CN106953378A - 自适应光伏市电互补蓄电池充放电控制器 - Google Patents
自适应光伏市电互补蓄电池充放电控制器 Download PDFInfo
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Abstract
自适应光伏市电互补蓄电池充放电控制器，通过逻辑控制电路连接光伏电源、市电电源，通过设定第一分压支路的采样比以及R1和R2的比值，使第一电压迟滞比较器的上门限电压、下门限电压分别对应于蓄电池的过充关断电压、充电关断恢复电压，通过设定第二分压支路的采样比以及R3和R4的比值，使第二电压迟滞比较器的下门限电压、上门限电压分别对应于蓄电池的过放关断电压、放电关断恢复电压。本发明可自动检测蓄电池所处状态，并进行自动充放电和关断控制、以及关断恢复控制，且方便参考电压的提供。本发明还可根据逻辑需要进行光伏电源、市电电源的自适应切换供电。
Description
技术领域
本发明涉及蓄电池的光伏控制器领域，特别涉及一种蓄电池的充放电一体控制器。
背景技术
随着可再生新能源的发展，利用光伏、市电互补方式为蓄电池充电成为一种趋势。此外，正确的充放电方式不仅节约成本，还可以有效延长蓄电池的使用寿命。长期处于过放电状态或过充电状态的蓄电池，因内部导电离子无法得到有效激发，蓄电池就会因为使用不当而大大影响其使用寿命，以标称电压为12V的蓄电池为例，其理想端电压范围是12V～13.5V，该标称电压的蓄电池在使用过程中，应尽量避免蓄电池的端电压长期处在小于12V或高于14.5V。
用户在使用蓄电池时往往对蓄电池剩余电量不清楚，蓄电池不进行及时有效的充放电可能会导致设备工作中途电力不足或使用不稳定等情况发生。因此，有必要研发一种蓄电池自动充放电控制器，对蓄电池进行自动充放电和过充关断控制、充电关断恢复控制、过放关断控制、放电关断恢复控制，使蓄电池的电压长期稳定在较为正常的范围。
发明内容
针对现有技术中存在的上述不足，本发明提供一种自适应光伏市电互补蓄电池控制器，可以检测蓄电池所处状态，并进行自动充放电和充放电关断控制、充放电关断恢复控制，使蓄电池的电压长期稳定在较为正常的范围内；
本发明还可根据逻辑需要进行光伏电源、市电电源的自适应切换供电。
为了解决上述技术问题，本发明采用以下的技术方案：
自适应光伏市电互补蓄电池充放电控制器，连接在蓄电池两端的第一分压支路和第二分压支路，第一分压支路的采样点连接第一电压迟滞比较器的反向输入端，第一电压迟滞比较器的同向输入端通过第一电阻R1连接基准电压，第一电压迟滞比较器的同向输入端和输出端之间连接第一反馈电阻R2，设定第一分压支路的采样比以及R1和R2的比值，使第一电压迟滞比较器的上门限电压对应于蓄电池的过充关断电压，第一电压迟滞比较器的下门限电压对应于蓄电池的充电关断恢复电压；
第一电压迟滞比较器的输出端通过第一继电器连接电源输出端对蓄电池的充电回路，所述电源输出端连接由逻辑控制电路控制切入与否的光伏电源、市电电源；
当蓄电池端电压上升至过充关断电压时，第一电压迟滞比较器发生翻转输出低电平，其通过第一继电器断开电源输出端对蓄电池的充电，此过充关断状态一直维持到蓄电池端电压降低至充电关断恢复电压，达到充电关断恢复电压则第一电压迟滞比较器翻转为高电平，接通电源输出端对蓄电池的充电；
所述第二分压支路的采样点连接第二电压迟滞比较器的反向输入端，第二电压迟滞比较器的同向输入端通过第二电阻R3连接基准电压，第二电压迟滞比较器的同向输入端和输出端之间连接第二反馈电阻R4，设定第二分压支路的采样比以及R3和R4的比值，使第二电压迟滞比较器的下门限电压对应于蓄电池的过放关断电压，第二电压迟滞比较器的上门限电压对应于蓄电池的放电关断恢复电压；第二电压迟滞比较器的输出端通过第二继电器连接蓄电池对负载的放电回路；
当蓄电池端电压下降至过放关断电压时，第二电压迟滞比较器发生翻转输出高电平，其通过第二继电器断开蓄电池对负载的放电，此过放关断状态一直维持到蓄电池端电压上升至放电关断恢复电压，达到放电关断恢复电压则第一电压迟滞比较器翻转为低电平，接通蓄电池对负载的放电。
