CN114336923A - 太阳能混合供电模块和混合供电方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了太阳能混合供电模块和混合供电方法。所述太阳能混合供电模块包含太阳能充电板，主用电池组，充电控制模块，电池组保护模块、备用电池组，电池组自适应模块。太阳能充电板主要采集光能并将其转化成太阳能；主用电池组主要用于为负载供电；充电控制模块主要将太阳能充电板的电能转化为稳定的电能为主用电池组充电，同时可为负载供电以及满足第一条件时控制断开太阳能充电板和负载、主用电池组连接。电池组保护模块主要对主用电池组充放电进行保护。备用电池用于为主用电池组充电。电池组自适应模块用于所述备用电池组满足第二条件时对主用电池组充电。
Description
技术领域
本发明属于工业仪表供电领域，尤其设计一种太阳能混合供电模块和混合供电的方法
背景技术
随着无线通信技术的飞速发展，目前无线供电仪表在工业领域用量逐渐增加。由于无线仪表应用于户外空旷地带，仪表供电均采用电池供电。电池的电量支持俩年更换周期，大量频繁的更换电池造成人力、物力成本的增加，同时电池回收处理不当容易造成环境污染。大容量的电池体积过大，造成产品的体积增大，容易限制产品的使用场景。在东北的户外环境下，尤其冬天低温-20℃一下锂电池的容量降低，大脉冲放电时，容易造成设备重启。
另外一种使用太阳能供电方式，太阳能供电更换周期比电池供电的周期长，但太阳能供电更容易受温度限制，当环境温度低于-20或者温度高于60℃时，太阳能供电容易出现故障，如电池容量下降，电池漏液。严重造成起火。
发明内容
针对以上俩个问题提出一种解决方法为太阳能混合供电模块，该模块中包含太阳能供电和一次性电池供电，当温度异常时，太阳能供电切换至一次性电池与充电电池混合供电。
本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：
太阳能混合供电模块，包括：
太阳能充电板，用于采集光能并将其转化成太阳能；
充电控制模块，用于将太阳能充电板的太阳能转化电能，并通过电池组保护模块为主用电池组充电，同时为负载供电以及控制太阳能充电板分别与主用电池组和负载之间的通断；
主用电池组，用于通过电池组保护模块为负载供电；
电池组保护模块，用于对主用电池组充放电进行保护；
备用电池组，用于通过电池组自适应模块为主用电池组充电；
电池组自适应模块，用于控制备用电池组是否为主用电池组供电。
所述电池组保护模块用于对主用电池组进行充放电流过大保护、主低压关断保护、充电过压。
所述主用电池组为锂离子电容器、涂层电容或超级电容中的任意一种。
所述备用电池组为一次性电池组。
太阳能混合供电方法，包括以下步骤：
太阳能充电板采集光能并将其转化成太阳能；
充电控制模块将太阳能充电板的太阳能转化电能，并通过电池组保护模块分别为主用电池组和负载充电；
主用电池组通过电池组保护模块为负载供电；
电池组保护模块对主用电池组充放电进行保护；
备用电池组通过电池组自适应模块为主用电池组充电。
还包括以下步骤：
当光照量大于阈值时，且主用电池组电压高于阀值时，太阳能充电板和主用电池组共同为负载供电；
当光照量大于阈值时，且主用电池组低于阀值时，太阳能充电板分别为主用电池组充电和负载供电；
当光照量不大于阈值时，且主用电池组电压大于备用电池组电压时，主用电池组为负载供电；
当光照量不大于阈值时，且主用电池组电压小于备用电池电压时，备用电池组为主用电池组充电，主用电池为负载供电；
当环境温度低于设定温度A或高于设定温度B时，且主用电池组电压大于备用电池组电压时，主用电池组为负载供电；
当环境温度低于设定温度A或高于设定温度B时，且主用电池组电压小于备用电池组电压时，备用电池组为主用电池组充电，主电池组为负载供电。
