保持持续、稳定利用太阳能、市电和蓄电池智能切换供电，并且能实时监控电源供电情况的电源控制系统及控制方法。

本发明所采用的技术方案是：本发明的控制系统包括电源控制器、太阳能电池、蓄电池、电网电源和负载，所述电源控制器与所述太阳能电池、蓄电池、电网电源和负载对应连接，所述电源控制器检测并控制所述太阳能电池、蓄电池、电网电源的工作状态，保障向所述负载输送电力，所述电网电源包括市电经开关电源后的直流电源，本发明包括工作状态和电压检测电路、电源输出控制电路、MCU供电电路、MCU 主控电路、串口通信电路、蓄电池充电状态切换电路、蓄电池过充/放保护电路、工作程序控制装置，所述MCU供电电路连接所述太阳能电池、蓄电池、电网电源，所述MCU主控电路分别与所述工作状态和电压检测电路、电源输出控制电路、MCU供电电路、串口通信电路、蓄电池充电状态切换电路、蓄电池过放电保护电路、工作程序控制装置电连接，所述MCU主控电路接受所述工作状态和电压检测电路传输的信号并与所述串口通信电路和工作程序控制装置进行交换处理后对所述电源输出控制是电路、蓄电池充电状态切换电路、蓄电池过充/放保护电路实施控制。

所述太阳能电池与所述电源控制器之间设置有太阳能电池放电继电器，所述电网电源与所述电源控制器之间设置有市电放电继电器，所述蓄电池和所述蓄电池过充/放保护电路之间设置有蓄电池过充保护开关、蓄电池过放保护开关。

所述工作程序控制装置包括MCU并连接有相应的程接口、复位开关及输入输出辅助端子。

本发明的控制方法包括以下步骤：

a：工作状态和电压检测电路主动检测太阳能电池、蓄电池和电网电源的电压，判断它们是否正常工作；

b：太阳能电池设定有一放电门限值，当其电压大于或等于所述放电门限值时，蓄电池充电状态切换电路切换太阳能电池给蓄电池充电以及给负载供电；当电压小于所述放电门限值时，蓄电池充电状态切换电路切换为电网电源给蓄电池充电以及给负载供电；

c：当检测到电网电源断电时，切换为太阳能电池给蓄电池充电以及给负载供电。

其中，在过充/放电保护中，当蓄电池的电压超过14.4V则蓄电池过充保护开关M1断开停止充电，蓄电池的电压小于13.2V后则闭合恢复充电；当蓄电池电压小于11V则蓄电池过放保护开关M2断开停止供电，蓄电池电压恢复至11.4V以上则闭合恢复给负载供电。

在步骤c中，当检测到电网电源断电且检测到无太阳能电池连接时，切换为蓄电池为负载供电。

所述太阳能电池、蓄电池和电网电源的电压信号以及蓄电池充放电状态信息通过串口通信电路送至上层控制单元，并通过该串口通信电路接受控制指令。

本发明的有益效果是：由于本发明包括工作状态和电压检测电路、电源输出控制电路、MCU供电电路、MCU主控电路、串口通信电路、蓄电池充电状态切换电路、蓄电池过充/放保护电路、工作程序控制装置，所述MCU供电电路连接所述太阳能电池、蓄电池、电网电源，所述MCU主控电路与所述工作状态和电压检测电路、电源输出控制电路、MCU供电电路、串口通信电路、蓄电池充电状态切换电路、蓄电池过充/放保护电路、工作程序控制装置电连接，所述MCU主控电路接受所述工作状态和电压检测电路传输的信号与所述串口通信电路和工作程序控制装置进行交换处理后对所述电源输出控制电路、蓄电池充电状态切换电路、蓄电池过充/放保护电路实施控制，上述系统可以保持持续、稳定利用太阳能、市电和蓄电池智能切换供电，并且在上层管理单元能实时监控电源供电情况。上述的控制方法能保证系统优先采太阳能电池池给蓄电池充电和负载供电，太阳能电池池功率不足时切换为交流市电给蓄电池充电和负载供电。

