CN103760798A

CN103760798A - 一种太阳能存储智能管理系统

Info

Publication number: CN103760798A
Application number: CN201410002289.0A
Authority: CN
Inventors: 董红政; 葛运旺; 郭超; 姚雷博; 张伟民; 李龙星
Original assignee: Luoyang Institute of Science and Technology
Current assignee: Luoyang Institute of Science and Technology
Priority date: 2014-01-03
Filing date: 2014-01-03
Publication date: 2014-04-30
Anticipated expiration: 2034-01-03
Also published as: CN103760798B

Abstract

本发明公开了一种太阳能存储智能管理系统，包括主状态检测电路、处理器、看门狗和复位电路、电源控制电路，主状态检测电路用于判别系统所处的主状态为白天还是夜晚，并配合复位和看门狗电路，实现了系统夜晚模式下的深度低功耗控制，所述电源控制电路包括信息采集模块电源控制电路、电压均衡模块电源控制电路和除主状态检测电路、处理器、看门狗和复位电路之外的管理系统3.3V电源控制电路，能够灵活控制各功能模块的电源。本管理系统能够极大地降低智能管理系统自身的功耗，实用性强。

Description

一种太阳能存储智能管理系统

技术领域

本发明涉及新能源控制与应用技术领域，尤其涉及一种太阳能存储智能管理系统。

背景技术

太阳能作为一种可再生的绿色能源已经得到了越来越广泛的应用，众多应用系统中都需要将太阳能电池输出的电能存储到储能器件（如超级电容器、蓄电池、锂电池等）中，储能装置还需要配备能够进行各种信息检测、保护、最大功率跟踪、均衡等功能的智能管理系统，由于储能装置需要尽一切可能地提高太阳能的存储和利用效率，太阳能电池仅在白天阳光较为充足的情况下才有输出，智能管理系统本身的各种功能又不需要每时每刻都处于工作状态，因此根据实际情况降低智能管理系统本身的功耗在太阳能储能环节具有十分重要的意义。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种太阳能存储智能管理系统，能够极大地降低智能管理系统自身的功耗。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种太阳能存储智能管理系统，包括主状态检测电路、处理器、看门狗和复位电路、电源控制电路，所述主状态检测电路包括由运放与电阻R2和R3构成滞回比较器，电源电压经电阻R1与光敏电阻RL分压后送入滞回比较器的反相输入端；滞回比较器的输出信号一路送入反相器U2，一路直接进入异或门U3的一个输入端，一路经由R4和C2构成的RC电路延时后进入U3的另一个输入端，最后一路进入与非门U4的一个输入端；异或门U3的输出送入U4的另一个输入端；滞回比较器的输出信号INT0和U2的输出信号INT1分别与处理器连接；与非门U4的输出信号RETCTL与看门狗和复位电路连接；所述电源控制电路包括信息采集模块电源控制电路、电压均衡模块电源控制电路以及除主状态检测电路、处理器、看门狗和复位电路之外的管理系统3.3V电源控制电路；信息采集模块电源控制电路包括电阻R10、R11、NPN三极管Q1和PNP三极管Q2；Q1的基极控制信号MVCTL来自处理器的输出控制引脚；Q1的集电极输出信号经R10上拉后通过电阻R11接入Q2的基极；Q2的集电极输出MDRV5作为信息采集系统的供电电源；所述电压均衡模块电源控制电路包括电阻R15，NPN三极管Q3、P沟道MOS管Q4构成；Q3的基极控制信号BVCTL12来自处理器的输出控制引脚；Q3的集电极输出信号经R15上拉后接入Q4的栅极；Q4的漏极输出BDV12作为电压均衡系统的供电电源；除主状态检测电路、处理器、看门狗和复位电路之外的管理系统3.3V电源控制电路包括PNP三极管Q5，Q5的基极控制信号BVCTL3.3来自处理器的输出控制引脚；Q5集电极输出VCC为管理系统中除主状态检测电路、处理器及其看门狗和复位电路之外的电路供电。

所述看门狗和复位电路中的复位电路包括与处理器连接的上电复位和按键复位电路，该复位信号和U4的输出信号RETCTL分别送入与门U5的两个输入端；U5的输出信号RETIN连接到看门狗U7的输入端

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；U7的喂狗信号WDI与处理器的输出信号WDI相连；U7的输出信号RST连接到处理器的复位引脚；U7输出信号WDO通过或门U6后与U5的输出信号RETIN相连；或门U6的另一个输入信号来自跳线J1的中间抽头，J1的1引脚与U2的输出信号INT1相连。

