CN109802453B - 一种光伏电源的智能充电管理模块及管理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光伏电源的智能充电管理模块，包括太阳能光伏电池组、储能蓄电池和用电负载，太阳能光伏电池组与储能蓄电池之间通过充电控制电路连接，储能蓄电池与用电负载之间通过放电控制回路连接，充电控制电路和放电控制回路之间设有智能充放电管理模块，智能充放电管理模块包括中央处理单元、充电效率监控电路和耗电效率监控电路，充电时间监控电路和耗电效率监控电路均与中央处理单元的串口输入端连接，对应的中央处理单元输出端分别设有用于控制充电控制电路通断的第一控制开关，以及用于控制放电控制回路通断的第二控制开关；本方案可实时监控蓄电池的充电情况，防止过充电或者过放电对蓄电池造成损坏，延长蓄电池的使用寿命。

Description

一种光伏电源的智能充电管理模块及管理方法

技术领域

本发明涉及光伏电源领域，具体为一种光伏电源的智能充电管理模块及管理方法。

背景技术

能源是经济、社会发展和提高人民生活水平的重要物质基础，能源问题是一个国家至关重要的问题。随着科学技术和全球经济地飞速发展，对能源的需求也在日趋增长。自20世纪70年代的世界石油危机以来，人们才真正意识到，化石燃料的储量是有限的，能源危机迫在眉睫。从全球来看，已探明的可支配的传统能源储量在不久的将来即将耗尽，能源问题的突出，不仅表现在常规能源的匮乏不足，更重要的是化石能源的开发利用对生态环境的污染破坏：大气中的颗粒物和二氧化硫浓度增高，局部地区形成酸雨。而每年排放的大量二氧化碳带来的温室效应，使全球气候变暖，自然灾害频繁。常规能源在给人类社会带来飞速发展的同时，也在很大程度上使人类社会面临着前所未有的困难和挑战。这些问题最终将迫使人们改变能源结构，依靠科技进步，大规模地开发利用可再生洁净能源，实现可持续发展。

虽然在可预见的将来，矿物燃料仍将在世界能源结构中占有相当的比重，但人们对核能以及太阳能、风能、地热能、水力能、生物能等可再生能源资源的利用日益重视，在整个能源消耗中所占的比例正在显著地提高。其中，太阳能作为一种新型的绿色可再生能源，与其他新能源相比，是最理想的可再生能源。太阳能利用主要有光热利用和光伏发电利用这两种主要形式。我国低温光热利用已经具有可观的规模，相关技术研究也比较成熟。光伏利用近期在世界范围内高速发展，所谓“光伏发电”是直接将太阳光转换为电能的一种发电形式。光伏发电具有取之不尽且无污染等优点，目前在我国，光伏发电主要应用在如下领域：西部偏远地区电力供应、通讯及交通设施、气象台站、航标灯和照明路灯，光伏发电的照明系统应用具有节能性、经济性和实用性等优点，在众多应用领域中具有最广泛的发展前景。

但是，现有的光伏系统的电源模块还存在以下缺陷在于存在过充电或者过放电的情况，严重影响蓄电池的使用寿命，需要频繁更换蓄电池，造成光伏发电的使用成本高，严重影响其推广使用。

发明内容

为了克服现有技术方案的不足，本发明提供一种光伏电源的智能充电管理模块及管理方法，能有效的解决背景技术提出的问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种光伏电源的智能充电管理模块，包括太阳能光伏电池组、储能蓄电池和用电负载，所述太阳能光伏电池组与储能蓄电池之间通过充电控制电路连接，所述储能蓄电池与用电负载之间通过放电控制回路连接，所述充电控制电路和放电控制回路之间设有智能充放电管理模块；

所述智能充放电管理模块包括中央处理单元、与充电控制电路连接的充电效率监控电路，以及与放电控制回路连接的耗电效率监控电路，所述充电时间监控电路和耗电效率监控电路均与中央处理单元的串口输入端连接，对应的中央处理单元输出端分别设有用于控制充电控制电路通断的第一控制开关，以及用于控制放电控制回路通断的第二控制开关。