优选地，所述逻辑控制电路包括为NPN型的第三三极管，第三三极管的基极和发射极之间连接光敏电阻，其集电极通过电阻连接VCC，其发射极接地，第三三极管的集电极和第一电压迟滞比较器的输出端共同连接与门，与门的输出端通过第四三极管连接第三继电器，当与门输出为高电平时，第三继电器的触点接通光伏电源对蓄电池的充电；
所述第二电压迟滞比较器的输出端通过第五三极管连接第四继电器，当第二电压迟滞比较器的输出端为高电平时，第四继电器的触点接通市电电源对蓄电池的充电；
于是，当晚上过充时，以及晚上不过充也不过放时，光敏元件使光伏电源、市电电源均不导入充电，当晚上过放时，光敏元件使市电电源导入充电，当白天过充时，光敏元件使光伏电源、市电电源均不导入充电，当白天不过充也不过放时，光敏元件使光伏电源导入充电，当白天过放时，光敏元件使光伏电源、市电电源均导入充电。
作为一种优选方案，所述第一电压迟滞比较器的输出端通过NPN型的第一三极管连接第一继电器，充电指示灯并联在第一继电器的线圈两端，第一继电器的常闭触点连接过充关断指示灯后连接电源输出端，其常开触点连接在电源输出端对蓄电池的充电回路上；
所述第二电压迟滞比较器的输出端通过NPN型的第二三极管连接第二继电器，过放关断指示灯并联在第二继电器的线圈两端，第二继电器的常闭触点连接在蓄电池对负载的放电回路上，放电指示灯连接第二继电器的常闭触点后并联在蓄电池的两端。
优选地，所述第一电压迟滞比较器的同向输入端通过第一电阻连接的基准电压和第二电压迟滞比较器的同向输入端通过第二电阻连接的基准电压为同一基准电压。
本发明的有益效果是：(1)可以自动检测蓄电池所处状态，由此进行自动充放电和过充关断控制、过放关断控制、以及充电关断恢复控制、放电关断恢复控制，使蓄电池的电压长期稳定在较为正常的范围内，可以提高蓄电池的工作效率和使用寿命；并且可根据逻辑需要进行光伏电源、市电电源的自适应切换供电。
(2)作为一种控制逻辑，当晚上过充时，以及晚上不过充也不过放时，使光伏电源、市电电源均不导入充电，当晚上过放时，使市电电源导入充电，当白天过充时，使光伏电源、市电电源均不导入充电，当白天不过充也不过放时，使光伏电源导入充电，当白天过放时，使光伏电源、市电电源均导入充电。
附图说明
图1为本发明自适应光伏市电互补蓄电池充放电控制器实施例的电路原理图。
图2是反相电压迟滞比较器的电路模型图。
图3为反相电压迟滞比较器的传输特性图。
图4为标称电压为12V的蓄电池的第一电压迟滞比较器的传输特性图。
图5为标称电压为12V的蓄电池的第二电压迟滞比较器的传输特性图。
具体实施方式
使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不构成对本发明的限制。
相反，本发明涵盖任何依本发明精髓所作的替代、修改、等效方法以及方案。进一步，为使公众对本发明有更好的了解，在下文的实施例中，详尽描述了一些特定的细节部分，但这些特定的细节部分并不会限制本发明的保护范围。
参照图1-5：自适应光伏市电互补蓄电池充放电控制器，包括连接在蓄电池两端的第一分压支路和第二分压支路，第一分压支路的采样点连接第一电压迟滞比较器U1A的反向输入端，第一电压迟滞比较器U1A的同向输入端通过第一电阻R1连接基准电压VR，第一电压迟滞比较器U1A的同向输入端和输出端之间连接第一反馈电阻R2，第一电压迟滞比较器U1A的输出端连接稳压二极管ZD1，设定第一分压支路的采样比以及R1和R2的比值，使第一电压迟滞比较器U1A的上门限电压对应于蓄电池的过充关断电压，第一电压迟滞比较器U1A的下门限电压对应于蓄电池的充电关断恢复电压；第一电压迟滞比较器U1A构成过充比较；。
所述第一电压迟滞比较器U1A的输出端通过NPN型的第一三极管Q1连接第一继电器的线圈K1A，充电指示灯LED1并联在第一继电器的线圈K1A两端，第一继电器的触点为双向开关K1B，K1B的常闭触点连接过充关断指示灯LED2后连接电源输出端，K1B的常开触点连接在电源输出端对蓄电池的充电回路上；所述电源输出端连接由逻辑控制电路控制切入与否的光伏电源、市电电源；
