CN202872693U

CN202872693U - 一种基于can总线的太阳能发电系统控制器

Info

Publication number: CN202872693U
Application number: CN2012206218590U
Authority: CN
Inventors: 励盼攀
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-11-12
Filing date: 2012-11-12
Publication date: 2013-04-10
Anticipated expiration: 2022-11-12

Abstract

本实用新型公开了一种基于CAN总线的太阳能发电系统控制器，包括主控模块以及由所述主控模块集中控制的功率模块，所述主控模块与所述功率模块通过CAN总线进行数据交互；所述功率模块连接太阳能电池方阵与蓄电池组的充电回路以及蓄电池组和负载之前的放电回路；所述主控模块与所述蓄电池组之间设有测压电路和测流电路，且所述主控模块通过蓄电池组的电压控制所述功率模块进行充电回路和放电回路的导通和关闭；所述测流电路包括多个用于测量系统充电及放电电流的测流器。所述基于CAN总线的太阳能发电系统控制器适用范围广、具有可扩展性及互换性。

Description

一种基于CAN总线的太阳能发电系统控制器

技术领域

本实用新型具体涉及能源利用领域，具体涉及一种基于CAN总线的太阳能发电系统控制器。

背景技术

由于太阳能洁净、取之不尽和无污染的特点，可再生能源中的太阳能及其相关产业的发展在新能源开发中是最迅速的，太阳能发电技术已经被应用于很多场合，上至航天器，下至家用电源，大到兆瓦级电站，小到玩具，光伏电源无处不在。在长期的能源战略总，太阳能光伏发电在太阳能发电、风力发电、海洋发电、生物质能发电等许多可再生能源中具有更重要的地址，它将撑起人类发展的大梁。

太阳能的利用方式主要有：光伏发电系统、太阳能聚热系统、太阳能热水器、太阳能制暖和制冷等。太阳能光伏发电技术作为太阳能利用中最具有意义的技术，成为世界各国研究应用的热点。独立光伏发电系统中的太阳能充电控制器是一个十分重要的部件，主要用于防止太阳能光伏电池对蓄电池造成过充电，过放电深也会严重影响蓄电池的使用寿命。国内外都在不断的改进光伏控制器，提高它的稳定性、可靠性及实用性。

现有的太阳能光伏发电控制器大多采用的是单机控制模式，具有容量固定和维护不便的缺陷。

实用新型内容

为了解决现有技术中存在的问题，本实用新型旨在提供了一种适用范围广、具有可扩展性、互换性的基于CAN总线的太阳能发电系统控制器。

本实用新型提供了一种基于CAN总线的太阳能发电系统控制器，包括主控模块以及由所述主控模块集中控制的功率模块，所述主控模块与所述功率模块通过CAN总线进行数据交互；所述功率模块连接太阳能电池方阵与蓄电池组的充电回路以及蓄电池组和负载之前的放电回路；所述主控模块与所述蓄电池组之间设有测压电路和测流电路，且所述主控模块通过蓄电池组的电压控制所述功率模块进行充电回路和放电回路的导通和关闭；所述测流电路包括多个用于测量系统充电及放电电流的测流器。

所述主控模块包括主控芯片，以及与所述主控芯片连接的主电源电路、第一CAN总线通信电路、测温电路、第一电压采集电路、电流采集电路、液晶键盘接口电路及报警电路。

所述功率模块包括功率控制芯片，以及与所述功率控制芯片连接的功率电源电路、MOSFET电路、第二电压采集电路及第二CAN总线通信电路。

本实用新型提供的所述基于CAN总线的太阳能发电系统控制器具有以下功能：

1) 高压断开和恢复功能：在蓄电池充电过程中，当蓄电池端电压高于最高充电电压时，控制器立即将太阳能电池方阵断开，待蓄电池电压下降到恢复电压时，重新将太阳能电池接入；

2) 欠电压警告和恢复功能：当蓄电池电压降到欠压警告设定点时，控制器自动发送声光警告信号。电压恢复到高于欠压警告点时，警告信号自动消除；

3) 低压断开和恢复功能：在蓄电池放电过程中，当蓄电池电压低于最低放电电压时，控制器将负载切断，防止蓄电池过放电。当电压升到安全运行范围时，负载自动接入；

4) 保护功能：防止任何负载短路的电路保护、防止控制器内部短路的电路保护、防止夜间蓄电池给太阳能电池反向放电保护、防止负载或太阳能电池方阵或蓄电池极性反接的电路保护、防止感应雷的线路防雷；

