CN204131149U - 一种离网状态下便携式光伏锂电池充电装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种离网状态下便携式光伏锂电池充电装置,属于新能源发电领域。包括光伏板、电压电流桥式采样电路、BOOST升压电路、两个驱动电路、单片机、DC/DC电路、切换开关和电压采样电路，其中光伏板的输出端分别接电压电流桥式采样电路、BOOST升压电路的输入端，BOOST升压电路的输出端依次串接DC/DC电路后接切换开关的输入端，电压电流桥式采样电路的输出端串接单片机后分别接两个驱动电路的输入端，第一驱动电路的输出端接BOOST升压电路的输入端，第二驱动电路的输出端接DC/DC电路的输入端，电压采样电路的输出端接单片机的输入端，电压采样电路同时采样锂电池组的电压信号。该装置配以体积较小的光伏板，闲置时可放于汽车后备箱或手提袋内，便于携带和使用。

Description

一种离网状态下便携式光伏锂电池充电装置

技术领域

本实用新型公开了一种离网状态下的便携式光伏锂电池充电装置，属于新能源发电控制技术领域。

背景技术

随着石油、煤、天然气等石化能源的日益枯竭，太阳能光伏发电以其明显的优势在世界各国蓬勃发展，鉴于现在的很多充电器不能在户外或空旷的无大电网处使用缺陷，本实用新型研究一种便携式光伏锂电池充电装置，配有5V，USB接口，能为手机、IPAD、MP3等低功率电子产品供电，适用于爱好驾车出游、野外工作、远离大电网等偏远山区的人群使用，携带方便。传统充电器不能脱离大电网，其它一些太阳能充电器由于不具备最大功率点跟踪技术，充电效率低下，难以满足长时间的户外需求。

发明内容

本实用新型的目的是针对现有技术存在的缺陷，提供一种离网状态下便携式光伏锂电池充电装置。本实用新型具有如下优点：(1)可脱离电网获取电能，在野外苛刻环境下仍然能产生电能，增加了蓄电的灵活性；(2)节能环保，充分利用了太阳能这个可再生能源；(3)效率高，增加了低功耗的MSP430单片机作为充电装置的控制器，提高了充电效率。

为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案是：

一种离网状态下便携式光伏锂电池充电装置,包括光伏板、电压电流桥式采样电路、BOOST升压电路、两个驱动电路、单片机、DC/DC电路、切换开关和电压采样电路，所述光伏锂电池包括锂电池组Ⅰ和锂电池组Ⅱ，其中光伏板的输出端分别接电压电流桥式采样电路、BOOST升压电路的输入端，BOOST升压电路的输出端依次串接DC/DC电路后接切换开关的输入端，切换开关的输出端分别接锂电池组Ⅰ和锂电池组Ⅱ的输入端实现充电和放电的切换，电压电流桥式采样电路的输出端串接单片机后分别接两个驱动电路的输入端，第一驱动电路的输出端接BOOST升压电路的输入端，第二驱动电路的输出端接DC/DC电路(7)的输入端，电压采样电路的输出端接单片机的输入端，电压采样电路同时采样锂电池组Ⅰ和锂电池组Ⅱ的电压信号。

在BOOST升压电路与DC/DC电路之间还串接直流变压器。

上述所述锂电池组上设置USB口，外部负载通过USB口与锂电池组互相连接。

上述所述电压电流桥式采样电路包括第一至第七电阻R1～R7，其中第一、第三、第五电阻R1、R3、R5依次串联构成第一采样支路，第二、第四、第六电阻R2、R4、R6也依次串联构成第二采样支路，两条采样支路并联，第一电阻R1与第二电阻R2之间串接第七电阻R7；第三电阻R3与第五电阻R5之间设置M引脚，第四电阻R4与第六电阻R6之间设置N引脚，第一和第二电阻R1、R2阻值都为6千欧姆，第三和第四电阻R3、R4阻值都为3千欧姆，第五和第六电阻R5、R6阻值都为1千欧姆，第七电阻R7为1千欧姆，M、N引脚两点进入单片机5的电压电流采样通道，根据分压可知单片机采样到的电压都为R7两端的十分之一，所以M点采样到的电压数值乘以10便是光伏板两端的电压，MN两端的电压差乘以10在除以R7的阻值便是电流值，由于此电路没有用到运放等电力电子器件，只有电阻，所以降低了功率损耗。

