CN205141737U - 一种船舶蓄电池充放电智能控制器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种船舶蓄电池充放电智能控制器，包括充电电网控制电路，太阳能板充电控制电路，蓄电池充放电控制电路，负载输出控制电路和单片机控制电路，其中充电电网控制电路与太阳能板充电控制电路之间采用互锁控制，第一肖特基二极管接于太阳能板充电控制电路和充电电网控制电路之间；第二肖特基二极管接于电电网控制电路和蓄电池控制电路之间。该装置能够实现太阳能充电与船舶原有充电系统充电之间的转换，既能满足实际生产需要，也能最大限度使用清洁太阳能，降低生产成本，降低能耗，节能减排。

Description

一种船舶蓄电池充放电智能控制器

技术领域

本实用新型涉及一种船舶蓄电池充放电智能控制器，尤其涉及一种渔船及内河船舶使用的太阳能板与原有的充电系统互相转换充放电的控制装置。

技术背景

现有的太阳能控制器已实现市场量产，技术基本开放。但船舶结构与陆地情况有所不同，使用场所受到一定的限制，不可能大面积地安装太阳能板，从而也导致了太阳能充电在船舶上使用受限的原故，而专门针对船舶使用的专用太阳能充放电控制器这方面的研究也很少，因此在船舶上使用的太阳能充电基本为陆地上所用的，针对性不强。

目前渔船及内河船舶都有一定的充电系统。但只有在开航的时候才能对蓄电池充电，停航（休渔期）的时候需要人工维护充电，搬到岸上去充电，从而增加了管理的难度及成本。容易造成蓄电池损坏，减短寿命。单纯为了给蓄电池充电而启动柴油机，成本很高。渔船及内河船舶再安装上太阳能板充电系统后，太阳能板充电系统可以在停航（休渔期）对蓄电池充电，满足停航期间日常生活及生产的需要。

第一：由于渔船的特殊条件，目前陆地上常用的太阳能控制器应用到渔船上存在一定的局限性

第二：随着太阳充电系统在船舶上使用逐步增加，但并没有专门针对船舶系统设计的太阳能充放电控制器，目前的太阳能控制器无法实现太阳能充电与渔船及内河船舶原有的充电系统之间的转换。

发明内容

为解决上述问题，本实用新型提供一种渔船及内河船舶使用的太阳能板与原有的充电系统互相转换充放电的控制装置。

本实用新型的方案是：一种渔船及内河船舶使用的太阳能板与原有的充电系统互相转换充放电的控制装置，包括充电电网控制电路，太阳能板充电控制电路，蓄电池充放电控制电路，负载输出控制电路和单片机控制电路。

所述充电电网控制电路包括第二电压采集模块，第一电流采集模块和第二MOS管，第二电压采集模块输入端接充电电网，输出端接单片机；第一电流采集模块输入端接第二MOS管，输出端接单片机I/O口；第二MOS管串接于充电电网输出端。

所述太阳能板充电控制电路包括第一电压采集模块，第二电流采集模块，第一MOS管M1和压敏电阻，第一电压采集模块输入端接太阳能板输出端，输出端接单片机I/O口；第二电流采集模块输入端接第一MOS管，输出端接单片机I/O口；第一MOS管串接于太阳能板输出端；压敏电阻并接于太阳能板输出端用于防雷击或高压保护。

所述蓄电池充放电控制模块包括第三电压采集模块，第三MOS管和保险丝，第三电压采集模块输入端接蓄电池，输出端接单片机I/O口；第三MOS管和保险丝都串接于蓄电池。

所述负载输出控制电路包括第三电流采集模块和第四MOS管，第三电流采集模块输入端接第四MOS管，输出端接单片机I/O口；第三MOS管串接于负载输入端。

所述单片机控制模块的单片机输入端的输入信号为电压采集输入、电流采集输入、温度采集输入；输出端的输出信号为MOS管驱动输出、指示/报警输出、发电机启动输出。

电压采集模块包括第一分压电阻和第二分压电阻、第一电容和第二电容。其中第一分压电阻和第二分压电阻串联接被测电路构成一个分压电路，并以第一分压电阻上的电压作为检测结果通过输出端送到单片机I/O口，所述单片机根据两个分压电阻的阻值比例计算出被测电压；第一电容和第二电容的正极并联接与第一分压电阻与第二分压电阻之间，负极并联接地构成一个滤波电路，提高检测精度。