所述第二分压支路的采样点连接第二电压迟滞比较器U1B的反向输入端，第二电压迟滞比较器U1B的同向输入端通过第二电阻R3连接基准电压VR，第二电压迟滞比较器U1B的同向输入端和输出端之间连接第二反馈电阻R4，设定第二分压支路的采样比以及R3和R4的比值，使第二电压迟滞比较器U1B的下门限电压对应于蓄电池的过放关断电压，第二电压迟滞比较器U1B的上门限电压对应于蓄电池的放电关断恢复电压；第二电压迟滞比较器U1B构成过放比较；
所述第二电压迟滞比较器U1B的输出端通过NPN型的第二三极管Q2连接第二继电器的线圈K2A，过放关断指示灯LED3并联在第二继电器的线圈K2A两端，第二继电器的触点为双向开关K2B，K2B的常闭触点连接在蓄电池对负载的放电回路上，放电指示灯LED4连接K2B的常闭触点后并联在蓄电池的两端。
于是，可以实现，当蓄电池端电压上升至过充关断电压时，第一电压迟滞比较器U1A发生翻转输出低电平，此时NPN型的第一三极管Q1截止，第一继电器的线圈K1A不上电，双向开关K1B的常开触点断开对蓄电池的充电，同时双向开关K1B的常闭触点还使过充关断指示灯LED2点亮，此过充关断状态一直维持到蓄电池端电压降低至充电关断恢复电压，达到充电关断恢复电压则第一电压迟滞比较器翻转为高电平，此时NPN型的第一三极管Q1导通，第一继电器的线圈K1A上电，双向开关K1B的常开触点闭合，接通电源输出端对蓄电池的充电，K1A上电还使充电指示灯LED1点亮；
于是，可以实现，当蓄电池端电压下降至过放关断电压时，第二电压迟滞比较器U1B发生翻转输出高电平，此时NPN型的第二三极管Q2导通，第二继电器的线圈K2A上电，双向开关K2B的常闭触点断开，使蓄电池断开对负载的放电，K2A上电还使过放关断指示灯LED3点亮，此过放关断状态一直维持到蓄电池端电压上升至放电关断恢复电压，达到放电关断恢复电压则第一电压迟滞比较器翻转为低电平，此时NPN型的第二三极管Q2截止，第二继电器的线圈K2A不上电，双向开关K2B的常闭触点闭合，接通蓄电池对负载的放电，K2B的常闭触点闭合还使放电指示灯LED4点亮。图1中的OUT1为蓄电池对负载的放电端口。
本实施例中，所述第一电压迟滞比较器U1A的同向输入端通过第一电阻R1连接的基准电压和第二电压迟滞比较器U1B的同向输入端通过第二电阻R3连接的基准电压采用同一基准电压，二者也可采用不同的基准电压，本实施例中，由已存在的稳压二极管ZD3提供(也可采用其他方便获得的电压源提供)。
以下以标称电压为12V的蓄电池为例，说明如何确定第一、第二分压支路的采样系数以及第一、第二电压迟滞比较器的电阻比值。
第一电压迟滞比较器的上门限电压下门限电压其中VR为第一电压迟滞比较器的基准电压，VZ为输出端稳压二极管ZD1的稳压值，令上门限电压Vp1＝过充关断电压14.5V，下门限电压Vp2＝充电关断恢复电压13.8V，本实施例中设定基准电压由稳压值为5.1V的稳压二极管ZD3提供，设定ZD1＝5V，则，
将①式除以②式，可以得到第一电阻R1与第一反馈电阻R2的比值，将该比值带入①式，可以得到采样系数X的值。图1中第一分压支路的采样
同理，第二电压迟滞比较器的上门限电压下门限电压其中VR2为第二电压迟滞比较器的基准电压，VZ为输出端稳压二极管ZD2的稳压值，令上门限电压Vp1＝放电关断恢复电压11.5V，下门限电压Vp2＝过放关断电压11V，设定基准电压由稳压值为5.1V的ZD3一并提供，设定ZD1＝5V，则可以计算出第二分压支路的采样系数以及第二电阻R3和第二反馈电阻R4的比值，过程同上；
上述公式可参见高教版，模拟电子技术基础(第四版)，430页，该页的原理图中的-UZ我们这里是0，所以下门限电压的第二项为零，简化成了上述公式。该公式还可参见南开版，模拟电路基础。
图1中，第一电压迟滞比较器U1A和第二电压迟滞比较器U1B通过三端可调稳压器U2供电，U2采用芯片LM317，LM317的输入端连接蓄电池，可实现在输入电压变化的情况下稳压输出，调节R8和R9的比值可改变输出电压的大小，LM317的输出端VCC1连接第一、第二电压迟滞比较器的正电源端。
