CN103023108A

CN103023108A - 市电互补太阳能充电控制系统

Info

Publication number: CN103023108A
Application number: CN2012105376089A
Authority: CN
Inventors: 李智辉; 刘全玺; 石东; 王汉芝; 杨伟明
Original assignee: Changzhou Nesl Solartech Co Ltd; Tianjin University of Science and Technology
Current assignee: Changzhou Nesl Solartech Co Ltd; Tianjin University of Science and Technology
Priority date: 2012-12-13
Filing date: 2012-12-13
Publication date: 2013-04-03

Abstract

本发明涉及一种市电互补太阳能充电控制系统，包括逆变器、太阳能电池板、电源适配器、控制器、CMOS管开关电路和继电器电路，控制器包括中央处理器、日历芯片和电压电流测量电路，中央处理器根据日历芯片输出的时间识别用电高峰和低谷，并根据太阳能电池板电压、蓄电池电压和负载电流输出太阳能充电信号、市电充电信号、蓄电池充电控制信号、负载供电控制信号和逆变器供电控制信号；逆变器的输入端与控制器的逆变器供电通断控制信号输出端连接。本发明设计了日历芯片，除了根据蓄电池电量情况进行负载供电电源切换，还可以根据时间，在用电低谷时利用市电给负载供电，并可以根据电池电量情况为蓄电池充电，解决了太阳能电池供电不稳定的问题。

Description

市电互补太阳能充电控制系统

技术领域

本发明涉及一种电源切换的控制系统，特别涉及一种市电互补太阳能充电控制系统。

背景技术

太阳能既是一次能源，又是可再生能源。它资源丰富，既可免费使用，又无需运输，对环境无任何污染。为人类创造了一种新的生活形态，使社会及人类进入一个节约能源减少污染的时代。太阳能作为一种清洁能源具有普遍、无害、巨大和长久的优点。但是到达地球表面的太阳辐射的总量尽管很大，能流密度却很低。平均说来，北回归线附近，在垂直于太阳光方向1平方米面积上接收到的太阳能若按全年日夜平均，只有200W左右。而在冬季大致只有一半，阴天一般只有1/5左右，而且受到昼夜、季节、地理纬度和海拔高度等自然条件的限制以及晴、阴、云、雨等随机因素的影响，所以，到达某一地面的太阳辐照度既是间断的，又是极不稳定的，这给太阳能的大规模应用增加了难度。利用太阳能充电控制器，就可以很好地解决蓄能问题，即把晴朗白天的太阳辐射能尽量贮存起来，以供夜间或阴雨天使用。但在长期阴雨天，且蓄电池电量不足时，为延长蓄电池寿命和维持负载正常工作，应根据实际需要自动切换至市电给负载供电。目前市电太阳能互补充电控制器一般根据蓄电池电压下降到市电切换电压点时自动切换到市电供电，而不区分电网用电的高峰和低谷。中国和国外有些国家实行分时电价，一般把一天分为两段，但分的时间不同，有些用户把低谷时间段划成从晚7时至次日晨7时，这一时间段内的电价大约是日间电价的70%左右，而有些用户的低谷时段则从夜12时至凌晨7时，这一时段内的电费更便宜，大约是日间电价的35%。因此，现有的市电太阳能互补充电控制器不能满足要求，不能错开用电高峰，充分利用电网资源。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：为了克服现有技术中，市电太阳能互补充电控制器对蓄电池充电电源和负载供电电源不能根据时间进行合理的时段配置的不足，本发明提供一种市电互补太阳能充电控制系统，既可以根据蓄电池电量情况进行负载供电电源切换，还可以根据时间，在用电低谷时利用市电给负载供电，并可以根据电池电量情况为蓄电池充电。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种市电互补太阳能充电控制系统，用于蓄电池充电电源和负载供电电源的切换，包括用于将蓄电池的直流电转换成适合负载使用的交流电的逆变器、用于给蓄电池供电的太阳能电池板和用于将市电转换成蓄电池的充电电压的电源适配器；还包括控制器和控制执行模块；

所述控制器包括中央处理器和数据采集模块，所述数据采集模块包括日历芯片和数据采集模块，所述数据采集模块包括日历芯片和用于采集太阳能电池板电压、蓄电池电压和负载电流的电压电流测量电路，所述电压电流测量电路的信号输出端、日历芯片的时间输出端分别与中央处理器的信号采集端和时间采集端连接，所述中央处理器具有太阳能充电信号输出端、市电充电信号输出端、蓄电池充电控制信号输出端、负载供电控制信号输出端和逆变器供电控制信号输出端，根据日历芯片输出的时间识别用电高峰和低谷，并根据太阳能电池板电压、蓄电池电压和负载电流输出太阳能充电信号、市电充电信号、蓄电池充电控制信号、负载供电控制信号和逆变器供电控制信号；