电流采集模块和MOS管控制电路包括第一MOS管、二极管、肖特基二极管、第三分压电阻和第四分压电阻、光耦受光器。其中，二极管、肖特基二极管的正极和受光器的发射极接第一MOS管的源极；二极管负极接第一MOS管的漏极；第四分压电阻和肖特基二极管接第一MOS管的栅极；第三分压电阻和第四分压电阻的另一端接受光器的集电极；第三分压电阻另一端接5V直流电源。

温度采集模块由第五分压电阻和热敏电阻组成分压电路，通过检测热敏电阻的电压变化得到对应的环境温度参数，通过将采样值与程序中的固有值比较，从而得出对应的温度变化量，再对蓄电池的过充、过放点电压值进行校正和补偿，从而保护蓄电池。

光耦的发光器接单片机的输出端，用于发出信号；第一发光二极管以2Hz频率闪动表示充电状态，充满则常亮；第二发光二极管灯闪动表示正常放电状态，如正常放电则常亮；第三发光二极管灯则表示故障，提示用户采取必要措施。所述所有发光二极管一端均通过电阻接5V直流电源，另一端接单片机输出端。

本实用新型的有益效果是：实现太阳能充电与船舶原有充电系统充电之间的转换，既能满足实际生产需要，也能最大限度使用清洁太阳能，降低生产成本，降低能耗，节能减排。同时，充电效率高，工作稳定，维护管理更加方便及维护成本更低。

附图说明

图1为本实用新型的系统结构原理图

图2为本实用新型的电压采集模块原理图

图3为本实用新型的电流采集和MOS管控制模块原理图

图4为本实用新型的温度信号采集模块原理图

图5为本实用新型的指示灯和光耦模块原理图

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，对本实用新型作进一步说明。

如图1所示，一种船舶使用的太阳能板与原有的充电系统互相转换充放电的控制装置，其特征在于：包括充电电网控制电路，太阳能板充电控制电路，蓄电池充放电控制电路，负载输出控制电路和单片机控制电路，其中充电电网控制电路与太阳能板充电控制电路之间采用互锁控制，第一肖特基二极管SBD1接于太阳能板充电控制电路和充电电网控制电路之间；第二肖特基二极管SBD2接于电电网控制电路和蓄电池控制电路之间。

所述充电电网控制电路包括电压采集模块U2，电流采集模块I1和MOS管M2；其中电压采集模块U2输入端接充电电网，输出端接单片机；电流采集模块I1输入端接MOS管M2，输出端接单片机I/O口；MOS管M2串接于充电电网输出端。

所述太阳能板充电控制电路包括电压采集模块U1，电流采集模块I2，MOS管M1和压敏电阻Rv，其中电压采集模块U1输入端接太阳能板输出端，输出端接单片机I/O口；电流采集模块I2输入端接MOS管M1，输出端接单片机I/O口；MOS管M1串接于太阳能板输出端；压敏电阻Rv并接于太阳能板输出端用于防雷击或高压保护。

所述蓄电池充放电控制模块包括电压采集模块U3，MOS管M3和保险丝，其中电压采集模块U3输入端接蓄电池，输出端接单片机I/O口；MOS管M3和保险丝都串接于蓄电池。

所述负载输出控制电路包括电流采集模块I3和MOS管M4，其中电流采集模块I3输入端接MOS管M4，输出端接单片机I/O口；MOS管M3串接于负载输入端。

所述单片机控制的输出端接光耦的发光器，用于发出信号；发光二极管LED1以2Hz频率闪动表示充电状态，充满则常亮；发光二极管LED2灯闪动表示正常放电状态，如正常放电则常亮；发光二极管LED3灯则表示故障，提示用户采取必要措施。所述所有发光二极管一端均通过电阻接5V直流电源，另一端接单片机输出端。

如图2所示，所述电压采集模块包括分压电阻R1和分压电阻R2、电容C1和电容C2，其中分压电阻R1和分压电阻R2串联接被测电路构成一个分压电路，并以分压电阻R1上的电压作为检测结果送到单片机I/O口，所述单片机根据两个分分压阻R1、R2的阻值比例计算出被测电压；电容C1和电容C2的正极并联接与分压电阻R1与分压电阻R2之间，负极并联接地构成一个滤波电路，提高检测精度。