附图说明

图1是本发明控制系统的电路结构框图；

图2是本发明工作程序控制装置主程序控制流程示意图；

图3是本发明工作程序控制装置自检程序控制流程示意图；

图4是本发明工作程序控制中装置AD转换程序控制流程示意图。

具体实施方式

如图1所示，本发明包括电源控制器1、太阳能电池2、蓄电池3、电网电源4和负载5，所述电源控制器1与所述太阳能电池2、蓄电池3、电网电源4和负载5对应连接，所述电源控制器1检测并控制所述太阳能电池2、蓄电池3、电网电源4的工作状态，保障向所述负载5输送电力，所述电网电源4包括市电经开关电源后的直流电源，所述电源控制器1包括工作状态和电压检测电路11、电源输出控制电路12、MCU供电电路13、MCU主控电路14、串口通信电路15、蓄电池充电状态切换电路16、蓄电池过充/放保护电路17、工们程序控制装置18，所述MCU供电电路13连接所述太阳能电池2、蓄电池3、电网电源4，所述MCU主控电路14与所述工作状态和电压检测电路11、电源输出控制电路12、MCU供电电路13、串口通信电路15、蓄电池充电状态切换电路16、蓄电池过充/放保护电路17、工作程序控制装置18电连接，所述MCU主控电路14接受所述工作状态和电压检测电路11传输的信号与所述串口通信电路15和工作程序控制装置18进行交换处理后对所述电源输出控制电路12、蓄电池充电状态切换电路16、蓄电池过充/放保护电路17实施控制。

所述太阳能电池2与所述电源控制器1之间设置有太阳能电池放电继电器K1，所述电网电源4与所述电源控制器1之间设置有市电放电继电器K2，所述蓄电池3和所述蓄电池过充/放保护电路17之间设置有蓄电池过充保护开关M1、蓄电池过放保护开关M2。

所述工作程序控制装置18包括MCU并连接有相应的编程接口、复位开关及输入输出辅助端子。

本实施例中，具体设计和制作原理及方法如下：

一、逻辑和功能设计说明

1、太阳能电池、交流市电、蓄电池三者供电输入可选配置。所述交流市电是指电网电源，它是包括经过开关电源后的直流电源，太阳能电池最大可配置300W，蓄电池最大配置130AH/12V。建议择优的配置为太阳能电池100W，蓄电池65AH/12V。本控制器支持的组合为：市电；蓄电池；市电蓄电池；太阳能电池蓄电池；市电+太阳能电池+蓄电池等各种配置模式，另不支持太阳能电池模式，且市电+太阳能电池模式等同只接市电模式。

2、蓄电池支持太阳能电池和市电两种充电方式，太阳能电池采用浮充、市电采用均压充电，互为备用。优先使用太阳能电池给蓄电池充电和负载供电，待太阳能电池功率不够后改由市电给蓄电池充电和负载供电，太阳能电池功率判断电压为18.5V，若超过该电压则由太阳能电池充电，否则改由市电充电，控制器具备蓄电池过充保护，保护电压为14.4V，并给出LED状态指示，保护为熄灭状态。保护后停止充电，由蓄电池放电，放电致13.2V恢复充电。

3、当没有太阳能电池和市电状态下由蓄电池给负载供电，具备蓄电池过放保护，断开输出电压，停止给负载供电，保护电压为11V，并给出LED状态指示，保护为熄灭状态。过放保护后，蓄电池继续给电源控制器供电，当配置130AH/12的蓄电池时，过放保护后到蓄电池真正过放经验保护点10.5V，可保持电源自身工作至少7天。

4、当太阳能电池或市电恢复后可给蓄电池充电，蓄电池电压超过11.4V后恢复电压输出，负载可正常工作，实现自启动功能。

5、本地控制单元的供电由市电、太阳能电池、蓄电池三者任其一供电。

6、输出电压为12VDC (10.5V~14.5V)和5VDC(4.5V~5.5V)，输出最大负载电流为10A。另还有1路通过跳线选择12V或5V可控输出，输出最大负载电流为3A。各个输出口具备短路/过载保护功能。