上述所述BOOST升压电路包括电源V1、电感L1、二极管D1、电容C1、场效应管P1和第八电阻R8，其中电源V1正极首先接到电感L1的一端，然后电感L1的另一端分别接二极管D1的正极和场效应管P1的漏极，二极管D1的负极分别接第八电阻R8和电容C1的一端，场效应管P1的源级和电阻R8、电容C1的另一端均接到电源V1的负极；电感L1为470μh,第八电阻R8为10欧姆，电容C1为470μF，场效应管P1采用IRFD024；二极管D1为05Z15Y硅稳压二极管Vz＝14.4～15.15V,Pzm＝500mW。

上述所述驱动电路包括第二至第六三极管Q2～Q6，第九至第十四电阻R9～R14和左右端电压源，第九电阻R9左端接单片机5输出的调整过占空比的低电压的pwm波，第九电阻R9的右端与第二三极管Q2发射极相连，第二三极管Q2的发射极与第三三极管Q3的发射极连接，第二三极管Q2的基极与第三三极管Q3的基极相连，第二三极管Q2的基极与第六三极管Q6的集电极相连，第六三极管Q6的发射极接地，第二三极管Q2的集电极与第四三极管Q4的基极相连，第四三极管Q4的集电极与第五三极管Q5的集电极相连，第三三极管Q3的集电极极与第五三极管Q5的基极相连，第五三极管Q5的发射极接地，左端电压源的正极接第十电阻R10的一端，第十电阻R10的另一端接到第十一电阻R11的一端，第十一电阻R11的另一端接地，第二三极管Q2的基极接在第十电阻R10与第十一电阻R11之间，右端电压源正极接到第四三极管Q4的发射极，第十二电阻R12的一端接第四三极管Q4的集电极，第十二电阻R12的另一端接第十三电阻R13的一端，第十三电阻R13的另一端接第十四电阻R14的一端，第十四电阻R14的另一端接地，第六三极管Q6的基极接在第十三电阻R13与第十四电阻R14之间。各电阻的数值在图上已标注，其中第三、第四三极管Q3、Q4采用8055型三极管，第二、第五、第六三极管Q2、Q5、Q6采用8050型三极管，第九、第十、第十二电阻9、10、12的阻值为1千欧姆，第十一电阻R11为200欧姆，第十三、十四电阻R13、R14为50千欧姆。此电路可输出驱动图6boost电路中的场效应管的PWM波。

上述所述光伏板两侧分别焊接两个圆环，所述圆环在车顶上在相应位置安装吸盘，四个吸盘背部延伸出四个钩角，先把四个吸盘的钩角钩在圆环上，然后把吸盘吸附在车顶上；在钩角的中部装有紧固螺丝。

鉴于光伏电能随机特性和间断特性，以单片机为控制核心，通过软件编程实现自动可调的PWM脉冲调制充电控制方法，提高其使用寿命和充电效率，增强抗干扰能力，实现智能化充电。

本实用新型采用低功耗的MSP430单片机、低损耗的采样电路及驱动电路，降低系统的功率损耗，最大程度的提高充电效率。

本实用新型采用两组锂电池供电、充电相互切换的方式，通过切换开关(8)实现锂电池组Ⅰ(9)和锂电池组Ⅱ(10)供电、充电的相互切换。当给锂电池组Ⅰ充电时，由锂电池组Ⅱ给单片机供电；当给锂电池组Ⅱ充电时，由锂电池组Ⅰ给单片机供电。外部负载通过USB口(11)与锂电池互相连接，解决锂电池不能同时充放电的问题，也增加了系统的储电容量。

在光伏板两侧焊接4个椭圆形铁环A、B、C、D，在车顶上在相应位置装上四个强力吸盘，四个吸盘背部延伸出四个钩角，先把四个吸盘的钩角钩在铁环A、B、C、D上，便于光伏板的安置；在钩角的中部装有螺丝，当把圆环放置到钩角内后，把螺丝拧紧，封闭缺口，使圆环不能脱离钩角增加稳固性，将光伏板固定在汽车车顶，即可在汽车行驶中对锂电池进行充电，不用时可以将整套光伏发电系统置于后备箱，操作简单，携带方便，也可充分利用光照时间。

