CN201797465U - 基于单片机控制超级电容储能器的光伏系统 - Google Patents

基于单片机控制超级电容储能器的光伏系统 Download PDF

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Abstract

本实用新型提出一种基于单片机控制超级电容储能器的光伏系统，包括太阳能电池板、超级电容储能器、充放电回路、单片机、充放电驱动开关和蓄电池，太阳能电池板向超级电容储能器输入电压信号，超级电容储能器通过充放电回路与蓄电池进行充电和放电动作；单片机通过电压、电流反馈电路获取超级电容储能器和蓄电池的工作状态，并通过充放电驱动开关对充放电过程进行控制；采用超级电容储能器在太阳能电池板与蓄电池间建立一个缓冲带，通过检测蓄电池与超级电容储能器的电压与电流状态来控制超级电容储能器与蓄电池的充放电过程，提高了光伏系统电能搜集效率和供电的稳定性，加强了对蓄电池的保护。

Description

基于单片机控制超级电容储能器的光伏系统 
技术领域
本实用新型涉及光伏系统领域，具体涉及一种基于单片机控制超级电容储能器的光伏系统。 
背景技术
与风力、水力、潮汐力等自然力的可再生能源相比，太阳能具有不受场地限制的优越性，可以充分利用建筑物的屋顶、外墙收集能量，不必占用大量用地；太阳能的广泛使用能大大节约不可再生资源，对周围的生态环境不会造成负面影响。光伏发电是通过太阳能电池板直接将太阳的光辐射能量转换为电能加以利用的技术，是现有技术中应用最为广泛的太阳能技术。 
光伏发电受气候和环境的影响很大，其输出功率具有不稳定性和不可预测性。独立光伏系统需要配置一定容量的储能装置，以确保负载用电的持续性和可靠性；现有技术的光伏系统中的蓄电池为阀控式密封铅酸蓄电池，铅酸蓄电池的充电方法主要有恒流充电法、恒压充电法、阶段充电法(包括2阶段法和3阶段法)、脉冲充电法等方法。这些方法虽然简单，但是光伏能量不能及时充分利用，造成大量浪费，对改善光伏阵列输出电压作用不大。蓄电池存在循环寿命短、充放电电流限制严格以及污染环境等问题，制约了独立光伏系统的大规模发展。此外，光伏系统的工作环境和工作过程特殊，往往导致蓄电池过早地失效或容量损失，光伏能量不能及时充分利用，造成大量浪费。 
因此，如何实现光伏系统蓄电池充放电的电流电压的稳定性，从而保障蓄电池寿命，保障充放电过程中不中断外部驱动供电，以及提高外部驱动供电功率满足不同驱动设备需求，成为了现有光伏发电技术所迫切需要解决的问题。 
实用新型内容
有鉴于此，为了解决上述问题，本实用新型提出一种基于单片机控制超级电容储能器的光伏系统，提高了光伏系统电能搜集效率和供电的稳定性，加强了对蓄电池的保护。 
本实用新型的目的是这样实现的：基于单片机控制超级电容储能器的光伏系统，包括太阳能电池板、超级电容储能器、充放电回路、单片机、充放电驱动开关和蓄电池，充放电回路包括第一充放电端和第二充放电端，太阳能电池板向超级电容储能器输入电压信号，超级电容储能器与充放电回路的第一充放电端电连接，充放电回路的第二充放电端与蓄电池电连接，充放电驱动开关的充电控制输出端与充放电回路的充电控制输入端电连接，充放电驱动开关的放电控制输出端与充放电回路的放电控制输入端电连接，单片机的控制输出端与充放电驱动开关的控制输入端电连接。 
进一步，还包括蓄电池电压反馈电路，充放电回路的第二充放电端还通过蓄电池电压反馈电路与单片机电连接； 
进一步，还包括蓄电池电流反馈电路，充放电回路的第二充放电端还通过蓄电池电流反馈电路与单片机电连接； 
进一步，还包括超级电容电压反馈电路，充放电回路的第一充放电端还通过超级电容电压反馈电路与单片机电连接； 
进一步，还包括超级电容电流反馈电路，充放电回路的第一充放电端还通过超级电容电流反馈电路与单片机电连接； 
进一步，单片机为HT46RU232； 
进一步，充放电驱动开关为IR2110芯片； 
进一步，充放电回路为升降压的DC/DC变换电路。 
本实用新型的有益效果为：采用超级电容储能器在太阳能电池板与蓄电池间建立一个缓冲带，通过检测蓄电池与超级电容储能器的电压与电流状态来控制超级电容储能器与蓄电池的充放电过程，提高了光伏系统电能搜集效率和供 电的稳定性，加强了对蓄电池的保护。 
附图说明
为了使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型作进一步的详细描述： 
图1为本实用新型充放电示意图； 
图2为本实用新型充放电控制电路图； 
图3为超级电容电压反馈电路图； 
图4为超级电容电流反馈电路图； 
图5为蓄电池电流反馈电路图； 
图6为蓄电池电压反馈电路图； 
图7为充放电控制流程图。 
具体实施方式
以下将参照附图，对本实用新型的优选实施例进行详细的描述。 
如图1所示，一种基于单片机控制超级电容储能器的光伏系统，包括太阳能电池板3、超级电容储能器2、充放电回路6、单片机5、充放电驱动开关4和蓄电池1，太阳能电池板3向超级电容储能器2输入电压信号，超级电容储能器2与充放电回路6的第二充放电端12电连接，充放电回路6的第一充放电端11与蓄电池1电连接，充放电驱动开关4的充电控制输出端与充放电回路6的充电控制输入端电连接，充放电驱动开关4的放电控制输出端与充放电回路6的放电控制输入端电连接，单片机5的控制输出端与充放电驱动开关4的控制输入端电连接。 
