CN103236728B - 一种太阳能供电控制系统 - Google Patents

一种太阳能供电控制系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种太阳能供电控制系统,其具有正、负极馈电母线,以及分别串接它们之间的负载和第一开关、电池和第二开关、欠压保护模块、充放电控制模块,其中欠压保护模块在测得母线欠电压时关断第一开关,使负载停止工作;充放电控制模块在测得母线电源端有电时控制第二开关导通,向电池充电,在测得电池充满时控制第二开关关断,停止向电池充电,在测得母线电源端掉电时控制第二开关导通,使电池向母线放电。本发明由纯硬件构成的,在太阳能有电时,利用太阳能向负载供电同时向电池充电;在太阳能掉电时,可不间断地转由电池供电;同时兼有抗干扰性能强、可靠程度高、系统易于维护、成本低廉的优点。

Description

一种太阳能供电控制系统
技术领域
[0001 ] 本发明涉及电源控制系统,尤其涉及一种控制太阳能充电和供电的自动控制系统。
背景技术
[0002] 能源是现代社会存在和发展的基石。随着全球经济社会的不断发展,能源消费也相应的持续增长。随着时间的推移,化石能源的稀缺性越来越突显,且这种稀缺性也逐渐在能源商品的价格上反应出来。在化石能源供应日趋紧张的背景下,大规模的开发和利用可再生能源已成为未来各国能源战略中的重要组成部分。太阳能是人类取之不尽用之不竭的可再生能源,具有充分的清洁性、绝对的安全性、相对的广泛性、确实的长寿命和维护性、资源的充足性及潜在的经济性等优点,在长期的能源战略中具有重要地位并且得到广泛的应用。我们对太阳能的利用大致可以分为光热转换和光电转换两种方式,其中,光电利用(光伏发电)是近些年来发展最快,也是最具经济潜力的能源开发领域。
[0003] 在利用太阳能供电时,一般会在阳光充足时直接使用光伏板转换的电能,同时将多余的电能存储起来;在没有阳光时,释放存储的电能。现有的控制太阳能充电和供电的控制系统存在电路复杂、依赖软件实现、易受干扰故障率高、设备成本高的缺陷。市场亟需开发一种由纯硬件构成的、抗干扰性能强、可靠程度高、易于维护、成本低廉的太阳能供电控制系统。
发明内容
[0004] 本发明是要解决现有技术的上述问题,提出一种由纯硬件构成的,能控制太阳能充电和供电的自动控制系统。
[0005] 为解决上述技术问题,本发明提出的技术方案是设计一种太阳能供电控制系统,具有连接太阳能光伏板的正极馈电母线和负极馈电母线,以及分别串接在正极馈电母线和负极馈电母线之间的负载和第一开关、电池和第二开关、欠压保护模块、充放电控制模块,电池正极接正极馈电母线,电池负极接第二开关,其中欠压保护模块与第一开关控制端连接,在测得正、负极馈电母线欠电压时关断第一开关,使负载停止工作;充放电控制模块与第二开关控制端连接,在测得正、负极馈电母线电源端有电时控制第二开关导通,使正、负极馈电母线向电池充电,在测得电池充满时控制第二开关关断,停止向电池充电,在测得正、负极馈电母线电源端掉电时控制第二开关导通,使电池向正、负极馈电母线放电。
[0006] 所述欠压保护模块包括第一比较器,其反相输入端连接第一电阻一端和稳压二极管的阴极,第一电阻的另一端接正极馈电母线,稳压二极管的阳极接负极馈电母线,第一比较器同相输入端连接第三电阻和第四电阻的一端,第三电阻的另一端接正极馈电母线,第四电阻的另一端接负极馈电母线,第一比较器输出端接第一开关控制端并通过第九电阻接正极馈电母线。
[0007] 所述充放电控制模块包括第二比较器,其同相输入端连接所述第一比较器的反相输入端,其反相输入端连接第二电阻和第五电阻的一端,第二电阻的另一端接正极馈电母线,第五电阻另一端接负极馈电母线,第二比较器的输出端接第七电阻和第六电阻的一端,第七电阻的另一端接正极馈电母线,第六电阻的另一端接三极管的基极、第二电容和第三电容的一端,第二电容的另一端连接三极管的集电极和所述电池的负极,三极管的发射极接第八电阻的一端和所述第二开关的控制端,第八电阻的另一端接正极馈电母线,第三电容的另一端接第二二极管的阴极,第二二极管的阳极接正极馈电母线。
[0008] 与现有技术相比,本发明由纯硬件构成的,在太阳能有电时,利用太阳能向负载供电同时向电池充电;在太阳能掉电时,可不间断地转由电池供电;同时兼有抗干扰性能强、可靠程度高、系统易于维护、成本低廉的优点,可广泛应用于太阳能行业以及光伏新能源产业。
附图说明
[0009] 下面结合附图和实施例对本发明作出详细的说明,其中:
[0010] 图1为本发明较佳实施例的原理框图;
[0011] 图2为本发明较佳实施例的电路原理图。
具体实施方式
[0012] 本发明揭示了一种太阳能供电控制系统,参看图1示出的原理框图,其具有连接太阳能光伏板的正极馈电母线和负极馈电母线,以及分别串接在正极馈电母线PV+和负极馈电母线PV-之间的负载(LOAD)和第一开关G1、电池(BAT)和第二开关G2、欠压保护模块、充放电控制模块,电池正极接正极馈电母线,电池负极接第二开关,其中欠压保护模块与第一开关控制端连接,在测得正、负极馈电母线欠电压时关断第一开关,使负载停止工作;充放电控制模块与第二开关控制端连接,在测得正、负极馈电母线电源端有电时控制第二开关导通,使正、负极馈电母线向电池充电,在测得电池充满时控制第二开关关断,停止向电池充电,在测得正、负极馈电母线电源端掉电时控制第二开关导通,使电池向正、负极馈电母线放电。
[0013] 参看图2示出的较佳实施例的电路图,欠压保护模块包括第一比较器U1A,其反相输入端连接第一电阻Rl —端和稳压二极管ZDl的阴极,第一电阻的另一端接正极馈电母线,稳压二极管的阳极接负极馈电母线,第一比较器同相输入端连接第三电阻R3和第四电阻R4的一端,第三电阻的另一端接正极馈电母线,第四电阻的另一端接负极馈电母线,第一比较器输出端接第一开关控制端并通过第九电阻接正极馈电母线。