所述信息采集模块电源控制电路中，Q2的集电极连接有串联的发光二极管LED1和电阻R12。

所述电压均衡模块电源控制电路中，Q4的漏极连接有串联的发光二极管LED2和电阻R16。

除主状态检测电路、处理器、看门狗和复位电路之外的管理系统3.3V电源控制电路中，Q5的集电极连接有串联的发光二极管LED3和电阻R19。

本发明带来的有益效果为：1.通过状态检测电路判别系统所处的主状态为白天还是夜晚，并配合复位和硬件看门狗电路，实现了系统夜晚模式下的深度低功耗控制，极大地降低了功耗。

2.白天模式下，根据采集功能和电压均衡功能的需要灵活控制其电源，进一步降低了系统的功耗。

3.设计了巧妙的逻辑电路，产生白天到夜晚模式切换时的中断信号和夜晚到白天模式切换的复位信号，从而方便地实现了系统主模式的变换。

4.滞回比较电路极大地提高了检测电路的抗干扰能力，保证了其工作的可靠性。

附图说明

图1为智能管理系统的电路方框图；

图2为智能管理系统的主状态检测电路；

图3为智能管理系统的看门狗和复位电路；

图4 为智能管理系统的信息采集模块电源控制电路；

图5为智能管理系统的电压均衡模块电源控制电路；

图6为除主状态检测电路、处理器、看门狗和复位电路之外的管理系统3.3V电源控制电路。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

该智能管理系统主要包括主状态检测电路、处理器、看门狗和复位电路、电源控制电路。

主状态检测电路主要用来检测当前阳光充裕状况，通常情况下也即检测白天和夜晚的切换，若是由白天进入夜晚，就产生相应的中断信号，该中断信号触发管理系统处理器的中断服务功能，并在中断服务程序中送出相关控制信号切断不需要在夜间工作的外围电路的电源，并使处理器本身进入最深度的低功耗模式，若是由夜晚进入白天，则产生一定时间的脉冲信号配合相关硬件看门狗和复位电路让处理器复位，重新进入正常工作状态。

主状态检测电路如图2所示。图中运放与电阻R2和R3构成滞回比较器，VREF为滞回比较器的输入参考电压，RL为光敏电阻，电阻R1与RL进行分压，分压结果送入滞回比较器的反相输入端；滞回比较器的输出信号分四路分别处理，一路送入反相器U2，一路直接进入异或门U3的一个输入端，一路经由R4和C2构成的RC电路延时后进入U3的另一个输入端，最后一路进入与非门U4的一个输入端；异或门U3的输出则送入U4的另一个输入端；反相器U2的输入信号INT0，也即滞回比较器的输出信号可以作为下降沿触发的外部中断信号送给管理系统的处理器表明主状态由白天变成了夜晚（或表明光线不足），U2的输出信号INT1则是作为上升沿触发的中断信号提供给处理器的，具体应用中可根据处理器的中断信号形式进行选择；与非门U4的输出信号RETCTL连接到图3所示的看门狗和复位电路。

图3中R5、R6、按键SW和C3构成处理器的上电复位和按键复位电路，该复位信号与图2中U4的输出信号RETCTL分别送入与门U5的两个输入端；U5的输出信号RETIN为低电平有效的复位信号，既可以直接作为低电平复位的处理器的复位输入信号，也可以如图中所示作为硬件看门狗U7的输入信号。根据应用时是否需要采用看门狗的情况，在不使用看门狗时，U5的输出信号RETIN直接连接到处理器的复位引脚，图1的虚线箭头RETIN即表示系统不使用看门狗的情况下复位信号RETIN直接输出至处理器。此时可略去附图3中的U6、U7、C4、R7和J1。在使用看门狗的情况下，U5的输出信号RETIN连接到看门狗U7的输入端；配合硬件看门狗的功能进一步增强管理系统的可靠性；U7的喂狗信号WDI与处理器的输出信号WDI相连，故看门狗的喂狗信号WDI由处理器定时提供；看门狗的输出信号RST连接到处理器的复位引脚；电阻R7为RST信号的下拉电阻；看门狗输出信号WDO通过或门U6后与U5的输出相连，并接入U7的输入端；或门U6的另一个输入信号来自跳线J1的中间抽头，在系统不需使用看门狗或调试状态下跳线J1的2、3脚相连，禁止或门U6的有效输出，需要看门狗功能时，J1的1、2脚相连，J1的1引脚为来自图1中U2的输出信号INT1，白天该信号为低电平，看门狗可以工作，夜晚INT1为高电平，封锁了硬件看门狗功能，确保系统处理器不会被复位；若系统处理器的有效复位信号为高电平，则仅需更换一个输出高电平复位信号的硬件看门狗即可，也可将图中所示复位信号加一级反相器变换即可；若系统欲直接去除看门狗芯片；则只需保留图3中U5及其以左的复位电路即可，若需要的复位信号为高电平有效的，则需要将U5替换为与非门即可。