充放电回路6的第一充放电端11通过蓄电池电压反馈电路7与单片机5电连接； 
充放电回路6的第一充放电端11通过蓄电池电流反馈电路8与单片机5电连接； 
充放电回路6的第二充放电端12通过超级电容电压反馈电路9与单片机5电连接； 
充放电回路6的第二充放电端12通过超级电容电流反馈电路10与单片机5电连接； 
单片机6选用HT46RU232单片机； 
充放电驱动开关4选用IR2110芯片； 
充放电回路6为升降压的DC/DC变换电路； 
如图2至图6所示，单片机5选用的HT46RU232单片机IC1分两部分重要引脚：用于采集蓄电池和超级电容充放电过程中的电流电压信息的第7至第10引脚；用于产生间歇PWM信号的第17和第18引脚； 
1.蓄电池和超级电容电压电流信号采集： 
蓄电池电压信号V_sam2通过蓄电池电压反馈电路7的端口AD3输入HT46RU232单片机IC1第7引脚； 
蓄电池电流信号I_sam2通过蓄电池电流反馈电路8的端口AD2输入HT46RU232单片机IC1第8引脚； 
超级电容电流信号I_sam1通过超级电容电流反馈电路10的端口AD1输入HT46RU232d单片机IC1第9引脚； 
超级电容电压信号V_sam1通过超级电容电压反馈电路9的端口AD0输入HT46RU232单片机IC1第10引脚； 
2.HT46RU232单片机充放电的控制： 
充放电回路6实现了蓄电池1与超级电容储能器2的充放电过程； 
充放电回路6的第一充放电端11(即升降压的DC/DC变换电路的第一连接器P1)连接有蓄电池，充放电回路的第二充放电端12(即升降压的DC/DC变换电路的第二连接器P2)连接外部负载，即驱动的设备机器和太阳能电池板3； 
超级电容储能器由第20电容C20和第21电容C21组成，太阳能电池板向第21电容输入电压信号，第20电容C20与蓄电池并联，便于放电阶段向低压 状态的蓄电池放电； 
第一MOS三极管Q1串联于蓄电池与超级电容第21电容之间，用于控制蓄电池向超级电容第21电容充电； 
第二MOS三极管Q3并联与蓄电池与超级电容第21电容之间，用于控制超级电容第20电容向蓄电池放电时，与超级电容第21电容串联的电感L能够持续向第21电容提供外部设备驱动供电。 
HT46RU232单片机IC1通过第18引脚引出PWM1信号，PWM1信号输入IR2110芯片IC2的第12引脚，通过第8引脚向第一MOS三极管Q1输入导通或截止信号；同理，HT46RU232单片机IC1通过第17引脚引出PWM2信号，PWM2信号输入IR2110芯片IC2的第14引脚，通过第1引脚向第二MOS三极管Q3输入导通或截止信号。由于IR2110芯片IC2的作用，第一MOS三极管Q1和第二MOS三极管Q3为互斥导通关系。 
充电时，HT46RU232单片机IC1通过控制IR2110芯片IC2导通第一MOS三极管Q1，第二MOS三极管Q3截止，使得蓄电池向相互串联的电感L和第21电容C21充电； 
放电时，HT46RU232单片机IC1通过控制IR2110芯片IC2导通第二MOS三极管Q3，同时截止MOS三极管Q1，使得第20电容向蓄电池放电，电感L保证第21电容持续对负载供电。 
如图7所示，HT46RU232单片机IC1分别获取到蓄电池1和超级电容储能器2的电压电流信号时，通过此流程判断充放电的控制。 
HT46RU232单片机IC1通过获取蓄电池1和超级电容储能器2实时电压电流信号，判断充电和放电过程中电路电压是否稳定，在不稳定的情况下做出调整，保障光伏控制系统的正常运行。单片机也可通过电路中的电流电压信号控制充放电的时机。 
HT46RU232单片机IC1通过超级电容电压反馈电路9获取到超级电容电压信号V_sam1，判断该电压信号大于0.5V小于0.7V时，控制IR2110芯片IC2导通第一MOS三极管Q1，使得蓄电池向超级电容充电，HT46RU232单片机IC1 同时检测超级电容电流信号I_sam1保证充电电流恒定，一旦超级电容电流信号I_sam1返回为非恒定电流，蓄电池向超级电容储能器恒流充电。 
当HT46RU232单片机IC1检测到超级电容电压大于0.7V小于0.9V时，控制IR2110芯片IC2导通第一MOS三极管Q1，使得蓄电池向超级电容储能器充电，同时检测超级电容电压信号V_sam1保证电压恒定，一旦返回非恒定电压，蓄电池向超级电容储能器恒压充电。 
当HT46RU232单片机IC1检测到超级电容电压大于0.9V小于11.8V时，单片机获取蓄电池电压信号V_sam2，当蓄电池电压信号小于23v时，单片机断开第一MOS三极管Q1，第20电容向蓄电池充电，通过判断蓄电池电流信号I_sam2恒定否检测蓄电池电路，当其不恒定时，第20电容向蓄电池恒流放电。 
当超级电容电压大于0.9V小于11.8V时，蓄电池电压小于26v大于23v，单片机获取蓄电池电压信号v_sam2，如果蓄电池电压端电压信号v_sam2为非恒定，检测蓄电池电路，第20电容向蓄电池恒压放电。 
当HT46RU232单片机IC1检测到超级电容储能器电压大于11.8v时，断开太阳能电池。 
以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并不用于限制本实用新型，显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。 