如图3所示，所述电流采集模块和MOS管控制电路包括MOS管M1、二极管D、肖特基二极管SBD、分压电阻R3、分压电阻R4、光耦受光器，其中，二极管D、肖特基二极管SBD的正极和光耦受光器的发射极接MOS管M1的源极；二极管D负极接MOS管M1的漏极；分压电阻R4和肖特基二极管SBD接MOS管M1的栅极；分压电阻R3和分压电阻R4的另一端接光耦受光器的集电极；分压电阻R3另一端接5V直流电源。

如图1~5所示，系统初始上电工作时，单片机通过U1和U2对太阳能充电面板和充电电网的端电压进行采样，判断当前光线情况。如U1电压足够，说明太阳光线足够，发Um1信号打开M1，由太阳能面板向蓄电池供电；若U1电压很压或为零可判断外界光线很暗，需要由船舶电网向蓄电池供电，发Um2信号打开M2，接通充电电网向蓄电池供电，若U2电压足够，则充电电网有电，若U2与U3同时不足时，发出起动发电柴油机信号。当船舶长期停航、渔船休渔期，则按上述情形1或情形2工作。若太阳能电板能持续给蓄电池充电，则不需启动柴油发电机，不需要将蓄电池搬回岸上保养。

其中Um1与Um2之间采用互锁控制，肖特基二极管SBD1可防止充电电网对太阳充电板反充，烧坏太阳能板。压敏电阻Rv具有防雷击或高压保护功能，当系统遭受雷击或高压作用时，在输入端的压敏电阻可保护控制不受损坏，恢复后可继续使用。

本实用新型采用的充电模式是四段充电法。

充电初期：Um1/Um2信号采用占空比较小的PWM脉冲信号，实现对蓄电池以较小的电流进行预充电；

充电中期：当蓄电池电压达到一定值时，则可转入快速充电状态，Um1/Um2信号占空比相对较大的PWM脉冲信号，控制M1或M2导通和判断，实现快速的脉冲充电。为消除蓄电池的极化现象，提高充电接受能力，在此阶段，适时地输出Um3控制M3对蓄电池进行反向大电流瞬间放电。

充电后期：当蓄电池容量接近额定容量的90%时，单片机会输出占空比固定的PWM信号控制M1/M2的导通和判断，此时，充电电流对蓄电池实施涓流充电，该段充电电流较小，充电时间长，但可以使蓄电池容量接近100%，完全能将蓄电池充满，不存在“虚电”问题。

充满电后：系统进入浮充电状态，主要用来补充蓄电池自放电所消耗的能量，使蓄电池池端电压始终保持浮充电压值，给电池不断补充电荷，这样可使电池总处于充足电状态。

本系统采用MOS管M4做为过放和过载保护，利用MOS管导通时的极间导通电阻RDS作为电流感测器件，M4与负载RL形成串联关系，当检测出RDS上的压降超过规定值时，说明负载电流达到最大允许值，单片机通过输出信号Um4控制MOS管M4关断，当电流恢复正常后，MOS管M4又可以重新开启恢复工作，与采用保险管方式相比较，具有对负载和蓄电池进行瞬间保护的作用，反应速度快，属于自恢复型。二极管D2可以防止极性接反而造成对负载的损坏。BUZZER/D1/R可组成防反接保护电路，当用户把太阳能电池或充电电网极性接反时，可报警提示。

当单片机检测出蓄电池端电压低于过放点电压值时，即刻发出控制信号，通过输出信号Um4控制MOS管M4关断，实现过放保护。由于单片机通过光耦来控制MOS管的开关，减少了干扰、振荡和误动作等现象，使系统运行更加平稳、可靠，减少了人员的维护。

由于铅酸蓄电池的电压与温度的关系为每升高10C，单格电池的电压将下降4mV，环境温度为25℃时，充电理想；当环境低至0℃时，将不能充足电；当环境温度升到50℃时，电池将因严重过充电而缩短寿命。

单片机通过对温度采集点电压采样，得到对应的环境温度参数，通过将采样值与程序中的固有值比较，从而得出对应的温度变化量，再对蓄电池的过充、过放点电压值进行校正和补偿，从而保护蓄电池。

如图5所示，控制器采用两个LED灯作为指示电路，绿色LED1以2Hz频率闪动表示充电状态，充满则常亮；绿色LED2灯闪动表示正常放电状态，如正常放电则常亮；红色LED3灯则表示故障，提示用户采取必要措施。

