CN106439720A - 一体式双系统可移动光能路灯头 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一体式双系统可移动光能路灯头，涉及照明领域，包括基板、LED灯组件、蓄电池和PCB板，所述基板上设有主太阳能电池板和副太阳能电池板，所述蓄电池包括主蓄电池和副蓄电池，所述PCB板包括太阳能最大功率点跟踪控制电路、锂电池保护电路、电池智能分配电路、双系统微处理器和LED驱动模块。本发明的一体式可移动光能路灯头，有效提高蓄电池的续航能力和照明亮度，延长蓄电池的使用寿命。

Description

一体式双系统可移动光能路灯头
技术领域
本发明涉及照明领域，尤其是一体式双系统可移动光能路灯头。
背景技术
随着我国的城市化的快速发展及乡村基础设施的改造，传统的照明路灯已经无法满足道路的快速发展。并且，在环境日益恶化，世界各国都在发展清洁能源的大趋势下，传统高能耗的、消耗不可再生能源的、需要牵拉电源线的、高使用成本的、消耗大量劳动力的路灯及其路灯的产业，将要随着国民经济的高速增长、能源供需矛盾的日渐突出、电力供应逐渐短缺的局面、不断移动的道路照明需求、日渐匮乏的电力资源等逐渐退出道路照明的历史舞台，随之而来的是太阳能的应用将迅速的发展。
然而现有的太阳能照明装置，均为一块太阳能板配备一个太阳能蓄电池，由于太阳能电池的容量有限，并且受环境影响，需要控制照明装置的亮度，使其能够具有足够的发光时间，如果遇到连续阴雨天则不能提供照明的需求。并且在光电转换的过程中，如多云、阴雨或晴天时，电压和电流不稳定，而且无法与电压稳定的蓄电池相匹配输入，这不仅又直接导致电路容易产生故障、蓄电不足、阴雨天无法正常提供照明工作，而且还加速电池老化，缩短蓄电池使用寿命。
发明内容
为了解决上述现有技术中存在的不足，本发明提供一体式双系统可移动光能路灯头，有效提高蓄电池的续航能力和照明亮度，延长蓄电池的使用寿命。
本发明具体采用如下技术方案实现：
一体式双系统可移动光能路灯头，包括基板、LED灯组件、蓄电池和PCB板，其特征在于，所述基板上设有主太阳能电池板和副太阳能电池板，所述蓄电池包括主蓄电池和副蓄电池，所述PCB板包括太阳能最大功率点跟踪控制电路、锂电池保护电路、电池智能分配电路、双系统微处理器和LED驱动模块，所述太阳能电池板和副太阳能电池板与所述太阳能最大功率点跟踪控制电路连接，所述电池智能分配电路分别与所述太阳能最大功率点跟踪控制电路、锂电池保护电路和双系统微处理器连接，所述锂电池保护电路与所述主蓄电池和副蓄电池连接，所述双系统微处理器与所述LED驱动模块连接，所述LED驱动模块与所述LED灯组件连接。
作为优选，所述电池智能分配电路包括主蓄电池充电管理电路、副蓄电池充电管理电路、主蓄电池供电控制电路和副蓄电池供电控制电路。
作为优选，所述双系统微处理器还连接有强弱光识别传感器。
作为优选，所述基板、LED灯组件、蓄电池和PCB板均紧密连接在边框内。
作为优选，所述主太阳能电池板和副太阳能电池板的面积比为7:3。
作为优选，所述主太阳能电池板和副太阳能电池板的面积比为8:2。
作为优选，所述主太阳能电池板和副太阳能电池板的面积比为6:4。
作为优选，所述边框上设置有灯杆衔接件。
作为优选，所述边框内固定有至少一个LED灯组件。
本发明提供的一体式双系统可移动光能路灯头，其有益效果在于：将同等面积的太阳能电池板分成一大一小两块独立的太阳能电池板，两块独立的太阳能电池板分别为两组蓄电池供电，通过电池智能分配电路和双系统微处理器控制两组蓄电池的循环充放电，所以电池组使用寿命极大的提升了，有效提高蓄电池的续航能力和照明亮度，抗阴雨天数大大提升，即使在冬季或连续阴雨天，蓄电池也不会亏电运行，减少深充深放次数，延长蓄电池的使用寿命。
附图说明
图1是本发明可移动路灯头的主视图；
图2是本发明可移动路灯头的后视图；
图3是本发明可移动路灯头的左视图；
图4是本发明的电路原理框图；
图5是太阳能最大功率点跟踪控制电路的电路图；
图6是锂电池保护电路的电路图；
图7是电池智能分配电路的电路图；
图8是双系统微处理器与LED驱动模块的连接电路图；
图9是本发明电池充放电的工作流程图。
图中，1-基板；2-LED灯组件；3-边框；4-主太阳能电池板；5-副太阳能电池板；6-安装盒；7-灯杆衔接件。
具体实施方式
为进一步说明各实施例，本发明提供有附图。这些附图为本发明揭露内容的一部分，其主要用以说明实施例，并可配合说明书的相关描述来解释实施例的运作原理。配合参考这些内容，本领域普通技术人员应能理解其他可能的实施方式以及本发明的优点。图中的组件并未按比例绘制，而类似的组件符号通常用来表示类似的组件。
