CN106981921A - 应用于智能锁的自切换式太阳能充电装置及充电方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种应用于智能锁的自切换式太阳能充电装置及充电方法。在太阳能电池板和充电电池之间植入充电管理模块。充电管理模块：包括超级电容、调压芯片、电池充电稳压芯片、比较器芯片和两个精密电阻。即可根据光照强度条件自主判断并自动切换充电方式：在强光条件下将太阳能电池板所产生的电流直接充入到充电电池，弱光条件下首先将太阳能电池板所产生的电流在超级电容内累积，等超级电容的电压足够大时再向充电电池高效率地充电。因此，本发明在强光条件和弱光条件下均可保证太阳能充电的高效率，它可广泛应用于使用太阳能电池板充电方式的共享自行车、共享电瓶车上的智能锁。
Description
技术领域
本发明涉及一种太阳能充电装置及充电方法，尤其是涉及一种应用于智能锁的自切换式太阳能充电装置及充电方法。
背景技术
随着城市交通拥堵化日益严重，“最后一公里”的出行日益受到重视，各类共享单车、共享电动车等受到城市人群的普遍欢迎。应用于共享单车的智能锁（包括动态密码开锁方式的智能锁，以及互联网远程通讯开锁方式的智能锁），是共享单车运行的重要基础：共享单车的车辆定位、车辆扫码外借、车辆还车扣款等基本操作，都基于智能锁实现。
应用于共享单车的智能锁一般通过锁内电池组供电。由于智能锁与服务器平台通讯所需的GPRS远程通讯方式较为耗电（一般情况下，GPRS正常工作时的电流为500毫安左右，启动时的电流甚至有可能将达到2安），同时智能锁工作时所需的GPS定位方式、电机开锁方式等也将耗费一定的电量，因此，电池电量是制约智能锁持久续航工作的瓶颈之一。
为解决电池电量对智能锁形成的制约问题，除了使用大容量的电池组之外，外部充电方式也是经常被使用的方法。外部充电方式包括通过充电口充电、通过太阳能充电、通过自发电充电等方法，其中，通过太阳能充电方式由于其成本低廉（一个太阳能电池组成本仅约30元人民币）、持续充电的特点，受到共享单车智能锁的普遍采用。
然而，太阳能充电方式有其固有的缺点：当光照条件不够充分的时候，如阴雨天雾霾天，或者当共享单车锁停在背阴区域时，太阳能电池板的充电电压或充电电流就会降低。这种由太阳能电池板原理所决定的固有缺点，将导致太阳能充电方式对智能锁锁内电池的充电效率大幅度降低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种应用于智能锁的自切换式太阳能充电装置及充电方法，可自动根据光照条件切换直接充电或累积点亮后再充电方式，以维持太阳能充电方式的高效率和有效性。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一、一种应用于智能锁的自切换式太阳能充电装置，
本发明包括太阳能电池板、充电电池和充电管理模块；在太阳能电池板和充电电池之间植入充电管理模块；所述充电管理模块，包括超级电容、调压芯片、电池充电稳压芯片、比较器芯片、第1精密电阻和第2精密电阻；太阳能电池板的电压输出端经超级电容分别与比较器芯片的正输入端和调压芯片的输入端连接，比较器芯片的输出端与调压芯片使能端连接，调压芯片输出端分为两路，一路经电池充电稳压芯片与充电电池连接，另一路经第1精密电阻和第2精密电阻接地；比较器芯片的负输入端与第1精密电阻和第2精密电阻串接点连接。
二、一种应用于智能锁的自切换式太阳能充电装置的充电方法
本发明在太阳能电池板和充电电池之间植入充电管理模块，根据太阳能电池板受到的当前光照强度值自动切换充电方式：当前光照强度下太阳能电池板产生的电压值高于设定电压值时直接将太阳能电池板所产生的电流通过超级电容稳压之后充入到充电电池内；当前光照强度下太阳能电池板产生的电压值低于设定电压值时首先将太阳能电池板所产生的电流在超级电容内累积，等超级电容的电压高于预先设定的电压值时再向充电电池充电。
所述用以和当前光照强度下太阳能电池板产生的电压值做比较的设定电压值，是由调压芯片输出端输出的电压，经过第1精密电阻和第2精密电阻的分压后得到，设定电压值的大小由第1精密电阻和第2精密电阻的阻值比决定。