进一步地，所述智能充放电管理模块还包括连接在充电控制电路与储能蓄电池之间的第一电流表和计时器，所述计时器与中央处理单元的复位电路连接，所述中央处理单元内设有用于处理第一电流表和计时器之间的电量积分模块，所述电量积分模块利用积分技术计算在计时器的工作时间段内，所述太阳能光伏电池组提供的总电量。

进一步地，所述复位电路可将计时器复位为零，在所述太阳能光伏电池组重新充电工作时，计时器从零重新计时。

进一步地，所述充电效率监控电路具体为设置在储能蓄电池两端的电压表，所述耗电效率监控电路具体为设置在储能蓄电池与放电控制回路之间的第二电流表。

进一步地，所述储能蓄电池内还设有数字温度传感器，所述数字温度传感器与中央处理单元的输入端连接，所述中央处理单元的输出端设有与温度监控相关的报警器。

进一步地，所述第一控制开关还串联有用于防止储能蓄电池过充电作用的防反充电二极管。

另外本发明还提供一种光伏电源智能充电管理模块的管理方法，具体包括以下步骤：

步骤100、持续充电操作，第一控制开关闭合，第二控制开关断开，太阳能光伏电池组对储能蓄电池进行单向充电；

步骤200、实时监控充电量，第一电流表和计时器工作，利用电量积分模块对充电生成的总电量进行统计；

步骤300、过充电管理，当充电的总电量达到储能蓄电池的充电管理时，中央处理单元控制充电电路的第一控制开关断开，停止充电；

步骤400、放电供能，第二控制开关闭合，储能蓄电池对用电负载单向提供电能；

步骤500、过放电管理，当第二电流表小于保护过放电的设定值时，中央处理单元控制放电回路的第二控制开关断开，停止放电。

进一步地，当上述步骤500完成之后，所述中央处理单元控制复位电路工作，所述计时器将从零重新计时。

进一步地，所述电量积分模块生成的总电量作为调控第一控制开关工作的第一触发器，所述电压表作为调控第一控制开关工作的第二触发器。

进一步地，所述第二电流表调控第二控制开关工作的第一触发器，同时所述电压表作为调控第二控制开关工作的第二触发器。。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明结构简单，控制反应灵敏，可实时监控蓄电池的充电情况，防止过充电或者过放电对蓄电池造成损坏，延长蓄电池的使用寿命。

附图说明

图1为本发明的智能充电管理结构示意图；

图2为本发明的单向充放电管理流程示意图；

图3为本发明的双向充放电管理流程示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

如图1所示，本发明提供了一种光伏电源的智能充电管理模块，包括太阳能光伏电池组、储能蓄电池和用电负载，所述太阳能光伏电池组与储能蓄电池之间通过充电控制电路连接，所述储能蓄电池与用电负载之间通过放电控制回路连接，所述充电控制电路和放电控制回路之间设有智能充放电管理模块。

在本实施方式中，智能充放电管理模块的主要功能具体是智能控制蓄储能蓄电池的充放电过程，防止储能蓄电池发生过充电或者过放电现象，从而能最大限度的利用蓄电池的性能，并且延长蓄电池的使用寿命。

所述智能充放电管理模块包括中央处理单元、与充电控制电路连接的充电效率监控电路，以及与放电控制回路连接的耗电效率监控电路。充电效率监控电路具体为设置在储能蓄电池两端的电压表，所述耗电效率监控电路具体为设置在储能蓄电池与放电控制回路之间的第二电流表。

充电时间监控电路和耗电效率监控电路均与中央处理单元的串口输入端连接，中央处理单元，对应的中央处理单元输出端分别设有用于控制充电控制电路通断的第一控制开关，以及用于控制放电控制回路通断的第二控制开关，第一控制开关还串联有用于防止储能蓄电池过充电作用的防反充电二极管，防反充电二极管配合第一控制开关使用，当太阳能电池板正常充电工作时，正向通过防反充电二极管，此时防反充电二极管的电阻极小，蓄电池储电过满放电时，电流反向经过防反充电二极管，此时防反充电二极管产生极大的电阻，将使得电路整体断电，从而进一步实现防止蓄电池储电过满时反向放电，避免造成对太阳能电池板的损坏。

