CN102709968A - 太阳能现场电源系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种太阳能现场电源系统，包括太阳能光伏器件、滤波电路、负载供电电路、蓄电池、MCU电源电路以及MCU控制电路；所述太阳能光伏器件与蓄电池通过电路连接实现对蓄电池的充电，所述太阳能光伏器件与蓄电池之间设有一用来调节充电能量供给的PWM开关；所述太阳能光伏器件与滤波电路通过电路连接实现为负载直接供电，所述太阳能光伏器件与滤波电路之间设有一用来调节能量供给的PWM开关；所述蓄电池与滤波电路通过电路连接实现蓄电池为负载供电，所述蓄电池与滤波电路之间设有一控制通断的通断控制器；所述滤波电路通过电路连接向负载供电电路提供稳定的电力；所述MCU电源电路通过分别连接太阳能光伏器件和蓄电池来取电，同时给所连接的MCU控制电路供电。

Description

太阳能现场电源系统

技术领域：

本发明涉及一种供电系统，特别涉及一种太阳能现场电源系统。

背景技术：

随着太阳能发电在离网系统应用的不断普及，太阳能充电控制器便得到了大规模的使用，人们希望太阳能发电可以非常稳定地运用在相关的远程不便于电力施工的场合。

然而，目前市场上所售的太阳能充电控制器几乎都采用了蓄电池稳压的技术，就是用蓄电池的储电能力对充电和负载工作进行稳压，于是当蓄电池两极电压比较低的时候，蓄电池可以起到一部份稳压作用。通常情况下，蓄电池在充电时两极之间的电压将高于蓄电池的正常工作电压，于是负载工作的电压也将高于其正常工作的电压，其后果将导致部份负载不能工作或者损坏。另外一旦蓄电池因故障损坏将可能导致充电控制器不能正常工作，将使得负载无法工作。

因为，目前市场上所售充电控制器采用蓄电池稳压的技术，在蓄电池处在欠电状态、电压低于负载最低工作电压时，充电控制器对蓄电池进行充电，必须等到蓄电池电压上升到负载供电打开的电压值时，负载才能获得供电，由于太阳能发电的不稳定性，和蓄电池在欠电状态时电量恢复的速度的不确定性，这一段时间将是无法估算的，最终有可能使得太阳能发电系统形同虚设，无法为负载提供电力。

另外市场上所售的充电控制器的充电能力都是指该充电控制器的正常充电电流值，不论被充蓄电池的实际容量大小，充电控制器的输出的电流是最大电流是不变的(能够输出的最大电流是不变的)，因此这类充电控制器很大部份是不能满足不同容量蓄电池对充电电流控制的需要。

发明内容：

鉴于上述技术问题，本发明提供了一种太阳能现场电源系统。该系统中的太阳能发电通过PWM脉宽调节直接(为)负载供电技术。并且蓄电池充电和太阳能发电直接(为)负载供电的调节技术，通过调节两个PWM开关使得负载供电得到满足，同时使得太阳能光伏器件的剩余部份有效地用于蓄电池充电。另外，该系统对充电功率电路和负载供电功率电路的实时温度测量方法，可以有效控制脉宽调节元器件的温度，保证电路稳定工作。系统中的MCU控制电路的电源电路通时向太阳能发电和蓄电池取电，使得MCU可以工作于太阳能发电和蓄电池供电的两种条件。

本发明系统通过程序设置，可实现太阳能发电的为负载供电和为蓄电池充电的策略；通过计算蓄电池充电功率的方法来确认太阳能发电可以为负载供电，完成由蓄电池供电向太阳能发电直接供电的切换；对蓄电池容量和充电电流的设定来调节蓄电池充电电流，对不同容量蓄电池的都能采用合适的电流进行充电。通过对蓄电池充放电的实时测量，由MCU完成对蓄电池电量的实时计算。