太阳能电池板受到的当前光照强度值大于等于225勒克斯时，太阳能电池板产生的电压将高于设定电压值，此时比较器芯片的输出电压为正，调压芯片被使能后正常工作，太阳能电池板所产生的电压经过电池充电稳压芯片后直接充入到充电电池内。需要特别说明的是，本发明将光照强度值225勒克斯作为一个阀值，是根据实际工程经验得出来的：太阳能电池板受到225勒克斯，一般情况下可产生不低于2.4伏特的电压，而2.4伏特的电压给充电电池进行充电的效率已在可接受的范围内。
太阳能电池板受到的当前光照强度值较低时，太阳能电池板产生的电压将低于设定电压值，此时比较器芯片的输出电压为负，调压芯片由于使能端未打开而停止工作，此时太阳能电池板所产生的电流将全部累积到超级电容内；当超级电容内累积的电量足够大时，此时连接到比较器芯片正输入端的电压值将高于设定电压值，调压芯片被使能后正常工作，超级电容内累积的电量经过电池充电稳压芯片后直接充入到充电电池内，充电完毕后，超级电容的电压由于电量减少而低于设定电压值时，调压芯片再度关闭，超级电容开始下一轮的积累电量过程。
本发明具有的有益效果是：
1)可自适应地根据实际的光照强度，自主式切换选择太阳能电池板对充电电池直接进行充电或者累积电量后再行充电，无需任何人工干预或判断；
2)无论是强光条件还是弱光条件，本发明均可保证太阳能充电的高效率，有效避免光照不足时太阳能充电的低效率；
3) 本发明易于实现，只需在原有的太阳能充电电路上增加几个芯片，且所涉及的芯片均为常用芯片，因此本发明成本低廉，易于推广。
因此，本发明可广泛应用于使用太阳能电池板充电方式的共享自行车、共享电瓶车上的智能锁。
附图说明
图1是实施本发明方法的硬件方案原理图。
图2是光照强度足够大时本发明方法的工作流程图。
图3是光照强度较小时本发明方法的工作流程图。。
图中：1、太阳能电池板，2、充电电池，3、充电管理模块，3A、超级电容，3B、调压芯片，3C、电池充电稳压芯片，3D、比较器芯片，3E、第1精密电阻，3F、第2精密电阻。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明。
如图1所示，本发明包括太阳能电池板1、充电电池2和充电管理模块3；在太阳能电池板1和充电电池2之间植入充电管理模块3；所述充电管理模块3，包括超级电容3A、调压芯片3B、电池充电稳压芯片3C、比较器芯片3D、第1精密电阻3E和第2精密电阻3F；太阳能电池板1的电压输出端经超级电容3A分别与比较器芯片3D的正输入端和调压芯片3B的输入端连接，比较器芯片3D的输出端与调压芯片3B使能端连接，调压芯片3B输出端分为两路，一路经电池充电稳压芯片3C与充电电池2连接，另一路经第1精密电阻3E和第2精密电阻3F接地；比较器芯片3D的负输入端与第1精密电阻3E和第2精密电阻3F串接点连接。
本发明所涉及的调压芯片3B可选用美国德州仪器（TI）公司的BQ21040芯片或类似功能的其他芯片，所涉及的电池充电稳压芯片3C可选用美国德州仪器（TI）公司的TPS61099芯片或类似功能的其他芯片，所涉及的比较器芯片3D可选用国产LM339电压比较芯片或类似功能的其他芯片。
下面结合图2和图3所示，分别讲述强光条件下和弱光条件下本发明的工作流程。
图2所示的工作流程图是本发明在光照条件较强情况的充电方法。如图2所示，当太阳能电池板1在较强的光照条件下，此时太阳能电池板1受到的光照强度值足够高，这就意味着此时太阳能电池板1所产生的电压将高于设定电压值，即比较器芯片3D正输入端的电压高于负输入端，因此比较器芯片3D的输出电压为正电压（高电平）。由于比较器芯片3D的输出端连接了调压芯片3B的使能端，所以比较器芯片3D输出正电压就意味着调压芯片3B的使能端被输入正电压，这样调压芯片3B将正常开展工作，将太阳能电池板1输出的电压稳定在适用于电池2充电的电压值（该电压一般在3.6伏到4.9伏之间）。通过上述过程，在光照条件足够强时，太阳能电池板1所产生的电压将直接充入到充电电池2内。需要进一步补充说明的是，光照条件不可能恒定不变，这就意味着太阳能电池板1输出的电压值将会有波动。针对这个问题，本发明所采用的硬件方案也给予了充分考虑：对于太阳能电池板1输出电压的短期波动，超级电容3A的滤波和稳压作用可以完全克服；对于太阳能电池板1输出电压的非短期波动，调压芯片3B的调压作用（在允许的范围内，无论输入电压如何变化，输出电压都能稳定不变）可以完全克服。