附图说明

图1为本实用新型的主电路结构图；

图2为本实用新型的光伏板装置车顶模型；

图3为本实用新型的光伏板示意图；

图4为本实用新型的钩角示意图；

图5为本实用新型的桥式采样电路图；

图6为本实用新型的boost电路图；

图7为本实用新型的驱动电路图。

具体实施方式

本实用新型以MSP430单片机为控制核心，将采样的电压电流送至单片机内部进行处理，经过判别后调整输出的PWM波占空比，从而调整boost电路的输出电压，并逐渐逼近最大功率点附近，具体实现单元如下所述:

如图1，光伏板1分别连接BOOST升压电路3，BOOST升压电路3连接直流变压器6，直流变压器6接入下级DC/DC电路7之后接切换开关8，切换开关分8别连接两个锂电池组9和10，两个锂电池组与USB接口11对接，其中电压电流桥式采样电路2一端接在光伏板1的输出端，另一端连接MSP430单片机5；MSP430单片机5分别还与驱动电路4-1和4-2连接，驱动电路4-1和4-2的另一端接BOOST升压电路3和DC/DC电路7，电压采样电路12一端接在两个锂电池组，另一端接MSP430单片5，切换开关8的信号线接MSP430单片机5。

光伏板1吸收太阳能，输出电压经电压电流桥式采样电路2送入MSP430单片机5，判别后通过驱动电路4-1和4-2向BOOST升压电路3输出控制信号，即占空比，从而改变光伏板(1)输出电压和电流，相对于光伏板来说，即改变了负载大小，当光伏板瞬时内阻等于光伏板的等效负载时，便达到了光伏板1的最大功率输出。MSP430单片机通过电压采样电路12得到的锂电池的电压电流信号，并通过驱动电路4-2驱动DC/DC电路7实现对蓄电池的充电。在BOOST升压电路3和DC/DC电路7)间增加一个增益比为1的直流变压器6进行隔离，防止电路间形成干扰。

因为锂电池对单片机驱动电路的供电以及光伏板对锂电池组的充电，本实用新型采用两组锂电池,通过切换开关8实现锂电池组Ⅰ9和锂电池组Ⅱ10供电、充电的相互切换。当给锂电池组Ⅰ充电时，由锂电池组Ⅱ给单片机供电；当给锂电池组Ⅱ充电时，由锂电池组Ⅰ给单片机供电。外部负载通过USB口11与电池互相连接。

如图2、3，在光伏板两侧焊接四个圆环，圆环A、B、C、D，在车顶上在相应位置装上四个强力吸盘，四个吸盘背部延伸出四个钩角，先把四个吸盘的钩角钩在圆环A、B、C、D上，然后把吸盘吸附在车顶上，便于光伏板的安置。

如图4，在钩角的中部装有螺丝，当把圆环放置到钩角内后，把螺丝拧紧，封闭缺口，使圆环不能脱离钩角增加稳固性。

如图5,是所述电压电流桥式采样电路2包括第一至第七电阻R1～R7，其中第一、第三、第五电阻R1、R3、R5依次串联构成第一采样支路，第二、第四、第六电阻R2、R4、R6也依次串联构成第二采样支路，两条采样支路并联，第一电阻R1与第二电阻R2之间串接第七电阻R7；第三电阻R3与第五电阻R5之间设置M引脚，第四电阻R4与第六电阻R6之间设置N引脚，第一和第二电阻R1、R2阻值都为6千欧姆，第三和第四电阻R3、R4阻值都为3千欧姆，第五和第六电阻R5、R6阻值都为1千欧姆，第七电阻R7为1千欧姆，M、N引脚两点进入单片机5的电压电流采样通道，根据分压可知单片机采样到的电压都为R7两端的十分之一，所以M点采样到的电压数值乘以10便是光伏板两端的电压，MN两端的电压差乘以10在除以R7的阻值便是电流值，由于此电路没有用到运放等电力电子器件，只有电阻，所以降低了功率损耗。