本发明的具体技术方案如下：

太阳能现场电源系统，包括太阳能光伏器件、滤波电路、负载供电电路、蓄电池、MCU电源电路以及MCU控制电路；其特征在于，所述太阳能光伏器件与蓄电池通过电路连接实现对蓄电池的充电，所述太阳能光伏器件与蓄电池之间设有一用来调节充电能量供给的PWM开关；所述太阳能光伏器件与滤波电路通过电路连接实现直接供电，所述太阳能光伏器件与滤波电路之间设有一用来调节能量供给的PWM开关；所述蓄电池与滤波电路通过电路连接实现蓄电池供电，所述蓄电池与滤波电路之间设有一控制通断的通断控制器；所述滤波电路通过电路连接向负载供电电路提供稳定的电力；所述MCU电源电路通过分别连接太阳能光伏器件或蓄电池来取电，同时给所连接的MCU控制电路供电。

上述方案中，所述太阳能光伏器件与滤波电路之间设有一控制通断的通断控制器。

上述方案中，所述蓄电池与滤波电路之间所设的通断控制器还可以替换为PWM开关。

上述方案中，所述MCU控制电路通过其数据输出接口向其它协同工作系统、上位机以及信息管理系统报告实时工作数据以及电量数据。

上述方案中，所述太阳能光伏器件能更换为风能发电装置或者机械能发电装置。

本发明具有以下有益效果：

(1)本发明使得负载系统更容易进入工作状态，当太阳能发电或者风力发电能够满足负载工作的要求，负载就能立即进入工作状态，不需要等蓄电池电压上升到充电控制器设置的开启电压；

(2)没有蓄电池或者蓄电池损坏，本发明一样可以使负载进行良好的工作，而对于市场上销售的充电控制器来说这时不可能的；

(3)由于平时蓄电池处于备份状态，因此蓄电池充放电的时间和次数都将大幅度延长，同时针对蓄电池的容量配置最合适的恒流充电的电流值，本发明有效地延长了蓄电池使用寿命；

(4)本发明增加了对功率电路的温度测量，可以有效地调节系统工作状态，对系统进行高温保护，使得系统的可靠性增加；

(5)本发明具有数据传输接口，可以有效地和相关工作系统、上位机和信息管理系统进行信息交换，实现对电源电量的自动化管理。

附图说明：

以下结合附图和具体实施方式来进一步说明本发明。

图1为本发明所述的太阳能现场电源系统的方案一电路框图。

图2为本发明所述的太阳能现场电源系统的方案二电路框图。

图3为本发明所述的太阳能现场电源系统的方案三电路框图。

图4为本发明所述的太阳能现场电源系统中大功率器件散热和测温的结构图。

图5为本发明所述的太阳能现场电源系统的流程图一。

图6为本发明所述的太阳能现场电源系统的流程图二。

图7为本发明所述的太阳能现场电源系统的流程图三。

具体实施方式：

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。

如图1所示，作为本发明所述系统的方案一，这种太阳能现场电源系统，包括太阳能光伏器件101、滤波电路106、负载供电功率电路102、蓄电池103、MCU电源电路104以及MCU控制电路105。其中，太阳能光伏器件101与滤波电路106之间还设有通断控制器112和PWM开关114。太阳能光伏器件101与蓄电池103之间还设有PWM开关115。蓄电池103与PWM开关114之间还设有通断控制器113。

整个系统由太阳能光伏器件发电后向两个分支电路供电。其中，太阳能光伏器件101发电后经通断控制器112由PWM开关114进行降压调节后，再经过滤波电路106以后向负载供电功率电路102直接提供电力，这样一条电力供应通路彻底摆脱了对蓄电池稳压的依赖。

当通断控制器112设置为断时，将没有太阳能发电为负载供电。滤波电路106的作用是为负载提供稳定的直流电。同时太阳能光伏器件101由PWM开关115调节后向蓄电池103进行充电，当PWM开关115的脉冲宽度为0时，将没有电流为蓄电池充电。

当通断控制器113设置为通时，蓄电池为负载供电，PWM开关114对蓄电池供电进行稳压。

当通断控制器112和通断控制器113都被设置为断时，将没有对负载供电。

另外，在图1中，U(107)、I(108)、U/I(109)、U/I(110)和I(111)分别为对电路中电压电流的测量，MCU用以计算并控制PWM开关114调节负载供电和控制PWM开关115调节蓄电池充电以及过压、过流、欠压保护；T(117)、T(118)和T(119)分别对蓄电池温度、负载供电功率电路、蓄电池充电功率电路进行温度测量，MCU用以计算并进行温度补偿以及高温保护。