本实用新型不局限于上述具体实施方式，本领域的普通技术人员根据本实用新型做出的进一步拓展均落入本实用新型的保护范围。

Claims (8)

1.一种船舶蓄电池充放电智能控制器，其特征在于：包括充电电网控制电路，太阳能板充电控制电路，蓄电池充放电控制电路，负载输出控制电路和单片机控制电路，其中充电电网控制电路与太阳能板充电控制电路之间采用互锁控制，第一肖特基二极管（SBD1）接于太阳能板充电控制电路和充电电网控制电路之间；第二肖特基二极管（SBD2）接于电电网控制电路和蓄电池控制电路之间。

2.根据权利要求1所述的船舶蓄电池充放电智能控制器，其特征在于：所述充电电网控制电路包括第二电压采集模块（U2），第一电流采集模块（I1）和第二MOS管（M2）；其中第二电压采集模块（U2）输入端接充电电网，输出端接单片机；第一电流采集模块（I1）输入端接第二MOS管（M2），输出端接单片机I/O口；第二MOS管（M2）串接于充电电网输出端。

3.根据权利要求1所述的船舶蓄电池充放电智能控制器，其特征在于：所述太阳能板充电控制电路包括第一电压采集模块（U1），第二电流采集模块（I2），第一MOS管（M1）和压敏电阻（Rv），其中第一电压采集模块（U1）输入端接太阳能板输出端，输出端接单片机I/O口；第二电流采集模块（I2）输入端接第一MOS管（M1），输出端接单片机I/O口；第一MOS管（M1）串接于太阳能板输出端；压敏电阻（Rv）并接于太阳能板输出端用于防雷击或高压保护。

4.根据权利要求1所述的船舶蓄电池充放电智能控制器，其特征在于：所述蓄电池充放电控制模块包括第三电压采集模块（U3），第三MOS管（M3）和保险丝（FUSE），其中第三电压采集模块（U3）输入端接蓄电池，输出端接单片机I/O口；第三MOS管（M3）和保险丝（FUSE）都串接于蓄电池。

5.根据权利要求1所述的船舶蓄电池充放电智能控制器，其特征在于：所述负载输出控制电路包括第三电流采集模块（I3）和第四MOS管（M4），其中第三电流采集模块（I3）输入端接第四MOS管（M4），输出端接单片机I/O口；第三MOS管（M3）串接于负载输入端。

6.根据权利要求1所述的船舶蓄电池充放电智能控制器，其特征在于：所述单片机控制的输出端接光耦的发光器，用于发出信号；第一发光二极管（LED1）以2Hz频率闪动表示充电状态，充满则常亮；第二发光二极管（LED2）灯闪动表示正常放电状态，如正常放电则常亮；第三发光二极管（LED3）灯则表示故障，提示用户采取必要措施；上述发光二极管（LED1、LED2、LED3）一端均通过电阻接5V直流电源，另一端接单片机输出端。

7.根据权利要求2或3或4所述的船舶蓄电池充放电智能控制器，其特征在于：所述电压采集模块包括第一分压电阻（R1）和第二分压电阻（R2）、第一电容（C1）和第二电容（C2），其中第一分压电阻（R1）和第二分压电阻（R2）串联接被测电路构成一个分压电路，并以第一分压电阻（R1）上的电压作为检测结果送到单片机I/O口，所述单片机根据两个分分压阻（R1、R2）的阻值比例计算出被测电压；第一电容（C1）和第二电容（C2）的正极并联接与第一分压电阻（R1）与第二分压电阻（R2）之间，负极并联接地构成一个滤波电路，提高检测精度。

8.根据权利要求2或3或5所述的船舶蓄电池充放电智能控制器，其特征在于：所述电流采集模块和MOS管控制电路包括第一MOS管（M1）、二极管（D）、肖特基二极管（SBD）、第三分压电阻（R3）、第四分压电阻（R4）、光耦受光器，其中，二极管（D）、肖特基二极管（SBD）的正极和光耦受光器的发射极接第一MOS管（M1）的源极；二极管（D）负极接第一MOS管（M1）的漏极；第四分压电阻（R4）和肖特基二极管（SBD）接第一MOS管（M1）的栅极；第三分压电阻（R3）和第四分压电阻（R4）的另一端接光耦受光器的集电极；第三分压电阻（R3）另一端接5V直流电源。