Claims (8)

1.基于单片机控制超级电容储能器的光伏系统，其特征在于：包括太阳能电池板、超级电容储能器、充放电回路、单片机、充放电驱动开关和蓄电池，充放电回路包括第一充放电端和第二充放电端，太阳能电池板向超级电容储能器输入电压信号，超级电容储能器与充放电回路的第一充放电端电连接，充放电回路的第二充放电端与蓄电池电连接，充放电驱动开关的充电控制输出端与充放电回路的充电控制输入端电连接，充放电驱动开关的放电控制输出端与充放电回路的放电控制输入端电连接，单片机的控制输出端与充放电驱动开关的控制输入端电连接。
2.如权利要求1所述的基于单片机控制超级电容储能器的光伏系统，其特征在于：还包括蓄电池电压反馈电路，充放电回路的第二充放电端还通过蓄电池电压反馈电路与单片机电连接。
3.如权利要求2所述的基于单片机控制超级电容储能器的光伏系统，其特征在于：还包括蓄电池电流反馈电路，充放电回路的第二充放电端还通过蓄电池电流反馈电路与单片机电连接。
4.如权利要求3所述的基于单片机控制超级电容储能器的光伏系统，其特征在于：还包括超级电容电压反馈电路，充放电回路的第一充放电端还通过超级电容电压反馈电路与单片机电连接。
5.如权利要求4所述的基于单片机控制超级电容储能器的光伏系统，其特征在于：还包括超级电容电流反馈电路，充放电回路的第一充放电端还通过超级电容电流反馈电路与单片机电连接。
6.如权利要求1至5所述的任一项基于单片机控制超级电容储能器的光伏系统，其特征在于：单片机为HT46RU232。
7.如权利要求1至5所述的任一项基于单片机控制超级电容储能器的光伏系统，其特征在于：充放电驱动开关为IR2110芯片。
8.如权利要求1至5所述的任一项基于单片机控制超级电容储能器的光伏系统，其特征在于：充放电回路为升降压的DC/DC变换电路。 
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