CN102891518A - 智能太阳能充电控制器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种智能太阳能充电控制器，包括中央处理器、信号调理电路、通讯接口、第一温度传感器、第二温度传感器、键盘显示器和依次串联的光伏电池、充电控制电路、蓄电池、放电控制电路、负载电路，中央处理器接收第一温度传感器和第二温度传感器的信号，信号调理电路接收光伏电池、蓄电池和负载电路产生的电压和电流信号，中央处理器接收信号调理电路处理的信号，并控制充电控制电路和放电控制电路，通讯接口、键盘显示器均与中央处理器信号连接。本发明的有益效果是，在保证最大限度利用太阳能的同时，通过对系统参数的精确测量、计算与控制，以达到保护蓄电池，延长其工作寿命的效果。

Description

智能太阳能充电控制器

技术领域

本发明涉及一种能对蓄电池进行充电、放电进行管理和控制的电路设计，是一种能够把太阳能转换成化学能储存在蓄电池中，根据实际需要供负载使用。控制器具有实时数据采集、状态监测与控制、数据通讯等功能，属于新能源应用技术领域。

背景技术

能源危机和环境污染的问题使得太阳能、风能等可再生清洁能源的应用受到各国的高度重视。太阳能一般不能直接使用，需要先将光伏阵列产生的电能储存到蓄电池中，然后才能使用，因此针对太阳能应用的充放电控制器成为太阳能供电系统的核心。目前，该类控制器产品型号较多，技术比较成熟，其基本原理都是对电压、电流和温度信号进行采集，利用PWM技术进行充放电的控制，产品具有过充、过放和过载保护等功能。这些产品也存在不足之处，主要表现在：

（1）采集的数据不够全面，精度不高。通常控制器只是采集了光伏阵列电压、蓄电池电压、负载电流和控制器温度信号，数据不够全面。比如借用控制器自身的温度值作为控制参数的调整是不合理的，它与蓄电池的温度是不一样的。

（2）电池电量估算不够科学，控制策略也不够合理。根据蓄电池电压来判断蓄电池的电量虽然简单，但是不够准确，因为在充放电过程中，蓄电池电压受充电电源和负载的影响较大，不能真实反映蓄电池电量，造成充电时显示已满，而断开充电电路，蓄电池的电量指示急剧下降的现象；另外在恒压充电时，经历长时间充电后，虽然电量已增加很多，但是电量指示却不会发生任何变化，这与实际不符。还有仅仅依据电压、电流和充电时间来切换充电状态也不够科学，因为环境因素的变化会影响光伏阵列的电压和电流的大小，从而会影响系统的进程和状态。

（3）现有控制器不具备通讯接口，不能在线设置和修改控制参数，无法实现网络化集中控制的功能。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：为了解决现有控制器精度不高，电量估算不准确，控制不够合理的技术问题，本发明提供一种智能太阳能充电控制器。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种智能太阳能充电控制器，包括中央处理器、信号调理电路、通讯接口、第一温度传感器、第二温度传感器、键盘显示器和依次串联的光伏电池、充电控制电路、蓄电池、放电控制电路、负载电路，所述的中央处理器接收第一温度传感器和第二温度传感器的信号，所述的信号调理电路接收光伏电池、蓄电池和负载电路产生的电压和电流信号，所述的中央处理器接收信号调理电路处理的信号，并控制充电控制电路和放电控制电路，所述的通讯接口、键盘显示器均与中央处理器信号连接。

所述的信号调理电路采用差分放大电路，对电压和电流信号进行预处理，对差模信号进行放大，抑制共模信号，解决系统不共地时的数据测量问题。

为了提高测量精度，所述的中央处理器中包括高精度AD转换器。

所述的第一温度传感器和第二温度传感器均采用单总线数字温度传感器18B20，具有接口简单、测量精度高等优点，所述的第一温度传感器和第二温度传感器分别接收蓄电池和充、放电控制电路的温度信号，分开接收蓄电池和充、放电控制电路的温度信号，使得检测更加准确。

所述的充电控制电路和放电控制电路采用PWM信号控制，实现对充放电电路的电压、电流的精确控制功能。

所述的通讯接口采用RS-485总线接口电路，实现控制器和控制计算机之间的远距离数据传输。

本发明的有益效果是，在保证最大限度利用太阳能的同时，通过对系统参数的精确测量、计算与控制，以达到保护蓄电池，延长其工作寿命的效果。本发明可用于LED路灯网、农业节水灌溉、池塘养殖、移动通讯等无人值守场合的电源系统，通过总线构成网络，实现现场数据的采集和集中控制。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明智能太阳能充电控制器最优实施例的结构示意框图。