所述控制执行模块包括CMOS管开关电路和继电器，

所述CMOS管开关电路包括第一CMOS管开关电路、第二CMOS管开关电路、第三CMOS管开关电路和第四CMOS管开关电路，所述第一CMOS管开关电路和第二CMOS管开关电路的输入端分别连接电源适配器和太阳能电池板，输出端并联后连接第三CMOS管开关电路的输入端，第三CMOS管开关电路的输出端与蓄电池的充电接口连接，所述第一CMOS管开关电路、第二CMOS管开关电路和第三CMOS管开关电路的控制端分别与中央处理器的市电充电信号输出端、太阳能充电信号输出端连接和蓄电池充电控制信号输出端连接，所述蓄电池充电控制信号为PWM信号；所述第四CMOS管开关电路的输入端连接蓄电池，输出端连接逆变器的输入端，第四CMOS管开关电路的控制端与中央处理器的逆变器供电控制信号输出端连接；第一CMOS管开关电路、第二CMOS管开关电路、第三CMOS管开关电路和第四CMOS管开关电路的控制端信号控制输入端和输出端是否导通。

所述继电器具有一个动触点和两个静触点，继电器线圈与中央处理器的负载供电控制信号输出端连通，动触点与负载连通，其中一个静触点与逆变器的输出端连通，另一个静触点与市电连通。

作为优选，所述的日历芯片为DS1302芯片，DS1302芯片性能高，功耗低，适合于本发明的要求。

作为优选，所述电压电流测量电路包括依次连接的采样电阻和中央处理器中的差分AD通道。

所述控制器还包括温度测量模块，由于温度传感器18B20线路简单，体积小，因此，温度测量模块采用单总线数字温度传感器18B20，用于测量蓄电池和控制器的实时温度。

所述中央处理器具有通讯接口，采用RS-485总线接口电路，用于实现所述数据采集模块和控制执行模块与中央处理器之间的远距离数据传输。通过该接口可以进行工作参数的设定与修改，采集数据、计算数据和工作状态的上传，也可以通过中央处理器向数据采集模块和控制执行模块下传控制参数和控制策略。

所述中央处理器连接有显示器，用于显示中央处理器计算出的太阳能电池板发电量和蓄电池电量。

本发明的有益效果是，本发明的市电互补太阳能充电控制系统，根据采集的数据进行蓄电池的充放电控制和太阳能与市电充电的切换控制，并根据蓄电池的电压情况对负载电源选择进行实时控制；设计了日历芯片，除了根据蓄电池电量情况进行负载供电电源切换，还可以根据时间，在用电低谷时利用市电给负载供电，并可以根据电池电量情况为蓄电池充电，很大程度上为用户节约了使用成本，并且解决了太阳能电池供电不稳定的问题，在实行峰谷电价的大趋势下，本发明的产品将会在商业上取得很大的成功；采用CMOS管开关电路和继电器执行控制，能耗低，提高系统的供电效率，；设计了RS-485串行总线接口电路，能够将采集数据和状态上传给中央处理器进行数据集中显示、储存和处理，同时也可以通过中央处理器向数据采集模块和控制执行模块下传控制参数和控制策略，例如时间的校准可以由RS-485通讯接口实现。

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是本发明的市电互补太阳能充电控制系统的原理框图。

图2是图1中控制器的原理框图。

图中1、第一CMOS管开关电路，2、第二CMOS管开关电路，3、第四CMOS管开关电路，4、第四CMOS管开关电路，5、继电器。

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、图2所示，本发明的市电互补太阳能充电控制系统的原理框图。本发明的市电互补太阳能充电控制系统，用于蓄电池充电电源和负载供电电源的切换，包括

逆变器：用于将蓄电池的直流电转换成适合负载使用的交流电；

太阳能电池板：用于给蓄电池供电；

和电源适配器：用于将市电转换成蓄电池的充电电压；

还包括控制器：包括中央处理器和数据采集模块，数据采集模块包括温度测量模块、日历芯片和用于采集太阳能电池板电压、蓄电池电压和负载电流的电压电流测量电路，温度测量模块采用单总线数字温度传感器18B20，用于测量蓄电池和控制器的实时温度；日历芯片为DS1302芯片；电压电流测量电路包括依次连接的采样电阻和中央处理器中的差分AD通道。

电压电流测量电路的信号输出端、日历芯片的时间输出端分别与中央处理器的信号采集端和时间采集端连接，中央处理器具有太阳能充电信号输出端、市电充电信号输出端、蓄电池充电控制信号输出端、负载供电控制信号输出端和逆变器供电控制信号输出端，根据日历芯片输出的时间识别用电高峰和低谷，并根据温度信号、太阳能电池板电压、蓄电池电压和负载电流输出太阳能充电信号、市电充电信号、蓄电池充电控制信号、负载供电控制信号和逆变器供电控制信号；