在阴雨天或雾霾天，或者当共享单车停在背阴处时，太阳能电池板1受到的光照强度较弱，此时如果直接将太阳能电池板1产生的电流充入到充电电池2里面，由于此时太阳能电池板1产生的充电电压（充电电流）过小，其充电效率将大幅下降，甚至会发生电流无法充入电池的现象。图3所示的工作流程图是本发明在光照条件较弱情况的充电方法。如图3所示，当太阳能电池板1在较弱的光照条件下，此时光照强度值较低，太阳能电池板1产生的电压将低于设定电压值，因此比较器芯片3D正输入端电压小于负输入端电压，比较器芯片3D的输出电压为负，即连接到调压芯片3B使能端的电压值为负（或低电平），因此调压芯片3B将因为不使能而处于停止工作状态，在这种情况下，太阳能电池板1所产生的电流将全部累积到超级电容3A内。当超级电容3A内累积的电量足够大时，由于超级电容3A两端的电压与其内部累积的电量成正比，因此此时超级电容3A电压（即使连接到比较器芯片3D正输入端的电压值）将高于设定电压值，调压芯片3B被使能后正常工作，超级电容3A内累积的电量经过电池充电稳压芯片3C后直接充入到充电电池2内，充电完毕后，超级电容3A的电压由于电量减少而低于设定电压值时，调压芯片3B再度关闭，超级电容3A开始下一轮的积累电量过程。
上述具体实施方式用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种应用于智能锁的自切换式太阳能充电装置，其特征在于，包括太阳能电池板（1）、充电电池（2）和充电管理模块（3）；在太阳能电池板（1）和充电电池（2）之间植入充电管理模块（3）；所述充电管理模块（3），包括超级电容（3A）、调压芯片（3B）、电池充电稳压芯片（3C）、比较器芯片（3D）、第1精密电阻（3E）和第2精密电阻（3F）；太阳能电池板（1）的电压输出端经超级电容（3A）分别与比较器芯片（3D）的正输入端和调压芯片（3B）的输入端连接，比较器芯片（3D）的输出端与调压芯片（3B）使能端连接，调压芯片（3B）输出端分为两路，一路经电池充电稳压芯片（3C）与充电电池（2）连接，另一路经第1精密电阻（3E）和第2精密电阻（3F）接地；比较器芯片（3D）的负输入端与第1精密电阻（3E）和第2精密电阻（3F）串接点连接。
2.用于权利要求1所述的一种应用于智能锁的自切换式太阳能充电装置的充电方法，其特征在于：在太阳能电池板（1）和充电电池（2）之间植入充电管理模块（3），根据太阳能电池板（1）受到的当前光照强度值自动切换充电方式：当前光照强度下太阳能电池板（1）产生的电压值高于设定电压值时直接将太阳能电池板（1）所产生的电流通过超级电容（3A）稳压之后充入到充电电池（2）内；当前光照强度下太阳能电池板（1）产生的电压值低于设定电压值时首先将太阳能电池板（1）所产生的电流在超级电容（3A）内累积，等超级电容（3A）的电压高于预先设定的电压值时再向充电电池（2）充电。
3.根据权利要求2所述的一种应用于智能锁的自切换式太阳能充电装置的充电方法，其特征在于：所述用以和当前光照强度下太阳能电池板（1）产生的电压值做比较的设定电压值，是由调压芯片（3B）输出端输出的电压，经过第1精密电阻（3E）和第2精密电阻（3F）的分压后得到，设定电压值的大小由第1精密电阻（3E）和第2精密电阻（3F）的阻值比决定。
4.根据权利要求2所述的一种应用于智能锁的自切换式太阳能充电装置的充电方法，其特征在于：太阳能电池板（1）受到的当前光照强度值大于等于225勒克斯时，太阳能电池板（1）产生的电压将高于设定电压值，此时比较器芯片（3D）的输出电压为正，调压芯片（3B）被使能后正常工作，太阳能电池板（1）所产生的电压经过电池充电稳压芯片（3C）后直接充入到充电电池（2）内。
5.根据权利要求2所述的一种应用于智能锁的自切换式太阳能充电装置的充电方法，其特征在于：太阳能电池板（1）受到的当前光照强度值较低时，太阳能电池板（1）产生的电压将低于设定电压值，此时比较器芯片（3D）的输出电压为负，调压芯片（3B）由于使能端未打开而停止工作，此时太阳能电池板（1）所产生的电流将全部累积到超级电容（3A）内；当超级电容（3A）内累积的电量足够大时，此时连接到比较器芯片（3D）正输入端的电压值将高于设定电压值，调压芯片（3B）被使能后正常工作，超级电容（3A）内累积的电量经过电池充电稳压芯片（3C）后直接充入到充电电池（2）内，充电完毕后，超级电容（3A）的电压由于电量减少而低于设定电压值时，调压芯片（3B）再度关闭，超级电容（3A）开始下一轮的积累电量过程。
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