现结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。
如图1-3所示，本实施例提出的一体式双系统可移动光能路灯头，包括基板1、LED灯组件2、蓄电池、PCB板和边框3，基板1上设有主太阳能电池板4和副太阳能电池板5，本实施例中主太阳能电池板4和副太阳能电池板5的面积比为7:3，LED灯组件2设置有三组，根据实际需要亦可将面积比设置为9:1或8:2或6:4，LED灯组件2设置为一组或两组或四组或着更多组均可，在此不再赘述。基板和LED灯组件2紧密连接在边框3上，并且LED灯组件2安装时与边框3呈一定的倾斜角度，可以方便雨水的滴落及光线投射至路面，蓄电池和PCB板安装在边框3内，并通过安装盒6密封，边框3上设置有灯杆衔接件7，将灯杆和边框固定连接。
如图4所示，PCB板包括太阳能最大功率点跟踪控制电路、锂电池保护电路、电池智能分配电路、双系统微处理器和LED驱动模块，太阳能电池板和副太阳能电池板与太阳能最大功率点跟踪控制电路连接，电池智能分配电路分别与太阳能最大功率点跟踪控制电路、锂电池保护电路和双系统微处理器连接，锂电池保护电路与主蓄电池和副蓄电池连接，双系统微处理器与LED驱动模块连接，LED驱动模块与LED灯组件连接，双系统微处理器还连接有强弱光识别传感器。
如图5所示，本实施例中太阳能最大功率点跟踪控制电路，可对5A多类型电池进行充电管理，具有太阳能电池最大功率点跟踪功能，适合对单节或多节锂电池或磷酸铁锂电池的充电管理。对于深度放电的电池，当电池电压低于所设置的恒压充电电压的66.7％时，本电路所设置的恒流充电电流的15％对电池进行涓流充电。在恒压充电阶段，充电电流逐渐减小，当充电电流减小到所设置恒流充电电流的9.5％时，进入充电结束状态；当输入电源掉电或者输入电压低于电池电压时，自动进入低功耗的睡眠模式。还可进行输入低电压锁存，电池温度监测，电池端过压保护和充电状态指示等。本电路比常用的PWM脉冲充电方式效率高出17％～30％左右。
如图6所示，本实施例中锂电池保护电路，可控制电池的以下五种状态：通常状态、过充电状态、过放电状态、休眠状态、过电流状态。
1、通常状态
主蓄电池和副蓄电池电压在过放电检测电压VDLn和过充电检测电压VCUn之间，比放电电流的电流值低(VINI端子电压比放电过电流检测电压VIOV1、VIOV2低，并且VMP端子电压比VIOV3高)的情况下，充电用FET以及放电用FET变为ON。
2、过充电状态
主蓄电池和副蓄电池的其中某个电池的电压比过充电检测电压VCUn高，这种状态保持在tCU以上的情况下，COP端子变为高阻抗。COP端子通过外接电阻上拉为EB+的缘故，充电用FET变为OFF，而停止充电。这种状态称为过充电状态，过充电状态在满足以下两个条件中的一种即被解除：A、全部的电池电压在过充电解除电压VCLn以下时；B、全部的电池电压在过充电检测电压VCUn以下，并且VMP端子电压在39/40XVDD以下时，(负载被连接，通过充电用FET的本体二极管开始放电)。
3、过放电状态
主蓄电池和副蓄电池的其中某个电池的电压比过放电检测电压VDLn低，这种状态保持在tDL以上的情况下，DOP端子的电压变为VDD电平，放电用FET变为OFF，而停止充电，这种状态称为过放电状态，变为过放电状态后，芯片S-8254转移为休眠状态。
4、休眠状态
变为过放电状态，停止放电，由于IC内部的RVMS电阻VMP端子被下拉至VSS，VMP端子电压变为VDD/2以下时，芯片S-8254进入休眠状态。在休眠状态下芯片S-8254几乎全部的电路停止工作，消耗电流变为IPDN以下。各个输出端子的状态变为如下状态：COP:Hi-Z；DOP:VDD。在休眠状态下满足以下条件时被解除：VMP端子电压变为VDD/2以下时(连接了充电器)；过放电状态在满足下述的条件时被解除：全部电池的电压变为VDLn以上，并且VDD端子电压变为VDD/2以上时(连接了充电器)。
5、过电流状态
芯片S-8254备用对应3种类型的过电流检测电平(VIOV1、VIOV2和VIOV3)以及各自电平的过电流检测延迟时间(tIOV1、tIOV2和tIOV3)。放电电流比一定值大(VSS和VINI的电压差比VIOV1大)的情况下，这种状态保持在tIOV1以上时，芯片S-8254进入过电流状态。在过电流状态，DOP端子的电压变为VDD电平，放电用FET变为OFF，而停止放电。另外，COP端子变为高阻抗，由于EB+端子的电位被上拉，导致充电用FET变为OFF。VMP端子通过内部电阻RVMD被上拉至VDD。针对过电流检测电平2(VIOV2)以及过电流检测延迟时间(tIOV2)的工作与针对VIOV1及tIOV1的工作是相同的。