在智能充放电管理模块中，充电效率监控电路负责完成对蓄电池充电电压变量的采集，而耗电效率监控电路负责蓄电池放电电流变量的采集；当蓄电池充电电压变量达到蓄电池的最高额定值时，中央处理单元则执行断开充电操作，当蓄电池放电电流变量达到蓄电池的最小设定值时，中央处理单元则执行断开放电操作，从而有效的防止蓄电池发生过放电或者过充电现象。

本实施方法的创新点在于，所述智能充放电管理模块还包括连接在充电控制电路与储能蓄电池之间的第一电流表和计时器，所述计时器与中央处理单元的复位电路连接，所述中央处理单元内设有用于处理第一电流表和计时器之间的电量积分模块，由于在光伏发电系统中，太阳能电池板的发电量主要取决于太阳能，所以导致储能蓄电池的输入电量很不稳定，因此对于光伏电源模块中的充电控制臂普通蓄电池的充电控制更加复杂，电量积分模块可将时刻变化的充电电流进行积分，从而可求得光伏发电系统在充电过程中的总充电量。

需要补充说明的是，电量积分模块的工作原理和工作过程如下所述：电量积分模块将计时器与第一电流表两个变量建立在直角坐标系内，由于第一电流表检测到的电流在时刻变化，在计时器的计时范围内会形成一个电流曲线，计算电流曲线与时间轴之间的面积，即为在计时范围内的充电总量。

作为本实施方式的优选，储能蓄电池内还设有数字温度传感器，所述数字温度传感器与中央处理单元的输入端连接，所述中央处理单元的输出端设有与温度监控相关的报警器，数字温度传感器用于检测储能蓄电池在充电或者放电时的温度，当温度达到高温设定值时，报警器启动报警，提醒人们进行物理降温或者其他降温方法，避免储能蓄电池的温度过高引起电池损坏。

实施例2

另外如图2所示，本发明还提供一种光伏电源智能充电管理模块的管理方法，此方法是针对白天充电晚上用电的充电管理模式，具体包括以下步骤：

步骤100、持续充电操作，第一控制开关闭合，第二控制开关断开，太阳能光伏电池组对储能蓄电池进行单向充电。

步骤200、实时监控充电量，第一电流表和计时器工作，利用电量积分模块对充电生成的总电量进行统计，在此步骤中，电量积分模块生成的总电量作为调控第一控制开关工作的第一触发器，所述电压表作为调控第一控制开关工作的第二触发器。

也就是在充电过程中，如果电量积分模块检测到充电量达到电池容量时，则中央处理单元控制第一控制开关断开，停止充电过程，如果电压表检测到充电量达到电池容量时，则中央处理单元控制第一控制开关断开，同样停止充电过程。

步骤300、过充电管理，当充电的总电量达到储能蓄电池的充电管理时，中央处理单元控制充电电路的第一控制开关断开，停止充电。

步骤400、放电供能，第二控制开关闭合，储能蓄电池对用电负载单向提供电能。

步骤500、过放电管理，当第二电流表小于保护过放电的设定值时，中央处理单元控制放电回路的第二控制开关断开，停止放电，所述第二电流表调控第二控制开关工作的第一触发器，同时所述电压表作为调控第二控制开关工作的第二触发器，当第二电流表检测到储能蓄电池的放电电流小于设定值时，则中央处理单元控制第二控制开关断开，同时当电压表检测到储能蓄电池的放电电流小于设定值时，中央处理单元控制第二控制开关断开。

当步骤500完成之后，所述中央处理单元控制复位电路工作，所述计时器将从零重新计时，进行下一个充电循环，便于计算太阳能光伏电池组的充电操作。

实施例3

如图3所示，本发明还提供一种光伏电源智能充电管理模块的管理方法，此方法是针对边充电边用电的充电管理模式，具体包括以下步骤：

步骤100、双向启动充电放电操作，第一控制开关闭合，第二控制开关闭合，太阳能光伏电池组对储能蓄电池充电，同时储能蓄电池对用户负载进行放电；

步骤200、实时监控充电量，收集并处理第二电流表放电电流值，以及电压表监控的储能蓄电池的蓄电电压；

步骤300、如果第二电流表小于最低标准值，或者电压表小于最低标准值，则中央处理单元控制第二控制开关断开，停止放电操作；

步骤400、如果电压表大于最低标准值，则中央处理单元控制第一控制开关断开，停止充电操作，将电压表处于正常范围内，中央处理单元重新控制第一控制开关闭合，继续充电操作。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (1)