所述设定温度A为-20℃，设定温度B为60℃。
所述电池组自适应模块对环境温度进行监测，当环境温度超过阈值时，发送控制信号至充电控制模块，使其断开太阳能充电板分别与主用电池组和负载的连接，当环境温度在阈值范围内时，发送控制信号至充电控制模块，使其连通太阳能充电板分别与主用电池组和负载的连接。
本发明具有以下有益效果及优点：
本发明中，电源模块兼容太阳能供电以及一次性电池供电，两种电源可自动切换使用无需人为设置。在适合太阳能供电的环境下，模块自动选择太阳能供电，保障太阳能供电系统安全稳定运行。不适合太阳能供电的环境下，模块自动选择充电电池和一次性电池供电混合。一次性电池对充电电池进行小电流充电，遇到大脉冲电流由充电电池释放，解决了一次性电池低温脉冲放电电压下降的问题。同时在充电电池损坏的情况下，太阳能充电板和一次性电池交替供电，大大延长供电模块的使用寿命，减少电池跟换频率，提高产品市场竞争能力。同时该方案仅使用小功率太阳能供电系统即可满足设计需求，做到简化产品的外形尺寸，降低材料成本。
附图说明
图1为本发明太阳能混合供电模块实施例的结构示意图；
图2为本发明太阳能混合供电模块实施例的流程示意图；
图3为本发明的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明做进一步的详细说明。
如图3所示，太阳能混合供电模块，包括太阳能充电板，主用电池组，充电控制模块，电池组保护模块、备用电池组，电池组自适应模块和负载
所述太阳能充电板主要采集光能并将其转化成太阳能；
所述主用电池组主要用于为负载供电；
所述充电控制模块主要将太阳能充电板的电能转化为稳定的电能为主用电池组充电，同时可为负载供电以及满足第一条件时控制断开太阳能充电板和负载、主用电池组连接；
所述电池组保护模块主要对主用电池组充放电进行保护；
所述备用电池用于为主用电池组充电；
所述电池组自适应模块用于所述备用电池组满足第二条件时对主用电池组充电。
太阳能板位为单晶硅或多晶硅等不同材质的太阳能板。
所述主用电池组为锂离子电容器或涂层电容或超级电容等可瞬间释放大脉冲电流的储能元件。
所述充电控制模块充电控制为分预充电、恒流充电、恒压充电、充电结束、复充电五段控制，该控制根据主用电池组电压自动选择任意充电控制方式。其中所述充电控制模块还带有MPPT功率调节功能。
可以选择太阳能板对电池进行直充。
所述充电保护模块为主用电池组提供保护机制，包含充放电流过大保护、主低压关断保护、充电过压等保护。
所述备用电池组为一次性电池组。
所述备用电池组的额定电压低于主用电池组的额定电压。
所述电池组自适应模块防止主用电池组电流倒灌备用电池组，并保障主用电池组电压过低时，备用电池组为主用电池组充电。
所述电池组自适应模块可采集环境温度，当环境温度异常时，发送控制信号至太阳能控制模块断开充电板与主用电池连接，当环境恢复正常时，联通太阳能板与主用电池和负载的连接。
所述电池组自适应模块带有微功耗负载，如高阻值电阻，该负载可实现主用电池倒灌电流损耗，防止对备用电池组大电流反向充电。
备用电池组连接微功耗负载，备用电池组在未对主用电池组充电时，备用电池一直处于低功耗运行，防止备用电池组长时间不使用造成钝化。
一种混合供电方法，所述混合供电方法应用于混合供电系统中，其中，所述混合供电系统包括太阳能充电板，主用电池组，充电控制模块，电池组保护模块、备用电池组，电池组自适应模块和负载：所述混合供电方法包括：
当光照充足时，所述主用电池组电压高于设定阀值时，所述太阳能板和所述主用电池组为负载供电；
当光照充足时，所述主用电池组低于设定阀值时，所述太阳能板为所述主用电池组充电同时为负载供电；
当光照不充足时，所述主用电池组大于所述备用电池组电压时，主用电池组为负载供电；
当光照不充足时，所述主用电池组小于所述备用电池电压时，备用电池组为主用电池组充电，主用电池为负载供电；