和控制执行模块：包括CMOS管开关电路和继电器5，

CMOS管开关电路包括第一CMOS管开关电路1、第二CMOS管开关电路2、第三CMOS管开关电路3和第四CMOS管开关电路4，第一CMOS管开关电路1和第二CMOS管开关电路2的输入端分别连接电源适配器和太阳能电池板，输出端并联后连接第三CMOS管开关电路3的输入端，第三CMOS管开关电路3的输出端与蓄电池的充电接口连接，第一CMOS管开关电路1、第二CMOS管开关电路2和第三CMOS管开关电路3的控制端分别与中央处理器的市电充电信号输出端、太阳能充电信号输出端连接和蓄电池充电控制信号输出端连接，蓄电池充电控制信号为PWM信号；第四CMOS管开关电路4的输入端连接蓄电池，输出端连接逆变器的输入端，第四CMOS管开关电路4的控制端与中央处理器的逆变器供电控制信号输出端连接。第一CMOS管开关电路1和第二CMOS管开关电路2用于充电电源的选择，第三CMOS管开关电路3用于控制是否充电，第四CMOS管开关电路4用于控制逆变器供电的通断。

继电器5用于控制负载电源的选择，具有一个动触点和两个静触点，继电器线圈与中央处理器的负载供电控制信号输出端连通，动触点与负载连通，其中一个静触点与逆变器的输出端连通，另一个静触点与市电连通。

中央处理器具有通讯接口，采用RS-485总线接口电路，用于实现数据采集模块和控制执行模块与中央处理器之间的远距离数据传输。通过该接口可以进行工作参数的设定与修改，采集数据、计算数据和工作状态的上传，也可以通过中央处理器向数据采集模块和控制执行模块下传控制参数和控制策略。

中央处理器还连接有显示器和键盘，用于显示中央处理器计算出的太阳能电池板发电量和蓄电池电量，以及数据采集模块采集的各种信息，用户可以参考显示的参数通过键盘进行手动控制。

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

1.一种市电互补太阳能充电控制系统，用于蓄电池充电电源和负载供电电源的切换，包括用于将蓄电池的直流电转换成适合负载使用的交流电的逆变器、用于给蓄电池供电的太阳能电池板和用于将市电转换成蓄电池的充电电压的电源适配器；其特征在于：还包括控制器和控制执行模块；

所述控制器包括中央处理器和数据采集模块，所述数据采集模块包括日历芯片和电压电流测量电路，所述电压电流测量电路的信号输出端、日历芯片的时间输出端分别与中央处理器的信号采集端和时间采集端连接；所述中央处理器具有太阳能充电信号输出端、市电充电信号输出端、蓄电池充电控制信号输出端、负载供电控制信号输出端和逆变器供电控制信号输出端；

所述控制执行模块包括CMOS管开关电路和继电器，

所述CMOS管开关电路包括第一CMOS管开关电路、第二CMOS管开关电路、第三CMOS管开关电路和第四CMOS管开关电路，所述第一CMOS管开关电路和第二CMOS管开关电路的输入端分别连接电源适配器和太阳能电池板，输出端并联后连接第三CMOS管开关电路的输入端，第三CMOS管开关电路的输出端与蓄电池的充电接口连接，所述第一CMOS管开关电路、第二CMOS管开关电路和第三CMOS管开关电路的控制端分别与中央处理器的市电充电信号输出端、太阳能充电信号输出端连接和蓄电池充电控制信号输出端连接，所述蓄电池充电控制信号为PWM（脉冲宽度调制）信号；所述第四CMOS管开关电路的输入端连接蓄电池，输出端连接逆变器的输入端，第四CMOS管开关电路的控制端与中央处理器的逆变器供电控制信号输出端连接；

2.如权利要求1所述的市电互补太阳能充电控制系统，其特征在于：所述的日历芯片为DS1302芯片。

3.如权利要求1所述的市电互补太阳能充电控制系统，其特征在于：所述电压电流测量电路包括依次连接的采样电阻和中央处理器中的差分AD通道。

4.如权利要求1所述的市电互补太阳能充电控制系统，其特征在于：所述控制器还包括温度测量模块，采用单总线数字温度传感器18B20，用于测量蓄电池和控制器的实时温度。

5.如权利要求1所述的市电互补太阳能充电控制系统，其特征在于：所述中央处理器具有通讯接口，采用RS-485总线接口电路，用于实现所述数据采集模块和控制执行模块与中央处理器之间的远距离数据传输。

6.如权利要求1所述的市电互补太阳能充电控制系统，其特征在于：所述中央处理器连接有显示器，用于显示中央处理器计算出的太阳能电池板发电量和蓄电池电量。