通过太阳能进行充电储能的过程中，由于功率一般不大，因此电压、电流等信息的采集频率不需太高，而电压均衡电路也不需要时刻工作，管理系统一些功能电路也无需一直处于工作状态，因此可以由处理器根据系统的状态决定是否为这些电路提供电源，电源控制电路包括信息采集模块电源控制电路、电压均衡模块电源控制电路以及除主状态检测电路、处理器、看门狗和复位电路之外的管理系统3.3V电源控制电路。这些电源控制电路分别如图4、图5和图6所示。

信息采集模块采用5V左右的电源供电，信息采集模块电源控制电路包括电阻R8、R9、R10、R11，NPN三极管Q1、PNP三极管Q2；Q1的基极控制信号MVCTL来自处理器的输出控制引脚；Q1的集电极输出信号经R10上拉后通过电阻R11接入Q2的基极；Q2的集电极输出MDRV5作为信息采集系统的供电电源；V5为来自管理系统的5V电源输出；发光二极管LED1和电阻R12串联用来指示信息采集系统的供电状态；控制信号MVCTL为高电平时Q1和Q2均导通，采集系统供电，MVCTL为低电平时Q1和Q2均截止，采集系统断电。

电压均衡模块需要12V左右的电源供电，电压均衡模块电源控制电路包括电阻R13、R14、R15，NPN三极管Q3、P沟道MOS管Q4；Q3的基极控制信号BVCTL12来自处理器的输出控制引脚；Q3的集电极输出信号经R15上拉后接入Q4的栅极；Q4的漏极输出BDV12作为电压均衡系统的供电电源；V12为来自管理系统的12V电源输出；发光二极管LED2和电阻R16串联用来指示电压均衡系统的供电状态；控制信号BVCTL12为高电平时Q3和Q4均导通，电压均衡系统供电，BVCTL12为低电平时Q3和Q4均截止，电压均衡系统断电。

除主状态检测电路、处理器、看门狗和复位电路之外的管理系统3.3V电源控制电路包括电阻R17、R18和PNP三极管Q5；Q5的基极控制信号BVCTL3.3来自处理器的输出控制引脚；Q5集电极极输出VCC为管理系统中除主状态检测电路、处理器及其看门狗和复位电路之外的电路供电；V3.3为来自管理系统的3.3V电源输出；发光二极管LED3和电阻R19串联用来指示供电状态；控制信号BVCTL3.3为高电平时Q5截止，其它相关功能系统断电，BVCTL3.3为低电平时Q5导通，其它相关功能系统供电。

系统的低功耗工作情况描述如下：

在白天，太阳光线强，图2中的光敏电阻RL阻值极小，滞回比较器的反相输入端电压低，滞回比较器输出高电平信号INT0，并产生上升沿，该信号经反相后产生下降沿后变为低电平信号INT1，此信号可使能图3中的看门狗电路；同时，高电平的INT0同时使能了与非门U4，而进入异或门U3的信号一路为高电平的INT0，一路为INT0经R4和C2延时后的信号，在延时期间，异或门U3输出低电平，其它时段均输出高电平，从而使得延时期间与非门U4的输出信号RETCTL产生一个宽度为延时时间的负脉冲，该脉冲送入图3中的与门U5，U5同样输出负脉冲信号给看门狗，看门狗输出相应的负脉冲信号给处理器复位引脚，处理器复位后从低功耗模式唤醒，恢复正常工作状态。

在整个白天期间，系统对电压、电流等信息的采集均通过处理器的定时器控制，因此在大部分时间内处理器均通过输出低电平的MVCTL信号使得图4中的Q2截止，从而断开采集电路的电源，同时处理器本身也进入低功耗模式，仅启动定时器，并保持相关I/O控制状态；达到定时时间后，送出高电平的MVCTL信号给采集电路供电，启动AD转换，在相关信号转换完毕后，根据电压情况决定是否输出高电平的BVCTL12控制信号使图5中的Q4导通为均衡电路供电并启动电压均衡功能，并根据电压、电流值决定是否进行相关保护；在不需要均衡的情况下输出低电平的BVCTL12切断均衡电路的电源；处理器在该低功耗模式下，允许相关中断功能。