[0014] 参看图2示出的较佳实施例的电路图,充放电控制模块包括第二比较器U1B,其同相输入端连接所述第一比较器UlA的反相输入端,其反相输入端连接第二电阻R2和第五电阻R5的一端,第二电阻的另一端接正极馈电母线,第五电阻另一端接负极馈电母线,第二比较器的输出端接第七电阻R7和第六电阻R6的一端,第七电阻的另一端接正极馈电母线,第六电阻的另一端接三极管Q3的基极、第二电容C2和第三电容C3的一端,第二电容的另一端连接三极管的集电极和所述电池的负极,三极管的发射极接第八电阻R8的一端和所述第二开关G2的控制端,第八电阻的另一端接正极馈电母线,第三电容的另一端接第二二极管D2的阴极,第二二极管的阳极接正极馈电母线。
[0015] 下面结合图2示出的电路图详述本发明的工作原理:
[0016] 正极馈电母线PV+和负极馈电母线PV-接太阳能光伏板,PV+经第一电阻Rl与稳压二极管ZDl稳压,得到一个6.2V的电压,此电压流到第一比较器UlA反向输入端2脚与第二比较器UlB同向输入端5脚作为比较器的基准电压。PV+经第三电阻R3与第四电阻R4串联分压后送到第一比较器UlA同向输入端3脚,得到一个可变动的电压,此电压跟随PV电压,PV电压高,此电压也跟着高,此电压与6.2V基准电压作比较。第九电阻是第一比较器的上拉电阻,确保第一比较器在输出高电位时一定是高电位。第九电阻一端接正极馈电母线(亦电池的正极BAT+),一端接到第一比较器UlA输出脚I脚。根据比较器的特性,比较器正端电压高于负端时,输出高电位,低于负端时,输出低电位。通过UlA 3脚电位与基准电压比较,来控制第一开关Gl的开通或关断,从而控制向负载LOAD供电与否。当UlA 3脚高于2脚时,比较器输出高电位,控制Gl开通,Gl开通,负载形成回路开始工作,当3脚低于2脚时,输出低电位,Gl截止,负载无回路,停止工作。
[0017] 正极馈电母线PV+直接连接到电池BAT+端与负载LOAD端,充放电控制模块也是通过控制电池与负极馈电母线PV-的连通与否来实现充放电控制。因第二比较器UlB同相输入端5脚与第一比较器UlA反相输入端2脚是并联的,所以UlB 5脚也得到一个6.2V的基准电压,同时PV+经R2、R5分压后得到一个可变动的电压送至UlB 6脚,此电压也是跟随PV,同样根据比较器特性,正端电压高于负端时,输出高电位,低于负端时,输出低电位。第七电阻R7为第二比较器输出端的上拉电阻。PV+正常有电时UlB 5脚电位高于6脚电位,第二比较器输出高电位,控制Q3截止(Q3为PNP型三极管,基极电位高,三极管截止;基极电位低,三极管导通),Q3截止时,Q3发射极电位被拉高,G2开通,将PV —连接至电池负极,正、负极馈电母线向电池充电。当电池充满后,PV+电位升高,U1B6脚电位高于5脚电位,第二比较器翻转,输出低电位,Q3开通。Q3开通,将G2的控制极电压拉到地,G2关断,馈电母线停止向电池充电。直到电池电压低于一定值时,馈电母线又开始对电池充电。以此达到电池自动充电的目的。
[0018] 当太阳能光伏板没电或瞬间掉电时,可用电池对负载进行不间断的持续供电。馈电母线与电池是一个双向性电路。当PV不在时,两个比较器的基准电压由电池提供,UlA2脚与UlB 5脚同样得到一个6.2V的基准电压,且要让G2 —直开通来达到PV不存在或瞬间掉电时,由电池不间断供电。供电母线的工作状态分两种:一种PV不存在,一种PV瞬间掉电。先分析PV瞬间掉电时,假设这时候电池还未充满,UlB 6脚低于基准电压,比较器输出高电位,Q3截止,G2开通。假设这时候电池已充满,UlB 6脚高于基准电压,比较器输出低电压,Q3开通,G2截止。G2在电池充满的情况下截止,就无法满足G2在任何情况下都处于开通状态的条件,不能实现PV不存在或瞬间掉电时,电池供电与电池欠压保护的目的,为了解决这一弊端,在Q3基极与集电极之间串联电容C2,当电池充满情况下,Q3开通,通过C2释放电能将Q3控制极电位提高,关断Q3,Q3关断,G2开通。以此来保证G2在何种情况都是开通的。其次分析当PV不存在时,负载由电池供电,按以上所说,无PV时,要达到电池不间断供电的目的,必先让G2开通。PV不存在,C2无法取得电能,不能对Q3控制极放电,所以G2是截止的,增加第二二极管D2、C3电容,当电池上电时,BAT+通过D2对电容C3充电,在Q3基极得到一个高电位,使Q3截止,G2开通。从UlB工作状态可以看出,当PV不在或瞬间掉电时,G2都处于开通状态。G2开通。UlA比较器有地线可连接,才能正常工作,BAT+经电阻R3、R4分压未能接通地线,处于悬浮状态,R4接通地线后,UlA 3脚得到一个大于基准6.2V的电压,比较器输出高电位,控制Gl开通,Gl开通,负载开始工作,实现PV不存在或瞬间掉电情况下,由电池不间断向负载供电的目的。
[0019] 当电池供电给负载时,随着时间的变化,电池电量慢慢减少,电池无限量的放电,必然影响电池的使用寿命。为了不使电池深度放电,第一比较器UlA欠压保护功能。电池正常供电,Gl开通,当UlA 3脚电压随着电池电压越来越低时,当低于2脚基准电压6.2V时,比较器翻转,输出低电位,Gl被截止,负载没有回路,被关断。当电池电压恢复到一定值时,比较器又输出高电位,负载又被开通。藉此达到欠压关断,又能自动恢复的目的。
[0020] 在较佳实施例中,电路还有一些常规配置,参看图2,在接光伏板的正极馈电母线头上顺向串接第一二极管D1,防止电池供电时向光伏板倒送电。第一二极管Dl还串联一个电源开关K1,用以控制本系统的启停。正极馈电母线中还串接一保险丝FUSE,以起到短路保护作用。正、负极馈电母线之间还连接第一电容Cl,以起到稳定输入电压的作用。
[0021]以上实施例仅为举例说明,非起限制作用。任何未脱离本申请精神与范畴,而对其进行的等效修改或变更,均应包含于本申请的权利要求范围之中。

