CN1070290A - 太阳能发电装置多功能控制器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种太阳能发电装置多功能控制器， 它由光伏硅阵、自动充电调节电路、自动分配电路、自 动供电控制电路、稳压电路、直流输出及保护电路、报 警电路、落后电池处理及应急电源、逆变电路、两组蓄 电池、壳体、面板、后盖等组成。本控制器采用一定方 式使太阳能光伏硅阵输出的电能充分而合理地储存 于蓄电池组中，同时控制蓄电池组向负载提供不间断 的稳定的直流电压。并可通过应急电源向电池充电 及向设备供电，通过逆变器产生交流输出。

Description

本发明涉及一种控制器，特别是一种太阳能发电装置多功能控制器。

当前，我国对太阳能的利用不断发展和普及，太阳能发电装置亦广泛应用于各种场合。但还没有一种理想的控制器，使太阳能发电装置的应用更完善，功能更齐全。

本发明的目的在于避免上述现有技术的不足之处而提供一种自动化程度高、功能齐全、性能稳定、使用方便的太阳能发电装置多功能控制器。

本发明的目的可以通过以下措施来达到：本发明包括光伏硅阵、蓄电池、面板、壳体、后盖板，其特征在于：还有自动充电调节电路、自动分配电路、自动供电控制电路、稳压电路、直流输出及保护电路、告警电路、落后电池处理及应急电源、逆变电路，光伏硅阵将太阳能转化为电信号送到自动充电调节电路，自动充电调节电路的输出通过自动分配电路送到蓄电池，蓄电池和自动供电控制电路相接，自动供电控制电路的输出一路通过稳压电路送到直流输出及保护电路，另一路送到告警电路，另蓄电池还和落后电池处理及应急电源相接，落后电池处理及应急电源的输出送到逆变电路。

本发明的目的还可以通过以下措施来达到：自动充电调节电路中集成电路IC12的2、6脚分别与电位器W11、W12的中点相接，3脚通过R16接BG11的基极，BG12的集电极接继电器J11，J11的触点KJ11的常闭点b1与分流器T11相接，常开点C1与BG11射极相接，中间点d1分别通过自动分配电路3中的二极管D15、D16与蓄电池4、5相接。自动供电控制电路中集成电路IC21的2脚与电位器W22的中点相接，6脚通过稳压二极管D26与三极管BG21基极相接，BG22的集电极与继电器J22的线圈相接，J22的触点KJ22的常闭点与BG23、BG24的集电极相接，常开点C2与BG23、BG24的射极相接，中点d2与开关K22相接。落后电池处理及应急电源中按钮开关K51通过保险管BX51、可控硅SCR1的阳极、阴极、继电器JA的触点KJA1与变压器B1的初级线圈L相接，SCR1的控制栅极G通过触发二极管与电位器W51相接。逆变电路中，按钮开关K61通过继电器JA的触点KJA2与二极管BG61、BG62的射极相接，BG61、BG62的集电极分别通过继电器JD的触点KJD1、KJD2与变压器B1的a6、b6端相接，变压器B1次级2～9端分别与开关K63的触点相接。

图1为本发明的原理方框图;

图2为本发明的外形结构示意图;

图3为本发明后盖板的结构示意图;

图4为自动充电控制电路、自动分配电路的电原理图;

图5为自动供电控制电路、稳压电路、直流输出及保护电路的电原理图;

图6为电压检测电路VMC2的电原理图;

图7为告警电路的原理图;

图8为落后电池处理及应急电源电原理图;

图9为逆变电路的电原理图。

本发明下面将结合附图（实施例）作进一步详述：

参照图1～图3，本发明由光伏硅阵1、自动充电调节电路2、自动分配电路3、自动供电控制电路6、蓄电池4、5、稳压电路7、直流输出及保护电路8、告警电路9、落后电池处理及应急电源10、逆变电路11、面板12、壳体13、后盖板14等组成。

图2中，面板12上装有自动充电调节电路2中的输入电压表V1、输入电流表A1、测量开关K11、K12，自动供电控制电路6中的输出电流表A2、输出电压表V2、手动换组开关K21、自动、手动转换开关K22，落后电池处理及应急电源10中的电流表A3、电压表V3、按钮开关K51、电压调整电位器W51、换组开关K54、逆变电路11中的电压表V4、启动开关K61、停止开关K62、电压调整开关K63、无阻启动开关K64等，并装有多组指示灯。

图3中，后盖板14装有蓄电池4、5的输出接线端子15、16，硅阵输入、输出、逆变输入、输出、整流输入、输出的接线排17及各种保险管。

参照图4，自动充电调节电路2包括有电压检测电路VMC1（图中虚线框部分）、由三极管BG13等组成的限流充电支路和浮充支路、切换继电器J11以及由发光二极管D12、D13等组成的指示电路。VMC1是以集成电路IC12为中心元件的双阀值比较器;而IC11是三端稳压集成电路;R13、W12、R14和R11、W11、R12分别组成比较器的上、下限电压取样电路。在太阳光照射下，光伏硅阵1将太阳能转化为电能并向蓄电池组充电。夜晚或阴雨天，硅阵的输出电压为零或较小，VMC1将不工作。VMC1检测的是正在充电的一组电池（若两组电池电压不平衡，则只有一组电池充电）的电压。当蓄电池充电时，VMC1处于工作状态，而上、下限取样电压（设为VH、VL）一经调定则为一定值，当蓄电池电压升高至大于VH时，IC12的3脚输出低电平，BG11截止，BG12导通，继电器J11吸合，其触点KJ11接于点C1，硅阵输出的电压经由BG12、D14、R11、R12等组成的限流充电支路对蓄电池进行充电，充电电流将被限制（减少），这样当蓄电池电压上升时能防止过充电。而当蓄电池电压下降至低于下限取样电压VL时，则IC13的3脚由低电压变为高电平，继电器J11释放，其触点KJ11换向b1点，硅阵的输出电压直接对蓄电池进行充电，这时充电电流较大，使硅阵输出电能得到充分利用，而蓄电池充电也不会出现过充电。D15、D16构成自动分配电路3;当蓄电池4、5的电压平衡时，硅阵将同时向两组蓄电池充电，当蓄电池4、5的电压不平衡时，设蓄电池5的电压较高，则二极管D16截止，硅阵只向充电电池4充电。没有阳光时，VMC1将停止工作，D15、D16也都截止，防止蓄电池向硅阵和VMC1放电，起保护硅阵和节省电能的作用，而且由于D15、D16的隔离作用蓄电池4、5充放电互不影响。另K11、K12分别为硅阵1输出电压、输出电流检查开关;T1为分流器，提供电流表的取样电流。D12、D13为发光二极管，当J11吸合时，D13亮为限充指示，当J11释放时，D12亮为浮充指示。

参照图5、图6，自动供电控制电路6包括电压监测电路VMC2（见图6）过压检测电路VMC3（图5虚线框部分）、供电换组继电器J21、稳压继电器J22等;而稳压电路由IC22、D29等组成;直流输出及保护电路由BG23、BG24等组成。两组蓄电池4、5中，蓄电池4为主供电电池组，蓄电池5为备用电池组。若阴雨时间较长，蓄电池4的能量得不到补充，由于放电，其电压将下降，当电压降至235V（调试时已确定）时，VMC2将驱动继电器J21吸合，其触点KJ21动作，从而切换为蓄电池5供电;当蓄电池4补充电能后，电压回升到245V以上时，VMC2使J21释放，电路切换为蓄电池4供电。VMC2的工作原理与前述VMC1的工作原理相似，不再赘述。

一般的设备对其电源电压的要求都有一定的变化范围，为保证设备既能得到稳定的电源电压，又能在恶劣的天气条件下电源维持较长的工作时间，供电电路特设稳压支路和直接供电支路，由VMC3带动继电器J22切换控制。VMC3是一个由集成运放电路IC2（型号是F007）等构成的具有回滞特性的比较电路;W21、W22、R23组成电压取样电路，设IC1的2脚电压为V2，6脚电压为V6，此比较电路的特性是：当V6为高电平时，由于R25、R26的反馈作用，只有V2＞25.5V，V6才由高电平变为低电平;而当V6为低电平时，只有V2＜24V，V6才会由低电平变为高电平。这种特性避免了当电池电压接近阀值时，由于IC21的零漂而造成J22无规律动作。当V6为低电平时，BG21截止，BG22饱和导通，J22吸合，其触点KJ22接通点C2，电池组通过稳压支路向负载供电，BG23、BG24并联成复合管作为稳压集成电路IC22的射极跟随器，其作用是扩大IC22的负载能力。当V6为高电平时，BG21导通，BG22截止，J22释放，其触点KJ22接通b2点，电池通过直接供电支路向负载供电。K21为手动转换开关，K22为手动、自动转换开关，当K22换向点J2、W2时，自动供电控制电路被切断。K21、K22主要用于系统检修。A2、V2为输出电流、电压读数指示;R21、D21和R22、D22分别为两组电池的工作指示灯电路，J21吸合时D21亮显示蓄电池4工作，J21释放时D22亮，显示蓄电池5工作。R210、D28为输出指示灯电路;R211、D210和R212、D211分别为“自动”和“手动”工作状态指示灯电路。