傍晚后，随着图2中光敏电阻RL阻值的增加，滞回比较器反相输入端电压不断升高，当达到翻转门限电压时，滞回比较器的输出信号INT0翻转为低电平，此信号经U2反相后输出高电平INT1给图3中的J2的1引脚，J2的2引脚给或门U6从而禁止硬件看门狗功能；同时INT0的下降沿或INT1的上升沿信号可以作为中断信号触发处理器中断，在中断服务程序中单片机送出低电平的MVCTL、低电平的BVCTL12和高电平的BVCTL3.3等控制信号，分别使图4中的Q2、图5中的Q4和图6中的Q5截止，断开采集电路、均衡电路和除了图2及图3之外的其他相关功能模块的电源，并使处理器本身进入最深度的低功耗模式，CPU停止工作，同时停止所有时钟，只有复位信号才可以使处理器从低功耗模式唤醒；而滞回比较器输出的低电平也将图2中与非门U4的输出锁死为高电平，确保处理器不会产生意外复位。

直到再次天亮后，图2中U4产生负脉冲输出给图3中的与门U5而使处理器复位，完成了以一天为周期的工作循环。

本智能管理系统首先将主状态区分为白天和夜晚两种情况，使得系统在夜晚的情况下进入最深度的低功耗状态，其次将白天的状态又根据系统是否需要进行数据采集、是否进行电压均衡区分为几种次状态，并灵活控制是否为相关的功能电路供电，从而进一步降低智能管理系统自身的功耗。

Claims

1.一种太阳能存储智能管理系统，其特征在于：包括主状态检测电路、处理器、看门狗和复位电路、电源控制电路，

所述主状态检测电路包括由运放与电阻R2和R3构成的滞回比较器，电源电压经电阻R1与光敏电阻RL分压后送入滞回比较器的反相输入端；滞回比较器的输出信号一路送入反相器U2，一路直接进入异或门U3的一个输入端，一路经由R4和C2构成的RC电路延时后进入U3的另一个输入端，最后一路进入与非门U4的一个输入端；异或门U3的输出送入U4的另一个输入端；滞回比较器的输出信号INT0和U2的输出信号INT1分别与处理器连接；与非门U4的输出信号RETCTL与看门狗和复位电路连接；

所述电源控制电路包括信息采集模块电源控制电路、电压均衡模块电源控制电路以及除主状态检测电路、处理器、看门狗和复位电路之外的管理系统3.3V电源控制电路；

信息采集模块电源控制电路包括电阻R10、R11、NPN三极管Q1和PNP三极管Q2；Q1的基极控制信号MVCTL来自处理器的输出控制引脚；Q1的集电极输出信号经R10上拉后通过电阻R11接入Q2的基极；Q2的集电极输出MDRV5作为信息采集系统的供电电源；

所述电压均衡模块电源控制电路包括电阻R15，NPN三极管Q3、P沟道MOS管Q4构成；Q3的基极控制信号BVCTL12来自处理器的输出控制引脚；Q3的集电极输出信号经R15上拉后接入Q4的栅极；Q4的漏极输出BDV12作为电压均衡系统的供电电源；

除主状态检测电路、处理器、看门狗和复位电路之外的管理系统3.3V电源控制电路包括PNP三极管Q5，Q5的基极控制信号BVCTL3.3来自处理器的输出控制引脚；Q5集电极输出VCC为管理系统中除主状态检测电路、处理器及其看门狗和复位电路之外的电路供电。

2.根据权利要求1所述的一种太阳能存储智能管理系统，其特征在于：所述看门狗和复位电路中的复位电路包括与处理器连接的上电复位和按键复位电路，该复位信号和U4的输出信号RETCTL分别送入与门U5的两个输入端；U5的输出信号RETIN连接到看门狗U7的输入端；U7的喂狗信号WDI与处理器的输出信号WDI相连；U7的输出信号RST连接到处理器的复位引脚；U7输出信号WDO通过或门U6后与U5的输出信号RETIN相连；或门U6的另一个输入信号来自跳线J1的中间抽头，J1的1引脚与U2的输出信号INT1相连。

3.根据权利要求1所述的一种太阳能存储智能管理系统，其特征在于：所述信息采集模块电源控制电路中，Q2的集电极连接有串联的发光二极管LED1和电阻R12。

4.根据权利要求1所述的一种太阳能存储智能管理系统，其特征在于：所述电压均衡模块电源控制电路中，Q4的漏极连接有串联的发光二极管LED2和电阻R16。

5.根据权利要求1所述的一种太阳能存储智能管理系统，其特征在于：除主状态检测电路、处理器、看门狗和复位电路之外的管理系统3.3V电源控制电路中，Q5的集电极连接有串联的发光二极管LED3和电阻R19。