在过电流状态，通过IC内部的RVMD电阻VMP端子被上拉至VDD，过电流状态在满足下述条件时被解除：通过充电器连接或者负载开放(30MΩ以上)，VMP端子电压在VIOV3以上时。
本电路还可有关自我放电后电池(0V电池)的充电，芯片S-8254可以选择以下两个功能其中的一方：A、允许向0V电池的充电(可以向0V电池充电)，充电器电压比V0CHA高的情况下，0V电池被充电；B、禁止向0V电池的充电(不可以向0V电池充电)，电池电压在V0INH以下的情况下，不进行充电。
如图7所示，本实施例中，电池智能分配电路包括主蓄电池充电管理电路、副蓄电池充电管理电路、主蓄电池供电控制电路和副蓄电池供电控制电路，如图8所示，双系统微处理器与LED驱动模块的连接电路图。本发明是在原有的系统模式下，将同等面积的太阳能电池板分为一大一小的两组独立的太阳能电池板。例如：将太阳能电池板按照三七分，原来太阳能电池板的功率为64W，现在分为45W和19W，相应的蓄电池也配备两块，容量按照三七分，原来容量为12V、40AH，现在分为12V、28AH和12V、12AH两块独立的蓄电池，拆分之后，既没有增加成本也没有增加体积，然后通过本申通提供的PCB板进行充放电管理，具体工作流程图如图9所示。
在工作时，优先考虑副蓄电池电量是否达到80％的容量，因为副蓄电池容量只有12AH，80％的容量很容易实现，同时80％的容量刚好能放电一晚上。结合事先规划好的放电曲线(放电曲线这里指的是不同的时间段有不同的亮度，保证在上半夜人员活动频繁时的高亮状态)合理放电。当副蓄电池放电时，主蓄电池处于休息状态，即副蓄电池工作一晚上，主蓄电池可连续两个白天进行充电。当副蓄电池工作一晚上后，白天主蓄电池和副蓄电池同时在充电，也就是说当天晚上假设副蓄电池没有充满的情况下，主蓄电池工作一晚上，副蓄电池可以充两个白天。一般根据太阳能电池板的发电量，在阴雨天气下，副蓄电池需要3天可以充满，一个晚上将存储电量放完，也就是副蓄电池连续3个白天进行充电，2个晚上待机，工作1个晚上，而主蓄电池则是需要7天充满电，可以连续放电5天，对于主蓄电池和副蓄电池这样的循环经过多次验证确认为重大的应用突破，实现365天亮灯，抗阴雨天数大大提升，在经历冬季或雨季时不必担心蓄电池亏电运行，减少蓄电池深充深放的次数，所以蓄电池使用寿命是原来的几倍，并且有效提高蓄电池的续航能力和照明亮度。
尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本发明，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内，在形式上和细节上可以对本发明做出各种变化，均为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一体式双系统可移动光能路灯头，包括基板、LED灯组件、蓄电池和PCB板，其特征在于，所述基板上设有主太阳能电池板和副太阳能电池板，所述蓄电池包括主蓄电池和副蓄电池，所述PCB板包括太阳能最大功率点跟踪控制电路、锂电池保护电路、电池智能分配电路、双系统微处理器和LED驱动模块，所述太阳能电池板和副太阳能电池板与所述太阳能最大功率点跟踪控制电路连接，所述电池智能分配电路分别与所述太阳能最大功率点跟踪控制电路、锂电池保护电路和双系统微处理器连接，所述锂电池保护电路与所述主蓄电池和副蓄电池连接，所述双系统微处理器与所述LED驱动模块连接，所述LED驱动模块与所述LED灯组件连接。
2.根据权利要求1所述的一体式双系统可移动光能路灯头，其特征在于：所述电池智能分配电路包括主蓄电池充电管理电路、副蓄电池充电管理电路、主蓄电池供电控制电路和副蓄电池供电控制电路。
3.根据权利要求1所述的一体式双系统可移动光能路灯头，其特征在于：所述双系统微处理器还连接有强弱光识别传感器。
4.根据权利要求1所述的一体式双系统可移动光能路灯头，其特征在于：所述基板、LED灯组件、蓄电池和PCB板均紧密连接在边框内。
5.根据权利要求4所述的一体式双系统可移动光能路灯头，其特征在于：所述主太阳能电池板和副太阳能电池板的面积比为7:3。
6.根据权利要求4所述的一体式双系统可移动光能路灯头，其特征在于：所述主太阳能电池板和副太阳能电池板的面积比为8:2。
7.根据权利要求4所述的一体式双系统可移动光能路灯头，其特征在于：所述主太阳能电池板和副太阳能电池板的面积比为6:4。
8.根据权利要求4所述的一体式双系统可移动光能路灯头，其特征在于：所述边框上设置有灯杆衔接件。
9.根据权利要求4所述的一体式双系统可移动光能路灯头，其特征在于：所述边框内固定有至少一个LED灯组件。
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