如图6，所述BOOST升压电路包括电源V1、电感L1、二极管D1、电容C1、场效应管P1和第八电阻R8，其中电源V1正极首先接到电感L1的一端，然后电感L1的另一端分别接二极管D1的正极和场效应管P1的漏极，二极管D1的负极分别接第八电阻R8和电容C1的一端，场效应管P1的源级和电阻R8、电容C1的另一端均接到电源V1的负极；电感L1为470μh,第八电阻R8为10欧姆，电容C1为470μF，场效应管P1采用IRFD024；二极管D1为05Z15Y硅稳压二极管Vz＝14.4～15.15V,Pzm＝500mW。

如图7，所述驱动电路包括第二至第六三极管Q2～Q6，第九至第十四电阻R9～R14和左右端电压源，第九电阻R9左端接单片机5输出的调整过占空比的低电压的pwm波，第九电阻R9的右端与第二三极管Q2发射极相连，第二三极管Q2的发射极与第三三极管Q3的发射极连接，第二三极管Q2的基极与第三三极管Q3的基极相连，第二三极管Q2的基极与第六三极管Q6的集电极相连，第六三极管Q6的发射极接地，第二三极管Q2的集电极与第四三极管Q4的基极相连，第四三极管Q4的集电极与第五三极管Q5的集电极相连，第三三极管Q3的集电极极与第五三极管Q5的基极相连，第五三极管Q5的发射极接地，左端电压源的正极接第十电阻R10的一端，第十电阻R10的另一端接到第十一电阻R11的一端，第十一电阻R11的另一端接地，第二三极管Q2的基极接在第十电阻R10与第十一电阻R11之间，右端电压源正极接到第四三极管Q4的发射极，第十二电阻R12的一端接第四三极管Q4的集电极，第十二电阻R12的另一端接第十三电阻R13的一端，第十三电阻R13的另一端接第十四电阻R14的一端，第十四电阻R14的另一端接地，第六三极管Q6的基极接在第十三电阻R13与第十四电阻R14之间。各电阻的数值在图上已标注，其中第三、第四三极管Q3、Q4采用8055型三极管，第二、第五、第六三极管Q2、Q5、Q6采用8050型三极管，第九、第十、第十二电阻9、10、12的阻值为1千欧姆，第十一电阻R11为200欧姆，第十三、十四电阻R13、R14为50千欧姆。此电路可输出驱动图6boost电路中的场效应管的PWM波。

本实用新型涉及到的具体参数有，光伏板1峰值功率25w，开路电压21v，短路电流1.61A；转换开关9LW5-16YH2/2；MSP430单片机5采用MSP430F149；锂电池组ⅠⅡ规格为8000毫安时、12V；直流变压器6采用EI型变压器，原副边匝数比为1；其余电路中的器件型号或者大小均在附图中出现。

Claims (7)

1.一种离网状态下便携式光伏锂电池充电装置,其特征在于包括光伏板(1)、电压电流桥式采样电路(2)、BOOST升压电路(3)、两个驱动电路(4-1，4-2)、单片机(5)、DC/DC电路(7)、切换开关(8)和电压采样电路(12)，所述光伏锂电池包括锂电池组Ⅰ(9)和锂电池组Ⅱ(10)，其中光伏板(1)的输出端分别接电压电流桥式采样电路(2)、BOOST升压电路(3)的输入端，BOOST升压电路(3)的输出端依次串接DC/DC电路(7)后接切换开关(8)的输入端，切换开关(8)的输出端分别接锂电池组Ⅰ(9)和锂电池组Ⅱ(10)的输入端实现充电和放电的切换，电压电流桥式采样电路(2)的输出端串接单片机(5)后分别接两个驱动电路(4-1，4-2)的输入端，第一驱动电路(4-1)的输出端接BOOST升压电路(3)的输入端，第二驱动电路(4-2)的输出端接DC/DC电路(7)的输入端，电压采样电路(12)的输出端接单片机(5)的输入端，电压采样电路(12)同时采样锂电池组Ⅰ(9)和锂电池组Ⅱ(10)的电压信号。 

