CN202134927U

CN202134927U - 一种具有市电接入和剩余容量控制的太阳能路灯控制器

Info

Publication number: CN202134927U
Application number: CN201120207230U
Authority: CN
Inventors: 陈晓科; 杨浩; 朱超挺; 石文渊; 隋成华; 周柳萍
Original assignee: Zhejiang University of Technology ZJUT
Current assignee: Zhejiang University of Technology ZJUT
Priority date: 2011-06-20
Filing date: 2011-06-20
Publication date: 2012-02-01
Anticipated expiration: 2021-06-20

Abstract

一种具有市电接入和剩余容量控制的太阳能路灯控制器，包括太阳能电池，蓄电池，充电电路，太阳能电池输出端连接充电电路，充电电路输出端连接蓄电池，还包括市电侦测电路，市电接入控制电路，功率分级开关，分级照明灯，微处理器，电流传感器，第一电压传感器，第二电压传感器。优点在于：在连续阴雨天太阳能电池得不到充足阳光照射出现亏电时，通过市电侦测、市电接入控制电路自动接入市电电源进行照明，增强太阳能路灯控制器的使用方便性。

Description

一种具有市电接入和剩余容量控制的太阳能路灯控制器

技术领域

本实用新型涉及照明设备控制器领域，尤其涉及一种具有市电接入控制和蓄电池放电剩余容量控制的太阳能路灯控制器。

背景技术

常规太阳能路灯控制器由于连续阴天太阳能电池得不到充足阳光照射，而夜晚仍按正常载使用，从而造成蓄电池过放电，又没有市电电源及时补充，致使夜晚路灯不能开启，影响路灯正常使用，同时还将导致蓄电池过早损坏，增加了维护成本。

公开日为2011年02月16日、公开号为CN101977467A的专利文献公开了这样的技术方案：它包括传感器模块，与传感器模块连接的数据处理控制模块，数据处理控制模块设定为白天和夜晚两种工作模式，根据传感器模块采集的数据进入白天或夜晚工作模式，控制蓄电模块充电或放电蓄电模块，由太阳能电池板和与太阳能电池板连接的蓄电池组成，数据处理控制模块通过升压、降压方式连接一个低功率LED灯和一个高功率LED灯，通过数据处理器判断是否有人来选择高功率灯还是低功率灯。该方案的不足之处是：蓄电池的放电控制还是传统的终止电压方式，该种放电控制方式未考虑放电深度，放电深度过大（尽管终止电压未变）将严重影响蓄电池的循环使用寿命；在对负载功率控制中使用了升降压的控制方法，在进行电压变换时由于变换电路的转换效率不高，损失了宝贵的电池能量。

发明内容

本实用新型主要是解决现有技术所存在的放电深度影响蓄电池循环使用寿命问题、没有市电接入以及负载功率控制不当导致额外损失电池能量等技术问题，提供一种具有市电接入和剩余容量控制的太阳能路灯控制器，它具有蓄电池剩余容量控制放电、市电接入控制和对负载进行功率无损耗控制，使用方便，蓄电池使用寿命长等特点。

本实用新型针对现有技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的，一种具有市电接入和剩余容量控制的太阳能路灯控制器，包括太阳能电池，蓄电池，充电电路，太阳能电池输出端连接充电电路，充电电路输出端连接蓄电池，还包括市电侦测电路，市电接入控制电路，功率分级开关，分级照明灯，微处理器，电流传感器，第一电压传感器，第二电压传感器；市电侦测电路输出端连接微处理器、输入端连接到市电电源；市电接入控制电路具有两个输入端，一个输入端连接市电电源、另一个输入端连接蓄电池，输出端连接功率分级开关电源输入端，具有一个控制端连接到微处理器；功率分级开关包括一个以上的独立开关，分级照明灯包括一个以上的独立发光单元，微处理器输出控制端口连接功率分级开关控制端，功率分级开关的输出端分别连接分级照明灯的每个独立发光单元；电流传感器连接微处理器和蓄电池；第一电压传感器输出端连接微处理器、输入端连接太阳能电池；第二电压传感器输出端连接微处理器、输入端连接蓄电池。

蓄电池的循环使用寿命与放电深度存在非常密切的关系，对标称寿命为3到5年的密封电池而言，当电池放电深度为100%时，电池的实际使用寿命大约是200到250次充放电循环，电池的放电深度减为50%时，它所允许的充放电循环次数可增为500到600次左右。当蓄电池的放电深度减为30%左右时，它所允许的充放电循环次数可达到1200次以上。由此可见，为了延长电池的使用寿命，不要让电池处于深度放电状态。同时在过渡轻载（放电电流小于0.05C以下）的条件下放电到关断电压时，也会出现放电过深而使蓄电池提前损坏。