R12，R20，R7对应为稳压二极管ZD1、ZD2、ZD3的限流电阻。
以下解释反相电压迟滞比较器的工作原理。图2是反相电压迟滞比较器的电路模型图，图3为反相电压迟滞比较器的传输特性图，只有当输入电压达到U上限时，反相电压迟滞比较器才输出低电平，此后输入电压只要不降低至U下限则持续输出低电平，只有当输入电压降低至U下限时，反相电压迟滞比较器才翻转输出高电平，此后输入电压只要不上升至U上限则持续输出高电平。
以标称电压12V的蓄电池为例，图4为第一电压迟滞比较器U1A的传输特性图，其构成充电回路，其中，U上限为14.5V，U下限为13.8V。图5为第二电压迟滞比较器U1B的传输特性图，其构成放电回路，图中，U上限为12V，U下限为11V。
作为一种可选择的方案，本实施例中，如图1所示，所述逻辑控制电路通过光敏元件识别白天及晚上，其包括为NPN型的第三三极管Q3，第三三极管Q3的基极和发射极之间连接光敏电阻R光，其基极和集电极通过电阻连接VCC，其发射极接地，第三三极管Q3的集电极和第一电压迟滞比较器U1A的输出端共同连接与门U3A，与门U3A的输出端通过第四三极管Q4连接第三继电器K3，当与门U3A输出为高电平时，第三继电器K3的触点接通光伏电源对蓄电池的充电；
所述第二电压迟滞比较器U1B的输出端通过第五三极管Q5连接第四继电器K4，当第二电压迟滞比较器U1B的输出端为高电平时，第四继电器K4的触点接通市电电源对蓄电池的充电。
当白天有光照时，光敏电阻R光呈现小电阻，第三三极管Q3的基极为低电平，第三三极管Q3不导通，其集电极输出高电平，当夜晚没有光照时，光敏电阻R光呈现大电阻，第三三极管Q3的基极为高电平，第三三极管Q3导通，其集电极输出低电平。
图1中，在与门的作用下，YG＝QG·QC，另外，YS＝QF；在此逻辑下，可以实现，当晚上过充时，以及晚上不过充也不过放时，光敏元件使光伏电源、市电电源均不导入充电，当晚上过放时，光敏元件使市电电源导入充电，当白天过充时，光敏元件使光伏电源、市电电源均不导入充电，当白天不过充也不过放时，光敏元件使光伏电源导入充电(目的是白天最大限度利用光伏电能充电)，当白天过放时，光敏元件使光伏电源、市电电源均导入充电。
下表一为上述逻辑控制电路的逻辑实现表格。
需要说明的是，标称电压为12V的蓄电池的过充关断电压、充电关断恢复电压、放电关断电压、放电关断恢复电压不仅限于上述实施例中的14.5V、13.8V、11V、12V，可以在一定范围内做调整。比如，优选地，过充关断电压可以为14.1～14.5V，充电关断恢复电压可以为13.1～13.5V，放电关断电压可以为10.8～11.5V，放电关断恢复电压可以为11.5～12V。本发明中的蓄电池也不仅限于12V，还可为其他标称电压的蓄电池。
上述实施例仅仅是本发明技术构思实现形式的列举，并不用以限制本发明的保护范围，凡依本发明的技术构思所作的等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.自适应光伏市电互补蓄电池充放电控制器，其特征在于：包括连接在蓄电池两端的第一分压支路和第二分压支路，第一分压支路的采样点连接第一电压迟滞比较器的反向输入端，第一电压迟滞比较器的同向输入端通过第一电阻R1连接基准电压，第一电压迟滞比较器的同向输入端和输出端之间连接第一反馈电阻R2，设定第一分压支路的采样比以及R1和R2的比值，使第一电压迟滞比较器的上门限电压对应于蓄电池的过充关断电压，第一电压迟滞比较器的下门限电压对应于蓄电池的充电关断恢复电压；
第一电压迟滞比较器的输出端通过第一继电器连接电源输出端对蓄电池的充电回路，所述电源输出端连接由逻辑控制电路控制切入与否的光伏电源、市电电源；
当蓄电池端电压上升至过充关断电压时，第一电压迟滞比较器发生翻转输出低电平，其通过第一继电器断开电源输出端对蓄电池的充电，此过充关断状态一直维持到蓄电池端电压降低至充电关断恢复电压，达到充电关断恢复电压则第一电压迟滞比较器翻转为高电平，接通电源输出端对蓄电池的充电；
