CN107895992A - 一种太阳能蓄电池充放电监控系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种太阳能蓄电池充放电监控系统，包含太阳能光板、蓄电池，其特征在于：在蓄电池上设有充电控制电路、放电控制电路、充电电流检测模块、端电压检测模块、微控制器模块、放电电流检测模块、人机交互模块、PWM驱动器，采用了MOS管作为功率器件，电源效率高；在设备电池充电时，能够切断电池供电，改为电源为设备供电，以保护电池，延长电池寿命；可以通过硬件和软件控制设备的开关机，还可以通过硬件复位口进行复位，从而使设备关机。
Description
技术领域
本发明属于智能监控领域，尤其涉及一种太阳能蓄电池充放电监控系统。
背景技术
蓄电池被广泛应用于多种工业领域和人们的日常生活当中，其使用寿命与欠充、过充以及过放密切相关。如何有效保证和提高蓄电池的使用寿命是蓄电池管理系统设计中急需解决的问题。
蓄电池管理系统的设计主要从充电和放电两个方面进行，不同的应用场景所采取的充放电控制策略也各有侧重。目前，充电策略主要采用三段式充电，研究较热的主要是脉冲充电，旨在避免蓄电池欠充与过充；放电策略主要采用设置门限电压的方式，旨在避免蓄电池过放。
开关电源以小型、轻量和高效率等特点被广泛应用于几乎所有的电子设备，是当今电子信息产业飞速发展不可缺少的一种电源方式。原边反馈开关电源因省去光耦加TL431的结构，节省了系统板上的空间，降低了成本并且提高了系统的可靠性，在电源管理中得以快速发展并广泛应用；
采用锂电池供电的设备在充电时， 一般会采用充电控制电路来对充电电流进行控制，而不可直接将充电电压接入电池中，否则充电电流过大会导致电池损坏或影响寿命。充电控制电路会在充电模式时切断电池对设备的供电， 转而用充电电压供给设备和充电控制电路， 在非充电模式时自动切换回电池对设备的供电。
专利号为CN201220204041.9的实用新型公开了一种充电控制电路，包括三极管Q1～ Q4、电阻R1～R8、电容 C3、轻触开关、二极管 D1 及充电电池。该电路在开机状态下对设备进行充电时能自动切断已开启的电源，使设备处于不工作的状态，实现对设备的自动断电保护功能。但是该实用新型有以下缺点：1、使用三极管作为功率器件，电源效率较低；2、充电时设备不能工作，无法满足用户在充电时使用设备的需求；3、该电路不具有控制开关机的功能。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对背景的不足提供了一种太阳能蓄电池充放电监控系统，通过对蓄电池工作过程中电压和电流的变化进行分析，合理控制蓄电池的工作进程，从而保证和提高了蓄电池的循环使用寿命。
本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案
一种太阳能蓄电池充放电监控系统，包含太阳能光板、蓄电池，在蓄电池上设有充电控制电路、放电控制电路、充电电流检测模块、端电压检测模块、微控制器模块、放电电流检测模块、人机交互模块、PWM驱动器；
所述太阳能光板通过充电控制电路连接蓄电池，所述蓄电池连接放电控制电路；
所述充电控制电路包括信号控制端、充电电源端、设备供电端、电池端、三极管、第一MOS管和第二MOS管；其中，所述充电电源端通过串联的第一电阻和第二电阻接地；所述三极管的基极分别连接所述信号控制端和充电电源端，所述三极管的集电极通过第四电阻连接所述第二MOS管的栅极，还通过第三电阻连接所述第一MOS管的源极，所述三极管的发射极接地；所述第二MOS管的源极通过第一二极管连接所述充电电源端，漏极连接所述设备供电端；所述第一MOS管的源极通过第一二极管连接所述充电电源端，栅极连接所述第一电阻和第二电阻的连接点，漏极连接所述电池端；