本实用新型在蓄电池处于放电工作状态时，通过微处理器测量蓄电池电压、电流计算蓄电池剩余容量，并对负载功率进行分级控制，使蓄电池始终工作在所制定的放电深度以内。在调整功率时，使用功率分级开关选择点亮照明灯的个数，从而达到调整蓄电池输出功率、延长照明时间、控制放电深度的目的，也避免了使用逆变器调整输出功率带来的额外能量损耗。调整时控制最轻负载电流在0.05C（C是蓄电池容量）以上。在连续阴雨天太阳能电池得不到充足阳光照射出现亏电时，通过市电侦测、市电接入控制电路自动接入市电电源进行照明，增强太阳能路灯控制器的使用方便性。

微处理器通过测量太阳能电池电压、蓄电池充电电流，对充电过程进行自动控制。

作为优选，在所述微处理器中设置有蓄电池剩余容量控制模块。剩余容量的精确计算是非常困难的，本实用新型采用下面的基础算法进行估算；

已经使用的容量=负载功率X时间（小时）

剩余容量=总容量-已经使用的容量

例如12V 10AH的蓄电池，接有60欧姆的用电器工作20小时，则

剩余的容量=12V*10AH-12*12/60*20

=120瓦特小时-48瓦特小时

=72瓦特小时

控制过程为；当前容量为100%时全部照明灯工作，当前容量为90%时，适当减少照明灯数量，同样当前容量为70%、50% 时再适当减少照明灯数量。

作为优选，包括充电电源切换电路，充电电源切换电路具有两个输入端，一个输入端连接市电电源、另一个输入端连接太阳能电池，充电电源切换电路输出端连接充电电路。在阴雨天蓄电池严重亏电时，接入市电电源照明的同时也对蓄电池进行充电。

作为优选，充电电路是PWM控制充电电路，PWM控制端连接在微处理器的PWM输出端。为达到好的充电效果，采用PWM方式控制充电电压。

本实用新型带来的有益效果是，具有蓄电池剩余容量控制放电、市电接入控制和对负载进行分级无损耗控制，控制器使用效果好、蓄电池使用寿命长。

附图说明

图1是本实用新型的一种原理框图；

图2是本实用新型的容量处理模块数据处理流程图；

图3是本实用新型的一种市电侦测电路原理图；

图4是本实用新型的一种市电接入控制电路和充电电源切换电路原理图；

图5是本实用新型的一种蓄电池电压采样电路和电流采样电路原理图；

图6是本实用新型的一种太阳能电池电压采样电路原理图；

图7是本实用新型的一种功率分级开关电路原理图；

图8是本实用新型的一种充电电路原理图。

图中：1是微处理器，2是市电侦测电路，3是充电电源切换电路，4是充电电路，5是第一电压传感器，6是第二电压传感器，7是太阳能电池，8是蓄电池，9是电流传感器，10是市电接入控制电路，11是功率分级开关，12是分组照明灯，Vd是市电辅助直流电源，VCC是控制器工作电源，AK是功率分级开关电源输入端，FK是蓄电池输出，XK蓄电池充电电源，CK是充电电路输入端，TK是太阳能电池输出。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本实用新型的技术方案作进一步具体说明。

实施例：如图1所示，本实用新型是一种具有市电接入和剩余容量控制的太阳能路灯控制器，包括太阳能电池7，蓄电池8，充电电路4，市电侦测电路2，市电接入控制电路10，功率分级开关11，分级照明灯12，微处理器1，电流传感器9，第一电压传感器5，第二电压传感器6；市电侦测电路2的输出端连接微处理器1的模拟量输入端AD1、输入端连接到市电辅助直流电源Vd ；市电接入控制电路11的控制端连接微处理器的输出控制端RB1、两个输入端一个连接市电辅助直流电源Vd、另一个连接蓄电池8的输出FK，输出端连接功率分级开关11的电源输入端AK；功率分级开关11包括独立开关AK1至AK4，分级照明灯包括独立发光单元照明灯1至照明灯4，微处理器1输出控制端口RB2至RB5分别连接功率分级开关11的独立开关相应控制端，功率分级开关11的输入端AK连接市电接入控制电路10的输出端；市电接入控制电路10的两个输入端中，一个连接市电Vd、另一个连接蓄电池8的输出FK、控制端连接微处理器1的输出控制RB1；市电侦测电路2的输出连接微处理器1的输入控制端RB6、输入端连接市电辅助直流电源Vd；电流传感器9连接在蓄电池8的负极到电路接地的回路中；第一电压传感器5的输出端连接微处理器1的模拟量输入端AD3、输入连接到太阳能电池7的输出端，第二电压传感器6的输出端连接微处理器1的模拟量输入AD4、输入端连接到蓄电池8的输出。

充电电源切换电路3的两个输入端一个连接市电辅助直流电源Vd 、另一连接太阳能电池输出TK，输出端连接充电电路输入CK。

充电电路4的控制端连接微处理器1的PWM输出端。

太阳能电池7同时作为光阳传感器使用，使控制器在夜晚自动点亮照明灯。

图2是容量处理模块数据处理流程，在夜晚点亮照明灯后首先判断蓄电池剩余容量SOC，在剩余容量大于90%时，全部4个照明灯开启，并延时2小时后再次对检测剩余容量。将剩余容量分为大于90%、70%至90%、60%至70%、50%至60%几个范围，每个范围分别对应照明灯数位4个、3个、2个、1个，考虑到蓄电池工作特性，将70%至90%设定为主工作区，每个灯的工作电流都不小于0.05C。

图3是市电侦测电路原理图，用以完成检测市电电源的有无，并进行光电隔离保护。

图4是市电接入控制电路和充电电源切换电路原理图，使用继电器对市电与控制端进行隔离，并对充电电源中市电辅助直流电源、太阳能电池进行二选一，以及照明电源中市电辅助直流电源、蓄电池进行二选一。当太阳能电池7的电压低于规定值、蓄电池8电压低于规定值时，微处理器1的输出控制端RB1输出高电平，继电器JC得电，常开触点JC1、JC3闭合，市电辅助直流电源Vd接入功率分级开关的输入端AK，对照明灯供电；Vd接入充电电路输入端CK对蓄电池8进行充电；同时同时常闭触点JC2、JC4打开，切断太阳能电池充电电源TK和蓄电池8的输出FK。

图5是蓄电池电压采样电路和电流采样电路原理图。通过电阻分压使蓄电池电压范围适配到微处理器工作电压范围，实现电压传感器功能，通过模数转换电路测出电压值。电流采样采用低阻值电阻串接到蓄电池负极与电路地线之间来实现电流传感器功能，通过测量该电阻电压来换算出电流，在充电状态该电流是充电电流，在放电状态该电流是负载电流。

图6是太阳能电池电压采样电路原理图，微处理器通过测量电阻分压点电压来测量太阳能电池电压。

图7是功率分级开关电路原理图，每个分开关由固态继电器SSR和相应的输入控制电路组成，通过微处理器输出控制端控制固态继电器SSR的通断，从而控制相应照明灯的开闭。

图8是充电电路原理图，由开关电路和储能电路组成。

所以本实用新型具有蓄电池剩余容量控制放电、市电接入控制和对负载进行无损耗分级控制，路灯控制器使用效果好、蓄电池使用寿命长、电路设计合理等特征。

Claims

1.种具有市电接入和剩余容量控制的太阳能路灯控制器，包括太阳能电池，蓄电池，充电电路，所述太阳能电池输出端连接充电电路，充电电路输出端连接蓄电池，其特征在于：还包括市电侦测电路，市电接入控制电路，功率分级开关，分级照明灯，微处理器，电流传感器，第一电压传感器，第二电压传感器；

所述市电侦测电路输出端连接微处理器、输入端连接到市电电源；

所述市电接入控制电路具有两个输入端，一个输入端连接市电电源、另一个输入端连接蓄电池，输出端连接功率分级开关输入端，具有一个控制端连接到微处理器；

所述功率分级开关包括一个以上的独立开关，分级照明灯包括一个以上的独立发光单元，微处理器输出控制端口连接功率分级开关控制端，功率分级开关输出端分别连接分级照明灯的每个独立发光单元；

所述电流传感器连接微处理器和蓄电池；

所述第一电压传感器输出端连接微处理器、输入端连接太阳能电池；

第二电压传感器输出端连接微处理器、输入端连接蓄电池。

2.根据权利要求1所述一种具有市电接入和剩余容量控制的太阳能路灯控制器，其特征在于：在所述微处理器中设置有蓄电池剩余容量控制模块。

3.根据权利要求1所述一种具有市电接入和剩余容量控制的太阳能路灯控制器，其特征在于：还包括充电电源切换电路，所述充电电源切换电路具有两个输入端，一个输入端连接市电辅助电源、另一个输入端连接太阳能电池，充电电源切换电路输出端连接充电电路。

4.根据权利要求1所述一种具有市电接入和剩余容量控制的太阳能路灯控制器，其特征在于：所述充电电路是PWM控制充电电路，PWM控制端连接在微处理器的PWM输出端。