当环境温度低-20℃或高于60℃时，所述主用电池组大于备用电池组电压，所述主用电池组为负载供电；
当环境温度低-20℃或高于60℃时。所述主用电池电压小于备用电池组，备用电池组为主用电池组充电，主电池组为负载供电。
本发明实施例提供了一种太阳能混合供电模块和混合供电的方法，能够解决一次性电低温放电性能下降以及高低温环境下充电电池无法使用的问题。
第一方面，本发明实施例提供一种太阳能混合供电模块，该模块包含太阳能充电板，主用电池组，充电控制模块，电池组保护模块、备用电池组，电池组自适应模块和负载。其中主用电池组为负载供电，太阳能充电板主要为负载和主用电池组提供电能，充电控制模块对主用模块实现充电控制，电池组保护模块主要对主用电池进行充放电保护，备用电池组用于对主用电池组充电，电池组自适应模块用于连接主用电池组合和备用电池组，防止主用电池对备用电池组反充以及温度异常时控制充电控制模块断开太阳能板与主要电池盒负载连接，电池组自适应模块带有微功耗负载，防止备用电池组长时间未使用造成钝化，备用电池用于对主用电池充电。
在第一方面的第一种可能的实现方式，所述太阳能板为负载供电；
在第一方面的第一种可能的实现方式，所述太阳能板为负载供电，同时为所述的的主用电池组进行充电；
在第一方面的第一种可能的实现方式，所述主用电池为负载供电；
在第一方面的第一种可能实现方式，所述备用电池组为主电池组充电，主电池组为负载供电；
第二方面，本发明实施例提供一种混合供电方法，所述混合供电方法应用于太阳能混合供电模块中，其中所述太阳能混合供电模块，该模块包含太阳能充电板，主用电池组，充电控制模块，电池组保护模块、备用电池组，电池组自适应模块和负载；所述混合供电方法包括，当光照充足时，所述主用电池组电压高于设定阀值时，所述太阳能板和所述主用电池组为负载供电；
当光照充足时，所述主用电池组低于设定阀值时，所述太阳能板为所述主用电池组充电同时为负载供电；
当光照不充足时，所述主用电池组大于所述备用电池组电压时，主用电池组为负载供电；
当光照不充足时，所述主用电池组小于所述备用电池电压时，备用电池组为主用电池组充电，主用电池为负载供电；
当环境温度低-20℃或高于60℃时，所述主用电池组大于备用电池组电压，所述主用电池组为负载供电；
当环境温度低-20℃或高于60℃时。所述主用电池电压小于备用电池组，备用电池组为主用电池组充电，主电池组为负载供电。
如图1所示，图1为本发明太阳能混合供电模块实施例的结构示意图，混合供电模块包含太阳能充电板1，主用电池组6，充电控制模块2，电池组保护模块3、备用电池组5，电池组自适应模块4和7负载。
如图1所示，图1为本发明的混合供电模块的一个实施例的结构示意图，
太阳能发电板1与充电控制模块2连接，太阳能板1在光照强度高时，可产生足够大的电量，该电量可满足充电控制模块2稳定输出；
充电控制模块2输出稳定电压为负载7供电，同时联通电池保护模块为3和主用电池组6充电。充电控制模块4根据主用电池组的电压选择预充、恒流充电、恒压充电三种控制模式。主用电池组6充满电后，充电控制模块3停止对主用电池组6充电，此时充电模块为负载供电，当充电控制模块2的输出功率不满足负载7时，充电控制模块2与主用电池6一起为负载供电。充电控制模块2带有开关功能，当电池自适应模块4监测到主用电池组的温度低于-20℃或高于60℃时，发送命令至充电控制模块2自动断开太阳能充电板1与充电模块2和负载7的连接，防止对电池充电造成损坏。
电池组保护模块3一路连接充电控制模块2和主用电池组组6，一路连接主用电池组6和负载7。通过配置电池组保护模块3的参数，比如放电电流以及放电终止电压阀值，当监测到主用电池组6接近阀值时，将自动断开主用电池组6与负载7连接，对主用电池组6实施保护，当监测到主用电池组6恢复正常时，电池组保护模块重新连同主用电池组6和负载7。另一路，通过配置电池组保护模块3的参数，比如充电电流以及充电电压。