参照图7，告警电路9由故障监测电路、告警声振荡电路和故障指示灯电路组成。当蓄电池组4的电压下降至22.5V或由于输出稳压电路发生故障而导致输出电压过高（高于26.5V），或控制器无输出（比如由于保险丝BX3断或输出电路开路），告警电路9将发出告警。

无输出监测及告警：继电器J41的线圈接于点“A22”与地之间，若输出正常，则J41吸合，KJ41接地;若无输出，则J41将释放，KJ41接向电池组5的正极“A15”，点A41加上+24V电压，D44、D45导通从而驱动发光管D48（红色）、D49（黄色）同时发光显示无输出故障;另一方面，电池组5的电压使D41导通，从而启动告警声振荡电路工作，喇叭发出“嘟……，嘟……，”告警声。

过压监测及报警：监测电路由另一过压检测电路VMC3及继电器J42组成（工作原理前面已述）。当输出电压高于26.5V时（稳压电路坏），VMC3驱动J42吸合，KJ42接通将点“A15”，电池组5的电压加到点A42，D42、D46导通，振荡电路工作，喇叭发出“嘟……，嘟……，”声，同时发光管D48亮，显示过压故障。

欠压监测及告警：欠压监测与自动供电控制电路共用欠压检测电路VMC2，即继电器J43与J21的线圈并联。当蓄电池4的电压低于22.5V时，J43与J21同时吸合，KJ43将接通点A43、蓄电池5加至点A43，使D43、D47导通，从而驱动告警声振荡电路工作，喇叭发出“嘟……嘟……”声，同时发光管D49亮，显示电池组4已欠压。

告警声振荡电路工作原理：电路由两只WE555振荡电路DC1和DC2组成。D41、D42、D43组成一“或”门，只要其中任一管导通就有24V电压加至IC41的输入端，IC41输出稳压的15V电压，作为DC1、DC2的电源，DC2的输出经过C45耦合至喇叭。

参照图8，对于有市电的地方，在阴雨天过长而电池组的电压低于使用范围的情况下，可通过落后电池处理及电源电路10向电池充电并向设备供电。该电路采用双向可控硅电压调整电路，且与逆变电路11共用一只变压器B1。其工作原理为：SCR为双向可控硅，T2为可控硅触发管，输入电压为Vi;在交流正半周，SCR1的正向晶闸管TA正偏，同时Vi通过R51、W51向C51充电，当C51的电压升至一定值VT时，T2将导通，从而驱动SCR1导通，C51通过SCR1的TA快速放电，C51上的电压很小。当Vi进入负半周时，随着Vi的负增长，SCR1的TA将截止，电源电压Vi通过R51、W51向C51反向充电，当C51的电压≤-VT时，T2又重新导通，从而驱动SCR1（TA）导通，C51又通过T2、SCR1的栅极G放电，SCR1又会截止，Vi又开始向C51充电，新的周期又开始，变压器B1初级的电压就形成了锯齿波形。此电压经B1耦合至次级经桥式整流器D整流、电容C51滤波成为直流电压输出口调整W51可改变C51的充电时间常数，从而改变SCR1的导通角，因此可改变直流电压输出幅度。另应急电源与逆变电路11不能同时工作，且不互相影响对方的工作状态，若逆变电路11工作，则KJD′将点“2”断开，应急电源10就无法启动。