7、蓄电池充放电状态，充电类型、蓄电池电压、市电是否掉电等信息的检测，并通过上述的串口通信电路15实现和上一级控制单元进行数据通信，同时还有可接收控制指令，实现本地控制。

8、另面板结构上还有对MCU的编程口和复位开关，太阳能电池、蓄电池和220VAC交流输入都是通过电源箱面板的连接器从电源箱的外部接入。电源设计中，需要新设计E-PMB电源管理单板，单板上支持DC/DC模块以及必要的输入、输出接口，单极与开关电源其同构成电源控制器，两者之间通过连线实现连接。

二、运行设计

1、运行过程

本设计最主要是实现了太阳能电池、交流市电、蓄电池三者充放电管理，并将电源运行状态通过串口通信电路15和上层控制单元进行数据通信。其中电源充放电的具体运行过程如下：

1)、系统优先采太阳能电池池给蓄电池充电和负载供电；

2)、太阳能电池池功率不足时切换为交流市电给蓄电池充电和负载供电；

3)、太阳能电池池不足且交流市电断电状态下自动切换为蓄电池输出放电给负载供电。

2、系统逻辑流程

系统运行的具体说明如下(当配置好电源输入上电后和更改配置，要按下复位键重启，K1太阳能电池池放电继电器、K2为市电放电继电器、M1为蓄电池过充保护开关、M2为蓄电池过放保护开关)：

当是太阳能电池池+开关电源+蓄电池的组合时，在初始状态工作程序控制装置18启动自检程序(如图3所示)，检查是否配有市电和蓄电池。然后启动主程序(如图2所示)，在上电后检测交流市电状态，有交流市电则K1断开、K2闭合、AD转换(其AD转换流程如图4所示)，M1、M2闭合，由市电给蓄电池充电和输出给设备供电(若停电则太阳能电池池和蓄电池给设备供电)，再检太阳能电池池电压，当其电压大于或等于放电门限值后，具体为18.5V，此时动作K1闭合、K2断开，改太阳能电池池给蓄电池充电和给设备供电，之后检测蓄电池充放电电流，若为充电电流则维持并循环检测该电流，若为放电电流，此时检主阳能电池池电压，判定是否是蓄电池过充保护，若是没有过充保护，此时再次检测交流市电，若无交流市电则继电器不动作并循环以上检测，若有交流市电则动作K1为断开，K2为闭合，由开关电源给蓄电池充电和给设备供电，并定时10分钟后再次检太阳能电池池电压来判定是否可以切太阳能电池池给蓄电池充电。如此循环，期间一旦遇到市电掉电则判定是否太阳能电池池连接，有则太阳能电池池给蓄电池充电和给设备供电(太阳能电池池功率不够和蓄电池一起给设备供电)，无则由蓄电池输出放电。

当然系统还可支持以下的配置组合方式，分别为市电、蓄电池、市电+蓄电池：

1)、市电。正常为K1断开、K2闭合、M1、M2闭合，始终由市电输出14V给负载供电。

2)、蓄电池。正常为K1闭合、K2断开，M1、M2闭合，由蓄电池给负载供电，当蓄电池电压超过14.4V则M1断开过充保护。电压小于11V则M2断开过放保护。

3)、市电蓄电池。正常为K1断开、K2闭合、M1、M2闭合。由市电给蓄电池充电和负载供电，当市电断电则由蓄电池给负载供电，蓄电池压小于11V则M2断开过放保护。

4)太阳能电池池蓄电池。正常为K1闭合、K2断开，M1、M2闭合，太阳能电池池给蓄电池充电和负载供电，当蓄电池电压超过14.4V则M1断开过充保护，由蓄电池给负载供电。蓄电池电压小于13.2V后闭合M1恢复充电；