5) 可扩展性、互换性：采用两级控制结构，即主控模块集中控制功率模块，功率模块分散控制系统的充放电回路，实现了模块化，具有很强的可扩展及互换性。

附图说明

图1为本实用新型提供的一种基于CAN总线的太阳能发电系统控制器的总体结构框图；

图2为图1中主控模块的结构框图；

图3为图1中功率模块的结构框图。

附图标号说明

1-太阳能电池方阵，2-功率模块，3-报警电路，4-CAN总线，5-测压电路，6-主控模块，7-测流电路，8-蓄电池组，9-负载，61-主控芯片，62-主电源电路，63-测温电路，64-报警电路，65-液晶键盘接口电路， 66-电流采集电路，67-第一CAN总线通信电路，68-第一电压采集电路，21-功率控制芯片，22-功率电源电路，23-MOSFET电路，24-第二电压采集电路，25-第二CAN总线通信电路。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本实用新型的技术方案：

请参照图1，本实用新型提供一种基于CAN总线的太阳能发电系统控制器，包括主控模块6以及由所述主控模块6集中控制的功率模块2，所述主控模块6与所述功率模块2通过CAN总线4进行数据交互；所述功率模块2连接太阳能电池方阵1与蓄电池组8的充电回路以及蓄电池组8和负载9之前的放电回路；所述主控模块6与所述蓄电池组8之间设有测压电路5和测流电路7，且所述主控模块6通过蓄电池组8的电压控制所述功率模块2进行充电回路和放电回路的导通和关闭；所述测流电路7包括多个用于测量系统充电及放电电流的测流器A、B。

请参照图1及图2，所述主控模块6包括主控芯片61，以及与所述主控芯片61连接的主电源电路62、第一CAN总线通信电路67、测温电路63、第一电压采集电路68、电流采集电路66、液晶键盘接口电路65及报警电路64。

本实施例中，所述主控芯片61采用AT90CAN128，但并不以此为限。AT90CAN128内部集成的8MHz的RC振荡电路可以作为系统的时钟源，此外，本实施例还采用外置晶振的方法，在AT90CAN128的引脚上外接石英晶体和电容组成谐振回路，并配合片内的振荡电路构成系统时钟源。当系统程序在运行中出现错误或受到电源干扰出现错误时，可通过外部引脚RESET进行复位，或由芯片内部看门狗定时器WDT自动复位，或通过芯片内部掉电检测BOD来使系统自动进入复位初始化操作。

主电源电路62的优劣直接关系到系统工作的好坏。控制器的主控芯片61、测温电路63、第一电压采集电路68等电路工作时需要+5V、+12V和-5V的电压，而太阳能发电系统所能提供的是48V的电源，并且还会随着蓄电池的充放电过程有所变化，考虑到电源引入的干扰问题，使用DC/DC的电源隔离模块，将系统电压转化为12V。

太阳能光伏发电系统运行时，控制器需要测量蓄电池的端电压、太阳能电池方阵1的电流以及环境温度等一些系统参数，而这些参数都属于模拟信号量，必须经过A/D模数转换电路，主控芯片61才能采集其数据。AT90CAN128内部集成有8通道10位精度逐次逼近型的A/D转换电路，所以测量电路的设计只需设计将外部模拟信号的处理电路，就可以直接进行数据采集，节省了硬件设计的同时又提高了控制器的可靠性。

第一CAN总线通信电路67采用非破坏性基于优先权的总线、仲裁技术，减少总线冲突的仲裁时间；发送的信息遭到破坏后，可自动重发；信号传输采用短帧结构，传输时间短，受干扰率低，并且每帧信息都有CRC校验以及其他检错措施，保证了数据通信的可靠性。

AT90CAN128内部集成了CAN总线控制器，支持2.0A和2.0B两种协议，能够发送和接收标准和扩展报文。AT90CAN128的CAN总线控制器包含有2个中断源，一个响应CAN定时中断，另外一个响应发送、接收和错误中断，可以在中断中编写软件进行CAN总线的接收和发送以及纠错，保证了CAN总线通信的实时性和可靠性。

测温电路63中测温常用的热电阻材料是铂，铂电阻精度高，稳定性好，在一定范围内电阻值和温度呈线性关系。本实施例中，优选Pt100温度传感器。用铂电阻温度传感器测量蓄电池的工作温度时，蓄电池距离控制器较远，引线很长，一般采用恒流源电路设计，但是流过铂电阻电流大于2mA时，其本身的发热量容易干扰测量精度，所以本实施例中优选1.25mA的恒流源电路。