具体实施方式

现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

如图1所示，是本发明智能太阳能充电控制器最优实施例，包括中央处理器、信号调理电路、通讯接口、第一温度传感器、第二温度传感器、键盘显示器和依次串联的光伏电池、充电控制电路、蓄电池、放电控制电路、负载电路，所述的中央处理器接收第一温度传感器和第二温度传感器的信号，所述的信号调理电路接收光伏电池、蓄电池和负载电路产生的电压和电流信号，所述的中央处理器接收信号调理电路处理的信号，并控制充电控制电路和放电控制电路，通讯接口、键盘显示器均与中央处理器信号连接。信号调理电路采用差分放大电路。中央处理器采用高精度AD转换器。第一温度传感器和第二温度传感器均采用单总线数字温度传感器18B20。充电控制电路和放电控制电路采用PWM信号控制场效应管。通讯接口采用RS-485总线接口电路。

中央处理器作为控制器的测量与控制核心，对光伏电池、蓄电池和负载电路的电压、电流信号及温度传感器的信号进行数据采集，利用两路温度传感器分别测量蓄电池和充、放电控制电路的实时温度，根据测量结果对蓄电池和充、放电控制电路进行控制，实现能量的转换与传输。同时对光伏电池发电量、蓄电池电量等参数进行计算，并进行集中显示。通过通讯接口接收来自控制计算机下发的控制数据，上传系统的测量数据和工作状态。

1.利用差分放大电路和高精度AD转换器对光伏电池、蓄电池和负载电路的电压、电流等多参数进行精确测量，并利用过采样技术将AD转换器的分辨率由10位提高到13位；利用两路温度传感器（DS18B20）分别测量蓄电池和充、放电控制电路的实时温度，可以同时进行温度的测量，不仅测量精确，而且提高效率。系统具有测量参数多、速度快、精度高等优点，为系统发电量计算、蓄电池当前电量计算、负载供电时间计算以及本发明的控制器的精确控制提供了基础。

2.根据光伏电池的电压、电流计算光伏电池的功率，然后对时间进行积分计算光伏电池的累积发电量；利用蓄电池的电流对时间积分计算电量的增量，结合初始电量给出蓄电池的当前电量值；根据蓄电池的当前电量、允许的最大放电深度和负载的当前电流计算负载的最大供电时间。该技术方案解决了现有控制器利用蓄电池电压来评判当前电量所带来电量计量不准确的问题。

3.本发明的控制器仍然采用PWM信号控制CMOS开关管进行充放电的设计方案，分为快速充电、恒压充电和浮充充电三种控制工作方式，与现有太阳能充电控制器的区别是利用蓄电池的当前电量和电压作为控制器工作状态转换的条件，而不是仅仅依赖于蓄电池电压单一参数确定工作状态。

4.本发明的控制器增加了RS-485串行总线接口设计，可以通过该接口进行控制器工作参数的设定与修改；定时上传控制器采集的数据、计算数据和工作状态，为控制器性能的评估、乃至整个系统的效益分析提供数据支持；另外还可以根据需要将多个控制器组成基于总线的有线或无线网络，便于实现集中管理与控制，如太阳能路灯、交通信号灯等系统的控制。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (6)

1.一种智能太阳能充电控制器，其特征在于：包括中央处理器、信号调理电路、通讯接口、第一温度传感器、第二温度传感器、键盘显示器和依次串联的光伏电池、充电控制电路、蓄电池、放电控制电路、负载电路，所述的中央处理器接收第一温度传感器和第二温度传感器的信号，所述的信号调理电路接收光伏电池、蓄电池和负载电路产生的电压和电流信号，所述的中央处理器接收信号调理电路处理的信号，并控制充电控制电路和放电控制电路，所述的通讯接口、键盘显示器均与中央处理器信号连接。

2.如权利要求1所述的智能太阳能充电控制器，其特征在于：所述的信号调理电路采用差分放大电路。

3.如权利要求2所述的智能太阳能充电控制器，其特征在于：所述的中央处理器中包括高精度AD转换器。

4.如权利要求3所述的智能太阳能充电控制器，其特征在于：所述的第一温度传感器和第二温度传感器均采用单总线数字温度传感器18B20，所述的第一温度传感器和第二温度传感器分别接收蓄电池和充、放电控制电路的温度信号。

5.如权利要求4所述的智能太阳能充电控制器，其特征在于：所述的充电控制电路和放电控制电路采用PWM信号控制。

6.如权利要求5所述的智能太阳能充电控制器，其特征在于：所述的通讯接口采用RS-485总线接口电路。