太阳能电池池功率不足时由蓄电池太阳能电池池一起给负载供电，当蓄电池电压小于11V则M2断开过放保护，蓄电池电压恢复在11.4V以上则闭合M2恢复给负载供电。

Claims

1.一种电源控制系统，它包括电源控制器(1)、太阳能电池(2)、蓄电池(3)、电网电源(4)和负载(5)，所述电源控制器(1)与所述太阳能电池(2)、蓄电池(3)、电网电源(4)和负载(5)对应连接，所述电源控制器(1)检测并控制所述太阳能电池(2)、蓄电池(3)、电网电源(4)的工作状态，保障向所述负载(5)输送电力，所述电网电源(4)包括市电经开关电源后的直流电源，其特征在于：所述电源控制器(1)包括工作状态和电压检测电路(11)、电源输出控制电路(12)、MCU供电电路(13)、MCU主控电路(14)、串口通信电路(15)、蓄电池充电状态切换电路(16)、蓄电池过充/放保护电路(17)、工作程序控制装置(18)，所述MCU供电电路(13)连接所述太阳能电池(2)、蓄电池(3)和电网电源(4)，所述MCU主控电路(14)分别与所述工作状态和电压检测电路(11)、电源输出控制电路(12)、MCU供电电路(13)、串口通信电路(15)、蓄电池充电状态切换电路(16)、蓄电池过充/放保护电路(17)、工作程序控制装置(18)电连接，所述MCU主控电路(14)接受所述工作状态和电压检测电路(11)传输的信号，并与所述串口通信电路(15)和工作程序控制装置(18)进行交换处理后对所述电源输出控制电路(12)、蓄电池充电状态切换电路(16)、蓄电池过充/放保护电路(17)实施控制。

2.根据权利要求1所述的电源控制系统，其特征在于：所述太阳能电池(2)与所述电源控制器(1)之间设置有太阳能电池放电继电器(K1)，所述电网电源(4)与所述电源控制器(1)之间设置有市电放电继电器(K2)，所述蓄电池(3)和所述蓄电池过充/放保护电路(17)之间设置有蓄电池过充保护开关(M1)、蓄电池过放保护开关(M2)。

3.根据权利要求1所述的电源控制系统，其特征在于：所述工作程序控制装置(18)包括MCU并连接有相应的编程接口、复位开关及输入输出辅助端子。

4.一种利用权利要求1所述的电源控制系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

a：工作状态和电压检测电路(11)主动检测太阳能电池(2)、蓄电池(3)和电网电源(4)的电压，判断它们是否正常工作；

b：太阳能电池(2)设定有一放电门限值，当其电压大于或等于所述放电门限值时，蓄电池充电状态切换电路(16)切换太阳能电池(2)给蓄电池(3)充电以及给负载(5)供电；当电压小于所述放电门限值时，蓄电池充电状态切换电路(16)切换为电网电源(4)给蓄电池(3)充电以及给负载(5)供电；

c：当检测到电网电源(4)断电时，切换为太阳能电池(2)给蓄电池(3)充电以及给负载(5)供电。

5.根据权利要求4所述的控制方法，其特征在于：当蓄电池(3)的电压超过14.4V则蓄电池过充保护开关(M1)断开停止充电，蓄电池(3)的电压小于13.2V后则闭合恢复充电；当蓄电池(3)电压小于11V则蓄电池过放保护开关(M2)断开停止供电，蓄电池(3)电压恢复至11.4V以上则闭合恢复给负载(5)供电。

6.根据权利要求4所述的控制方法，其特征在于：在步骤c中，当检测到电网电源(4)断电且检测到无太阳能电池(2)连接时，切换为蓄电池(3)为负载(5)供电。

7.根据权利要求4所述的控制方法，其特征在于：所述太阳能电池(2)、蓄电池(3)和电网电源(4)的电压信号以及蓄电池(3)充放电状态信息通过串口通信电路(15)发送至上层控制单元，并通过该串口通信电路(15)接受控制指令。