所述第二分压支路的采样点连接第二电压迟滞比较器的反向输入端，第二电压迟滞比较器的同向输入端通过第二电阻R3连接基准电压，第二电压迟滞比较器的同向输入端和输出端之间连接第二反馈电阻R4，设定R3和R4的比值以及第二分压支路的采样比，使第二电压迟滞比较器的下门限电压对应于蓄电池的过放关断电压，第二电压迟滞比较器的上门限电压对应于蓄电池的放电关断恢复电压；第二电压迟滞比较器的输出端通过第二继电器连接蓄电池对负载的放电回路；
当蓄电池端电压下降至过放关断电压时，第二电压迟滞比较器发生翻转输出高电平，其通过第二继电器断开蓄电池对负载的放电，此过放关断状态一直维持到蓄电池端电压上升至放电关断恢复电压，达到放电关断恢复电压则第一电压迟滞比较器翻转为低电平，接通蓄电池对负载的放电。
2.如权利要求1所述的自适应光伏市电互补蓄电池充放电控制器，其特征在于：所述逻辑控制电路包括为NPN型的第三三极管，第三三极管的基极和发射极之间连接光敏电阻，其集电极通过电阻连接VCC，其发射极接地，第三三极管的集电极和第一电压迟滞比较器的输出端共同连接与门，与门的输出端通过第四三极管连接第三继电器，当与门输出为高电平时，第三继电器的触点接通光伏电源对蓄电池的充电；
所述第二电压迟滞比较器的输出端通过第五三极管连接第四继电器，当第二电压迟滞比较器的输出端为高电平时，第四继电器的触点接通市电电源对蓄电池的充电；
于是，当晚上过充时，以及晚上不过充也不过放时，光敏元件使光伏电源、市电电源均不导入充电，当晚上过放时，光敏元件使市电电源导入充电，当白天过充时，光敏元件使光伏电源、市电电源均不导入充电，当白天不过充也不过放时，光敏元件使光伏电源导入充电，当白天过放时，光敏元件使光伏电源、市电电源均导入充电。
3.如权利要求1或2所述的自适应光伏市电互补蓄电池充放电控制器，其特征在于：所述第一电压迟滞比较器的输出端通过NPN型的第一三极管连接第一继电器，充电指示灯并联在第一继电器的线圈两端，第一继电器的常闭触点连接过充关断指示灯后连接电源输出端，其常开触点连接在电源输出端对蓄电池的充电回路上；
所述第二电压迟滞比较器的输出端通过NPN型的第二三极管连接第二继电器，过放关断指示灯并联在第二继电器的线圈两端，第二继电器的常闭触点连接在蓄电池对负载的放电回路上，放电指示灯连接第二继电器的常闭触点后并联在蓄电池的两端。
4.如权利要求1所述的自适应光伏市电互补蓄电池充放电控制器，其特征在于：所述第一电压迟滞比较器的同向输入端通过第一电阻连接的基准电压和第二电压迟滞比较器的同向输入端通过第二电阻连接的基准电压为同一基准电压。
5.如权利要求1所述的自适应光伏市电互补蓄电池充放电控制器，其特征在于：所述第一电压迟滞比较器和第二电压迟滞比较器的电源由三端可调稳压器LM317供电，LM317的输入端连接蓄电池，可实现在输入电压变化的情况下稳压输出，LM317的输出端VCC1连接第一、第二电压迟滞比较器的正电源端。
6.如权利要求5所述的自适应光伏市电互补蓄电池充放电控制器，其特征在于：当蓄电池的标称电压为12V时，所述同一基准电压由稳压值为5.1V的稳压二极管提供。
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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Inventor after: Liao Dongjin Inventor after: Huang Yunlong Inventor after: Fang Xiaomin Inventor after: Huang Zhiping Inventor after: Liu Xiaolong Inventor before: Huang Yunlong Inventor before: Liao Dongjin Inventor before: Fang Xiaomin Inventor before: Huang Zhiping Inventor before: Liu Xiaolong |
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