充电电流检测模块、端电压检测模块、放电电流检测模块分别和微控制器模块连接，用于分别实时检测蓄电池的充电电流、蓄电池内电压、蓄电池的放电电流，以及将采集的电信号上传至微控制器模块；
人机交互模块与微控制器模块连接，用于查看蓄电池的电压状态及充放电电流状态，以及用于设定微控制器参数阈值；
所述PWM驱动器分别和微控制器模块、充电控制电路、放电控制电路连接，用于根据采集的电压及电流参数，进而驱动充电控制电路及放电控制电路场效应管的PWM信号。
作为本发明一种太阳能蓄电池充放电监控系统的进一步优选方案，所述蓄电池的端电压在10.5 V～14.0 V之间。
作为本发明一种太阳能蓄电池充放电监控系统的进一步优选方案，所述充电电流检测模块采用霍尔传感器。
作为本发明一种太阳能蓄电池充放电监控系统的进一步优选方案，所述PWM驱动器的芯片型号为IR4427。
作为本发明一种太阳能蓄电池充放电监控系统的进一步优选方案，所述放电电流检测模块采用霍尔传感器。
本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：
本发明通过对蓄电池工作过程中电压和电流的变化进行分析，合理控制蓄电池的工作进程，从而保证和提高了蓄电池的循环使用寿命；
采用了MOS管作为功率器件，电源效率高；在设备电池充电时，能够切断电池供电， 改为电源为设备供电，以保护电池，延长电池寿命 ；可以通过硬件和软件控制设备的开关机，还可以通过硬件复位口进行复位，从而使设备关机。
附图说明
图1是本发明充电控制电路电路图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：
一种太阳能蓄电池充放电监控系统，包含太阳能光板、蓄电池，在蓄电池上设有充电控制电路、放电控制电路、充电电流检测模块、端电压检测模块、微控制器模块、放电电流检测模块、人机交互模块、PWM驱动器；
所述太阳能光板通过充电控制电路连接蓄电池，所述蓄电池连接放电控制电路；
如图1所示，所述充电控制电路包括信号控制端、充电电源端、设备供电端、电池端、三极管、第一MOS管和第二MOS管；其中，所述充电电源端通过串联的第一电阻和第二电阻接地；所述三极管的基极分别连接所述信号控制端和充电电源端，所述三极管的集电极通过第四电阻连接所述第二MOS管的栅极，还通过第三电阻连接所述第一MOS管的源极，所述三极管的发射极接地；所述第二MOS管的源极通过第一二极管连接所述充电电源端，漏极连接所述设备供电端；所述第一MOS管的源极通过第一二极管连接所述充电电源端，栅极连接所述第一电阻和第二电阻的连接点，漏极连接所述电池端；
充电电流检测模块、端电压检测模块、放电电流检测模块分别和微控制器模块连接，用于分别实时检测蓄电池的充电电流、蓄电池内电压、蓄电池的放电电流，以及将采集的电信号上传至微控制器模块；
人机交互模块与微控制器模块连接，用于查看蓄电池的电压状态及充放电电流状态，以及用于设定微控制器参数阈值；
所述PWM驱动器分别和微控制器模块、充电控制电路、放电控制电路连接，用于根据采集的电压及电流参数，进而驱动充电控制电路及放电控制电路场效应管的PWM信号。
所述蓄电池的端电压在10.5 V～14.0 V之间；所述充电电流检测模块采用霍尔传感器；所述PWM驱动器的芯片型号为IR4427；所述放电电流检测模块采用霍尔传感器。
12 V蓄电池在工作过程中端电压在10.5 V～14.0 V之间变化，单片机AD转换参考电压为5 V，因此需要对采样信号进行线性调理。本设计采用阻值为400 kΩ和100 kΩ，精度为1%的电阻进行分压采样，分压系数k=0.2。