参照图9，逆变电路11由复合管BG61、BG62组成的推换电路构成，其输出交流电压为180～240V，且步进可调，功率为250W，与应急电源10共用一只变压器B1。KJA1、KJA2、KJA3、KJA4及KJD1、KJD2、KJD3分别为交流及直流接触器JA、JD的触点，起应急电源和应变电路的隔离作用：当应急电源工作时，KJA3将其触点“2”断开，JD、JD′就无法启动，同时KJA1、KJA2、KJA3、KJA4、KJD1、KJD2、KJD3断开逆变电路的各触点，使电路不加电，而且不影响应急电源的工作。

电路工作原理：在应急电源不工作的情况下，KJA1-4都接通触点“2”，接通K61则JD、JD′吸合，KJD1-3接通点“3”，其中KJD1为自保开关。使JD、JD′在K61放开时仍吸合，电路加上电源。R61、R62和R63、R64组成的分压电路分别为BG61和BG62提供相同的发射结偏压，BG61、BG62都导通。由于BG61和BG62不完全对称，它们便产生交替导通（截止），变压器B1初级的波形为交变脉冲波，经B1耦合，次级输出电压为同样的波形，其中幅度可通过K63的选择作步进调整。选择合适的元件，电压的变化频率将接近于50HZ。对于启动电流较大的负载（如彩电），可先断开K64，再启动电路，电压经过限流电阻R65输出，可避免输出电流过大而损坏逆变电路，待负载正常后再接通K64。若电路严重超载，B1中L1、L2的电压幅度将下降，导致BG61、BG62都截止，电路将停止工作，这是电路的自保作用。电路的正常输出电流一般不宜超过2A。

本发明相比现有技术具有如下优点：

1.可使太阳能光伏硅阵输出的电能充分而合理地储存于蓄电池组中，同时控制蓄电池向负载提供不间断的稳定的直流电压，并可通过应急电源向电池充电及向设备供电，通过逆变器产生交流输出。

2.设计合理，性能稳定，自动化程度高，功能齐全，结构紧凑，操作使用方便，可适应于各种通信、导航台站，也可用于市电供应紧张的场合。

Claims (5)

1、一种太阳能发电装置多功能控制器，包括光伏硅阵1、蓄电池4、5、面板12、壳体13、后盖板14，其特征在于：还有自动充电调节电路2、自动分配电路3、自动供电控制电路6、稳压电路7、直流输出及保护电路8、告警电路9、落后电池处理及应急电源10、逆变电路11，光伏硅阵1将太阳能转化为电信号送到自动充电调节电路2，自动充电调节电路2的输出通过自动分配电路3送到蓄电池4及蓄电池5，蓄电池4、5和自动供电控制电路6相接，自动供电控制电路6的输出一路通过稳压电路7送到直流输出及保护电路8，另一路送到告警电路9，另蓄电池4、5还和落后电池处理及应急电源10相接，落后电池处理及应急电源10的输出送到逆变电路11。

2、根据权利要求1所述的控制器，其特征在于：自动充电调节电路2中集成电路IC12的2、6脚分别与电位器W11、W12的中点相接，3脚通过R16接BG11的基极，BG12的集电极接继电器J11，J11的触点KJ11的常闭点b1与分流器T11相接，常开点C1与BG11射极相接，中间点d1分别通过自动分配电路3中的二极管D15、D16与蓄电池4、5相接。

3、根据权利要求1所述的控制器，其特征在于：自动供电控制电路4中集成电路IC21的2脚与电位器W22的中点相接，6脚通过稳压二极管D26与三极管BG21基极相接，BG22的集电极与继电器J22的线圈相接，J22的触点KJ22的常闭点与BG23、BG24的集电极相接，常开点C2与BG23、BG24的射极相接，中点d2与开关K22相接。

4、根据权利要求1所述的控制器，其特征在于：落后电池处理及应急电源10中按钮开关K51通过保险管BX51、可控硅SCR1的阳极、阴极、继电器JA的触点KJA1与变压器B1的初级线圈L相接，SCR1的控制栅极G通过触发二极管与电位器W51相接。

5、根据权利要求1所述的控制器，其特征在于：逆变电路11中，按钮开关K61通过继电器JA的触点KJA2与二极管BG61、BG62的射极相接，BG61、BG62的集电极分别通过继电器JD的触点KJD1、KJD2与变压器B1的a6、b6端相接，变压器B1次级2～9端分别与开关K63的触点相接。

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