Claims (1)

1.一种太阳能供电控制系统,具有连接太阳能光伏板的正极馈电母线和负极馈电母线,其特征在于,还包括:分别串接在正极馈电母线(PV+)和负极馈电母线(PV-)之间的负载和第一开关(G1)、电池和第二开关(G2)、欠压保护模块、充放电控制模块,电池正极接正极馈电母线,电池负极接第二开关,其中: 欠压保护模块与第一开关控制端连接,在测得正、负极馈电母线欠电压时关断第一开关,使负载停止工作; 充放电控制模块与第二开关控制端连接,在测得正、负极馈电母线电源端有电时控制第二开关导通,使正、负极馈电母线向电池充电,在测得电池充满时控制第二开关关断,停止向电池充电,在测得正、负极馈电母线电源端掉电时控制第二开关导通,使电池向正、负极馈电母线放电; 所述欠压保护模块包括第一比较器(U1A),其反相输入端连接第一电阻(Rl) —端和稳压二极管(ZDl)的阴极,第一电阻的另一端接正极馈电母线,稳压二极管的阳极接负极馈电母线,第一比较器同相输入端连接第三电阻(R3)和第四电阻(R4)的一端,第三电阻的另一端接正极馈电母线,第四电阻的另一端接负极馈电母线,第一比较器输出端接第一开关控制端并通过第九电阻接正极馈电母线; 所述充放电控制模块包括第二比较器(U1B),其同相输入端连接所述第一比较器(UlA)的反相输入端,其反相输入端连接第二电阻(R2)和第五电阻(R5)的一端,第二电阻的另一端接正极馈电母线,第五电阻另一端接负极馈电母线,第二比较器的输出端接第七电阻(R7)和第六电阻(R6)的一端,第七电阻的另一端接正极馈电母线,第六电阻的另一端接三极管(Q3)的基极、第二电容(C2)和第三电容(C3)的一端,第二电容的另一端连接三极管的集电极和所述电池的负极,三极管的发射极接第八电阻(R8)的一端和所述第二开关(G2)的控制端,第八电阻的另一端接正极馈电母线,第三电容的另一端接二极管(D2)的阴极,二极管的阳极接正极馈电母线。
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