蓄电池充放电电流采用霍尔传感器获取。由于传感器的输出存在2.5 V直流偏置，为消除偏置电压，减少单片机转换与计算时间，使用LM358构建差分电路，获取实际的电流转换电压进行AD采样。
电路噪声和外界干扰的存在使得AD采样信号中混有各种噪声，为提高采样信号信噪比，本文采用巴特沃斯低通滤波器设计方法设计了通带截止频率为100 Hz，阻带截止频率为500 Hz，输出增益为1的二阶有源低通滤波器对信号进行滤波处理。
系统采用PWM方式实现对蓄电池充放电过程的统一管理[11，12]。根据场效应管的伏安特性可知，在MOS管的饱和区，当VGS固定时，VDS的变化对IDS的影响不大，具有恒流源特性。因此，通过数字PI控制器自适应调整场效应管的栅源电压可以得到设定的恒流输出，实现多段式恒压限流充电管理。放电过程中，蓄电池端电压会从13.1 V逐渐下降至工作截止电压10.5 V，使得蓄电池的输出不稳定。因此，采用PWM脉宽调制的方式对直流负载进行供电，使蓄电池稳定输出。
为防止由于交流电源断开后蓄电池对开关电源电路反向放电，利用二极管的单向导通特性，通过在回路中串接肖特基二极管MBR20100防止蓄电池逆向放电。同时，考虑到蓄电池接入时可能出现反接，造成电路板元件损坏，设计采用MOS管反接保护电路，通过电阻R9和稳压二极管D2提供场效应管的栅源电压。当蓄电池反接时，栅源电压VGS=0，场效应管截止，充电回路被断开。
Claims (5)
1.一种太阳能蓄电池充放电监控系统，包含太阳能光板、蓄电池，其特征在于：在蓄电池上设有充电控制电路、放电控制电路、充电电流检测模块、端电压检测模块、微控制器模块、放电电流检测模块、人机交互模块、PWM驱动器；
所述太阳能光板通过充电控制电路连接蓄电池，所述蓄电池连接放电控制电路；
所述充电控制电路包括信号控制端、充电电源端、设备供电端、电池端、三极管、第一MOS管和第二MOS管；其中，所述充电电源端通过串联的第一电阻和第二电阻接地；所述三极管的基极分别连接所述信号控制端和充电电源端，所述三极管的集电极通过第四电阻连接所述第二MOS管的栅极，还通过第三电阻连接所述第一MOS管的源极，所述三极管的发射极接地；所述第二MOS管的源极通过第一二极管连接所述充电电源端，漏极连接所述设备供电端；所述第一MOS管的源极通过第一二极管连接所述充电电源端，栅极连接所述第一电阻和第二电阻的连接点，漏极连接所述电池端；
充电电流检测模块、端电压检测模块、放电电流检测模块分别和微控制器模块连接，用于分别实时检测蓄电池的充电电流、蓄电池内电压、蓄电池的放电电流，以及将采集的电信号上传至微控制器模块；
人机交互模块与微控制器模块连接，用于查看蓄电池的电压状态及充放电电流状态，以及用于设定微控制器参数阈值；
所述PWM驱动器分别和微控制器模块、充电控制电路、放电控制电路连接，用于根据采集的电压及电流参数，进而驱动充电控制电路及放电控制电路场效应管的PWM信号。
2.根据权利要求1所述的一种太阳能蓄电池充放电监控系统，其特征在于：所述蓄电池的端电压在10.5 V～14.0 V之间。
3.根据权利要求1所述的一种太阳能蓄电池充放电监控系统，其特征在于：所述充电电流检测模块采用霍尔传感器。
4.根据权利要求1所述的一种太阳能蓄电池充放电监控系统，其特征在于：所述PWM驱动器的芯片型号为IR4427。
5.根据权利要求1所述的一种太阳能蓄电池充放电监控系统，其特征在于：所述放电电流检测模块采用霍尔传感器。
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