整个太阳能现场电源系统在MCU控制电路105的控制下工作，为了保证控制电路的工作，MCU电源电路104通时向太阳能发电和蓄电池取电，然后向MCU控制电路105供电。MCU控制电路105还通过其数据输出接口116向其它协同工作系统、上位机以及信息管理系统报告实时工作数据以及电量数据。

如图2所示，作为本发明系统的方案二，其与方案一相比，区别在于方案二中减少了通断控制器112和电流测量点I(108)。

如图3所示，作为本发明系统的方案三，其与方案二相比，区别在于方案三中将通断控制器113改编成了PWM开关113，以便对蓄电池输出电压进行调压。

如图4所示，上述三个方案中的大功率器件的散热和测温结构分别由PCB板401、大功率元件402、大功率元件散热片403以及测温元件404构成。

需要强调的是，系统中的太阳能光伏器件还能更换为风能发电装置或者机械能发电装置等其他形式的发电装置。

如图5所示，该图为系统通过程序设定的处理流程，具体如下：

(1)太阳能发电为负载供电的优先级高于为蓄电池充电的优先级，所以当有太阳能发电时首先满足负载供电的需要；

(2)当太阳能发电不能满足负载供电的需要、同时蓄电池储存的电量可以满足负载供电时，采用蓄电池为负载供电；

(3)当太阳能发电和蓄电池储存电量之和不能满足负载供电的需要，系统将停止对负载供电；

(4)当太阳能发电不能满足负载供电的需要，将这部分发电用于蓄电池充电。

如图6所示，该图为系统判断是否切换到太阳能发电直接供电的流程图。

其中，当负载供电从蓄电池供电切换到太阳能发电直接供电时，需要对太阳能发电的带载能力进行确认，为此我们采用临时打开蓄电池充电调节PWM开关115，通过U(110)采集到蓄电池充电的电压值和电流值的乘积来确定太阳能发电能够是否满足负载供电的需要，最后决定是否切换到太阳能发电直接供电。

如图7所示，该图为系统对蓄电池容量或者对充电电流的设定流程图。

其中，首先设定蓄电池额定容量或者恒流充电电流，然后计算和保存恒流充电电流，接着取蓄电池电压、电流、蓄电池温度等参数；如果符合涓流充电条件，就设定为涓流充电；如果符合恒流充电条件，就设定为恒流充电；如果符合恒压充电条件，就设定为恒压充电；如果符合浮充充电条件，就设定为浮充充电；如果皆不符合则生成蓄电池错误报告。

上述流程通过对蓄电池容量或者对充电电流的设定来满足不同容量蓄电池对充电电流的需要，利于蓄电池寿命的延长和蓄电池充满电后的长时间为负载供电。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (5)

1.太阳能现场电源系统，包括太阳能光伏器件、滤波电路、负载供电电路、蓄电池、MCU电源电路以及MCU控制电路；其特征在于，所述太阳能光伏器件与蓄电池通过电路连接实现对蓄电池的充电，所述太阳能光伏器件与蓄电池之间设有一用来调节充电能量供给的PWM开关；所述太阳能光伏器件与滤波电路通过电路连接实现直接供电，所述太阳能光伏器件与滤波电路之间设有一用来调节能量供给的PWM开关；所述蓄电池与滤波电路通过电路连接实现蓄电池供电，所述蓄电池与滤波电路之间设有一控制通断的通断控制器；所述滤波电路通过电路连接向负载供电电路提供稳定的电力；所述MCU电源电路通过分别连接太阳能光伏器件或蓄电池来取电，同时给所连接的MCU控制电路供电。

2.根据权利要求1的太阳能现场电源系统，其特征在于，所述太阳能光伏器件与滤波电路之间设有一控制通断的通断控制器。

3.根据权利要求1的太阳能现场电源系统，其特征在于，所述蓄电池与滤波电路之间所设的通断控制器还可以替换为PWM开关。

4.根据权利要求1或2或3的太阳能现场电源系统，其特征在于，所述MCU控制电路通过其数据输出接口向其它协同工作系统、上位机以及信息管理系统报告实时工作数据以及电量数据。

5.根据权利要求4的太阳能现场电源系统，其特征在于，所述太阳能光伏器件能更换为风能发电装置或者机械能发电装置。

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