2.根据权利要求1所述的一种离网状态下便携式光伏锂电池充电装置,其特征在于在BOOST升压电路(3)与DC/DC电路(7)之间还串接直流变压器(6)。 

3.根据权利要求1所述的一种离网状态下便携式光伏锂电池充电装置,其特征在于所述锂电池组上设置USB口(11)，外部负载通过USB口(11)与锂电池组互相连接。 

4.根据权利要求1所述的一种离网状态下便携式光伏锂电池充电装置,其特征在于所述光伏板(1)两侧分别焊接两个圆环，所述圆环在车顶上相应位置安装吸盘，四个吸盘背部延伸出四个钩角，先把四个吸盘的钩角钩在圆环上，然后把吸盘吸附在车顶上；在钩角的中部装有紧固螺丝。 

5.根据权利要求1所述的一种离网状态下便携式光伏锂电池充电装置,其特征在于所述电压电流桥式采样电路(2)包括第一至第七电阻(R1～R7)，其中第一、第三、第五电阻(R1、R3、R5)依次串联构成第一采样支路，第二、第四、第六电阻(R2、R4、R6)也依次串联构成第二采样支路，两条采样支路并联，第一电阻(R1)与第二电阻(R2)之间串接第七电阻(R7)；第三电阻(R3)与第五电阻(R5)之间设置M引脚，第四电阻(R4)与第六电阻(R6)之间设置N引脚，第一和第二电阻(R1、R2)阻值都为6千欧姆，第三和第四电阻(R3、R4)阻值都为3千欧姆，第五和第六电阻(R5、R6)阻值都为1千欧姆，第七电阻(R7)为1千欧姆，M、N引脚两点进入单片机(5)的电压电流采样通道。 

6.根据权利要求1所述的一种离网状态下便携式光伏锂电池充电装置,其特征在于所述 BOOST升压电路(3)包括电源(V1)、电感(L1)、二极管(D1)、电容(C1)、场效应管(P1)和第八电阻(R8)，其中电源(V1)正极首先接到电感(L1)的一端，然后电感(L1)的另一端分别接二极管(D1)的正极和场效应管(P1)的漏极，二极管(D1)的负极分别接第八电阻(R8)和电容(C1)的一端，场效应管(P1)的源级和电阻(R8)、电容(C1)的另一端均接到电源(V1)的负极；电感(L1)为470μh,第八电阻(R8)为10欧姆，电容(C1)为470μF，场效应管(P1)采用IRFD024；二极管(D1)为05Z15Y硅稳压二极管Vz＝14.4～15.15V,Pzm＝500mW。 

7.根据权利要求1所述的一种离网状态下便携式光伏锂电池充电装置,其特征在于所述驱动电路包括第二至第六三极管(Q2～Q6)，第九至第十四电阻(R9～R14)和左右端电压源，第九电阻(R9)左端接单片机(5)输出的调整过占空比的低电压的pwm波，第九电阻(R9)的右端与第二三极管(Q2)发射极相连，第二三极管(Q2)的发射极与第三三极管(Q3)的发射极连接，第二三极管(Q2)的基极与第三三极管(Q3)的基极相连，第二三极管(Q2)的基极与第六三极管(Q6)的集电极相连，第六三极管(Q6)的发射极接地，第二三极管(Q2)的集电极与第四三极管(Q4)的基极相连，第四三极管(Q4)的集电极与第五三极管(Q5)的集电极相连，第三三极管(Q3)的集电极极与第五三极管(Q5)的基极相连，第五三极管(Q5)的发射极接地，左端电压源的正极接第十电阻(R10)的一端，第十电阻(R10)的另一端接到第十一电阻(R11)的一端，第十一电阻(R11)的另一端接地，第二三极管(Q2)的基极接在第十电阻(R10)与第十一电阻(R11)之间，右端电压源正极接到第四三极管(Q4)的发射极，第十二电阻(R12)的一端接第四三极管(Q4)的集电极，第十二电阻(R12)的另一端接第十三电阻(R13)的一端，第十三电阻(R13)的另一端接第十四电阻(R14)的一端，第十四电阻(R14)的另一端接地，第六三极管(Q6)的基极接在第十三电阻(R13)与第十四电阻(R14)之间，其中第三、第四三极管(Q3、Q4)采用8055型三极管，第二、第五、第六三极管(Q2、Q5、Q6)采用8050型三极管，第九、第十、第十二电阻(9、10、12)的阻值为1千欧姆，第十一电阻(R11)为200欧姆，第十三、十四电阻(R13、R14)为50千欧姆。