1.一种光伏电源的智能充电管理模块，包括太阳能光伏电池组、储能蓄电池和用电负载，其特征在于：所述太阳能光伏电池组与储能蓄电池之间通过充电控制电路连接，所述储能蓄电池与用电负载之间通过放电控制回路连接，所述充电控制电路和放电控制回路之间设有智能充放电管理模块；所述智能充放电管理模块包括中央处理单元、与充电控制电路连接的充电效率监控电路，以及与放电控制回路连接的耗电效率监控电路，充电效率监控电路和耗电效率监控电路均与中央处理单元的串口输入端连接，对应的中央处理单元输出端分别设有用于控制充电控制电路通断的第一控制开关，以及用于控制放电控制回路通断的第二控制开关；所述智能充放电管理模块还包括连接在充电控制电路与储能蓄电池之间的第一电流表和计时器，所述计时器与中央处理单元的复位电路连接，所述中央处理单元内设有用于处理第一电流表和计时器之间的充电量的电量积分模块，所述电量积分模块利用积分技术计算在计时器的工作时间段内，所述太阳能光伏电池组提供的总电量；所述复位电路可将计时器复位为零，在所述太阳能光伏电池组重新充电工作时，计时器从零重新计时；

所述充电效率监控电路具体为设置在储能蓄电池两端的电压表，所述耗电效率监控电路具体为设置在储能蓄电池与放电控制回路之间的第二电流表；所述储能蓄电池内还设有数字温度传感器，所述数字温度传感器与中央处理单元的输入端连接，所述中央处理单元的输出端设有与温度监控相关的报警器；所述第一控制开关还串联有用于防止储能蓄电池过充电的防反充电二极管；

所述光伏电源智能充电管理模块的管理方法包括以下步骤：

其中，针对白天充电晚上用电的充电管理模式，具体包括以下步骤：步骤100、持续充电操作，第一控制开关闭合，第二控制开关断开，太阳能光伏电池组对储能蓄电池进行单向充电；步骤200、实时监控充电量，第一电流表和计时器工作，利用电量积分模块对充电生成的总电量进行统计，在此步骤中，电量积分模块生成的总电量作为调控第一控制开关工作的第一触发器，所述电压表作为调控第一控制开关工作的第二触发器；也就是在充电过程中，如果电量积分模块检测到充电量达到电池容量时，则中央处理单元控制第一控制开关断开，停止充电过程，如果电压表检测到充电量达到电池容量时，则中央处理单元控制第一控制开关断开，同样停止充电过程；步骤300、过充电管理，当充电的总电量达到储能蓄电池的充电管理时，中央处理单元控制充电电路的第一控制开关断开，停止充电；步骤400、放电供能，第二控制开关闭合，储能蓄电池对用电负载单向提供电能；步骤500、过放电管理，当第二电流表小于保护过放电的设定值时，中央处理单元控制放电回路的第二控制开关断开，停止放电，所述第二电流表作为调控第二控制开关工作的第一触发器，同时所述电压表作为调控第二控制开关工作的第二触发器，当第二电流表检测到储能蓄电池的放电电流小于设定值时，则中央处理单元控制第二控制开关断开，同时当电压表检测到储能蓄电池的放电电流小于设定值时，中央处理单元控制第二控制开关断开；当步骤500完成之后，所述中央处理单元控制复位电路工作，所述计时器将从零重新计时，进行下一个充电循环，便于计算太阳能光伏电池组的充电操作；

针对边充电边用电的充电管理模式，具体包括以下步骤：步骤100、双向启动充电放电操作，第一控制开关闭合，第二控制开关闭合，太阳能光伏电池组对储能蓄电池充电，同时储能蓄电池对用电负载进行放电；步骤200、实时监控充电量，收集并处理第二电流表放电电流值，以及电压表监控的储能蓄电池的蓄电电压；步骤300、如果第二电流表小于最低标准值，或者电压表小于最低标准值，则中央处理单元控制第二控制开关断开，停止放电操作；步骤400、如果电压表大于最低标准值，则中央处理单元控制第一控制开关断开，停止充电操作，将电压表处于正常范围内，中央处理单元重新控制第一控制开关闭合，继续充电操作。

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