基于CAN总线太阳能控制器采用的是逐级投切的方式对蓄电池进行充电，控制器依据蓄电池的端电压变化，控制蓄电池充电回路上的太阳能电池子方阵的投入和切断。所以，在控制器电路中设计电压采集电路，测量蓄电池的端电压。

测流器是一种精密电阻，根据电流通过电阻时电阻的两端将产生压降的原理制成，本实施例中优选200A/75mV的测流器。AT90CAN128内部集成的是10位精度的A/D转换电路，以外部5V电压为参考源，其分辨率为5mV，若直接采集测量器两端的电压，计算出的电流值与真实相比有很大的偏差。整个控制器以蓄电池的负极为电压参考点，那么太阳能电池子方阵的电流通过测流器的是一个负压降，而流出蓄电池给负载供电的电流在测流器上形成的是正压降。所以，对这两个压降信号放大时，必须采用正向放大电路和反向放大电路。

良好的人机交互设计可以使数据更为直接，人为修改更为简便，有利于操作人员对整个系统的管理。本实施例中的人机交互是由液晶键盘接口电路65构成，相对于用指针式的仪表显示的设计更为直观。键盘是由若干按键组成的开关矩阵，用户可以通过键盘向AT90CAN128输入指令、地址和数据。

报警电路64中使用了继电器隔离电器，由于继电器开启需要几百毫安的电流，而单片机I/O的驱动能力有限，所以使用三极管放大电路，增大电流以驱动继电器。

请参照图1及图3，所述功率模块2包括功率控制芯片21，以及与所述功率控制芯片21连接的功率电源电路22、MOSFET电路23、第二电压采集电路24及第二CAN总线通信电路25。其中功率电源电路22和第二CAN总线通信电路25采用和所述主控模块6相同的设计。本实施例在此不再赘述。

MOSFET电路23包括一个NPN型三极管和一个PNP型三极管组成放大电路，提供驱动MOSFET电流。

第二电压采集电24路在精准的5V电压与地之间串联两个阻值的电阻。电压经过电压跟随电路滤波后，由A/D转换电路可将其电压值测量出来。

6) 高压断开和恢复功能：在蓄电池充电过程中，当蓄电池端电压高于最高充电电压时，控制器立即将太阳能电池方阵断开，待蓄电池电压下降到恢复电压时，重新将太阳能电池接入；

7) 欠电压警告和恢复功能：当蓄电池电压降到欠压警告设定点时，控制器自动发送声光警告信号。电压恢复到高于欠压警告点时，警告信号自动消除；

8) 低压断开和恢复功能：在蓄电池放电过程中，当蓄电池电压低于最低放电电压时，控制器将负载切断，防止蓄电池过放电。当电压升到安全运行范围时，负载自动接入；

9) 保护功能：防止任何负载短路的电路保护、防止控制器内部短路的电路保护、防止夜间蓄电池给太阳能电池反向放电保护、防止负载或太阳能电池方阵或蓄电池极性反接的电路保护、防止感应雷的线路防雷；

10)可扩展性、互换性：采用两级控制结构，即主控模块集中控制功率模块，功率模块分散控制系统的充放电回路，实现了模块化，具有很强的可扩展及互换性。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种基于CAN总线的太阳能发电系统控制器，其特征在于，包括主控模块以及由所述主控模块集中控制的功率模块，所述主控模块与所述功率模块通过CAN总线进行数据交互；所述功率模块连接太阳能电池方阵与蓄电池组的充电回路以及蓄电池组和负载之前的放电回路；所述主控模块与所述蓄电池组之间设有测压电路和测流电路，且所述主控模块通过蓄电池组的电压控制所述功率模块进行充电回路和放电回路的导通和关闭；所述测流电路包括多个用于测量系统充电及放电电流的测流器。

2.根据权利要求1所述的一种基于CAN总线的太阳能发电系统控制器，其特征在于，所述主控模块包括主控芯片，以及与所述主控芯片连接的主电源电路、第一CAN总线通信电路、测温电路、第一电压采集电路、电流采集电路、液晶键盘接口电路及报警电路。

3.根据权利要求1所述的一种基于CAN总线的太阳能发电系统控制器，其特征在于，所述功率模块包括功率控制芯片，以及与所述功率控制芯片连接的功率电源电路、MOSFET电路、第二电压采集电路及第二CAN总线通信电路。