主用电池组通过电池组保护模块对负载供电。
如图2所示，图2为本发明的混合供电模块的一个实施例的结构示意图
当环境温度低于-20℃或高于60℃时，或者连续多个阴雨天等情况下，供电模块按照图2的方式运行。此时的太阳能充电板1输出功率小，无法进行充电。当主用电池组6长时间连接负载7时电压低于备用电池组5时，备用电池5通过电池组自适应模块对主用电池6充电，主用电池组6对负载7供电。
备用电池组5以小电流对主用电池组6充电，有效解决在极端温度环境下大电流对电池充电造成不可逆的创伤。备用电池组带有微低功耗负载，在负载功耗仅为uA级，保障备用电池5处于持续放电的状态防止钝化。
电池组自适应模块4限制主用电池组6高于备用电池组5时反充电流，当备用电池组5电压高于主用电池组6时，电池组自适应模块4自动控制备用电池组5对主用电池组6进行小电流充电直到备用电池组5与主用电池组6的电压接近结束。
主用电池组6对负载7放电。
Claims (8)
1.太阳能混合供电模块，其特征在于，包括：
太阳能充电板，用于采集光能并将其转化成太阳能；
充电控制模块，用于将太阳能充电板的太阳能转化电能，并通过电池组保护模块为主用电池组充电，同时为负载供电以及控制太阳能充电板分别与主用电池组和负载之间的通断；
主用电池组，用于通过电池组保护模块为负载供电；
电池组保护模块，用于对主用电池组充放电进行保护；
备用电池组，用于通过电池组自适应模块为主用电池组充电；
电池组自适应模块，用于控制备用电池组是否为主用电池组供电。
2.根据权利要求1所述的太阳能混合供电模块，其特征在于，所述电池组保护模块用于对主用电池组进行充放电流过大保护、主低压关断保护、充电过压。
3.根据权利要求1所述的太阳能混合供电模块，其特征在于，所述主用电池组为锂离子电容器、涂层电容或超级电容中的任意一种。
4.根据权利要求1所述的太阳能混合供电模块，其特征在于，所述备用电池组为一次性电池组。
5.太阳能混合供电方法，其特征在于，包括以下步骤：
太阳能充电板采集光能并将其转化成太阳能；
充电控制模块将太阳能充电板的太阳能转化电能，并通过电池组保护模块分别为主用电池组和负载充电；
主用电池组通过电池组保护模块为负载供电；
电池组保护模块对主用电池组充放电进行保护；
备用电池组通过电池组自适应模块为主用电池组充电。
6.根据权利要求5所述的太阳能混合供电方法，其特征在于，还包括以下步骤：
当光照量大于阈值时，且主用电池组电压高于阀值时，太阳能充电板和主用电池组共同为负载供电；
当光照量大于阈值时，且主用电池组低于阀值时，太阳能充电板分别为主用电池组充电和负载供电；
当光照量不大于阈值时，且主用电池组电压大于备用电池组电压时，主用电池组为负载供电；
当光照量不大于阈值时，且主用电池组电压小于备用电池电压时，备用电池组为主用电池组充电，主用电池为负载供电；
当环境温度低于设定温度A或高于设定温度B时，且主用电池组电压大于备用电池组电压时，主用电池组为负载供电；
当环境温度低于设定温度A或高于设定温度B时，且主用电池组电压小于备用电池组电压时，备用电池组为主用电池组充电，主电池组为负载供电。
7.根据权利要求6所述的太阳能混合供电方法，其特征在于，所述设定温度A为-20℃，设定温度B为60℃。
8.根据权利要求5所述的太阳能混合供电方法，其特征在于，所述电池组自适应模块对环境温度进行监测，当环境温度超过阈值时，发送控制信号至充电控制模块，使其断开太阳能充电板分别与主用电池组和负载的连接，当环境温度在阈值范围内时，发送控制信号至充电控制模块，使其连通太阳能充电板分别与主用电池组和负载的连接。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant |