CN205657485U - 一种光伏电池充放电管理系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种光伏电池充放电管理系统，包括MPPT控制器、第一开关模块、充电模块、第一电流检测模块、电压检测模块、温度检测模块、过充保护模块、第二电流检测模块、微控制器、第二开关模块和通讯模块；微控制器为本光伏电池充放电管理系统的核心，控制MPPT控制器、第一开关模块、充电模块、第二开关模块和通讯模块，从而实现电池充放电进行控制管理。本实用新型通过实时检测电池的电压、电流、温度，从而防止电池的过充、过放、过温及过流等现象，将电池使用的安全隐患降到最低。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种太阳能用电池系统的管理系统领域，具体涉及一种光伏电池充放电管理系统。
背景技术
随着社会经济的发展，太阳能的开发利用成为一个非常重要的问题，其也显示出巨大的优越性。目前太阳能屋顶正逐渐推广，用于家庭的日常供电。太阳能供电系统通常采用电池作为储能体，但现有技术电池寿命不高，严重制约太阳能供电系统的推广。比如电池出现电压过充、电压过放、充放电电流过大甚至是短路等现象，都会影响电池的性能，导致电池使用寿命缩短或者损害，严重时甚至会发生着火、爆炸等危险事件。为使电池能够最大程度地发挥其优越性能、保证其使用的安全性以及延长使用寿命，通常在太阳能供电系统中增加电池管理系统。但现有技术电池管理系统对电池使用时的安全性能检测处理不够完善，应实时检测电池组的电压、电流、温度，防止电池的过充、过放、过温及过流等现象，将电池使用的安全隐患降到最低。
故，针对现有技术的缺陷，实有必要提供一种技术方案以解决现有技术存在的缺陷。
发明内容
为了克服上述现有技术存在的缺陷，本实用新型提供一种光伏电池充放电管理系统，实时监控电池的状态参数，能够根据状态参数调整充电状态，并将充电信息反馈给中央控制器，从而能够提高整个太阳能系统的能效，也提高了电池的性能和安全。
为解决上述技术问题，本实用新型的技术方案为：
一种光伏电池充放电管理系统，包括MPPT控制器、第一开关模块、充电模块、第一电流检测模块、电压检测模块、温度检测模块、过充保护模块、第二电流检测模块、微控制器、第二开关模块和通讯模块；其中，
所述MPPT控制器用于实时监测太阳能板的发电电压并追踪所述太阳能板发电电压和发电电流以最大功率输出；
所述第一开关模块受控于所述微控制器，用于控制充电过程的开启或断开，其输入端与所述MPPT控制器的输出连接，其输出端与所述充电模块连接；
所述充电模块受控于所述微控制器，用于控制电池的充电状态；
所述第二开关模块受控于所述微控制器，用于控制放电过程的开启或断开，其输入端与电池连接，其输出端与逆变器连接；
所述第一电流检测模块用于检测电池充电电流并将充电电流信息发送给所述微控制器；
所述电压检测模块用于检测充放电时电池电压并将电池电压信息发送给所述微控制器；
所述温度检测模块用于检测电池温度并将电池温度信息发送给所述微控制器；
所述过充保护模块与电池相连接，用于对电池进行过充保护；
所述第二电流检测模块用于检测电池放电电流并将放电电流信息发送给所述微控制器；
所述通讯模块与所述微控制器相连接，用于与外部中央控制器进行数据通讯；
所述微控制器为本光伏电池充放电管理系统的核心，它与MPPT控制器、第一开关模块、充电模块、第一电流检测模块、电压检测模块、温度检测模块、过充保护模块、第二电流检测模块、第二开关模块和通讯模块相连接；所述微控制器接收第一电流检测模块、电压检测模块、温度检测模块、过充保护模块、第二电流检测模块、第二开关模块发送的数据信息，并对这些数据信息进行分析处理，同时根据处理结果控制MPPT控制器、第一开关模块、充电模块、第二开关模块和通讯模块，从而实现电池充放电进行控制管理。
优选地，当电池电压高于预设电压值时，所述过充保护模块自动将多余的能量消耗掉。
优选地，所述过充保护模块进一步包括三端可调稳压器U1、第一三极管Q1、第一二极管D1、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5和第六电阻R6，其中，
三端可调稳压器U1的1脚与第二电阻R2的一端和第三电阻R3的一端连接；第二电阻R2的另一端与第一电阻R1的一端连接；第一电阻R1的另一端与第四电阻R4的一端以及第一三极管Q1的集电极连接并共同与电池的正极相连接；
三端可调稳压器U1的2脚与第四电阻R4的另一端和第五电阻R5的一端连接；第五电阻R5的另一端与第一三极管Q1的基极连接；
三端可调稳压器U1的3脚与第三电阻R3的另一端、第一二极管D1的阴极连接并共同与电池的负极相连接；第一二极管D1的阳极与第六电阻R6的一端连接；第六电阻R6的另一端与第一三极管Q1的发射极连接，所述第六电阻R6为功率电阻。
优选地，所述微控制器选用AVR单片机Atmega16L芯片。
优选地，温度检测模块采用NTC热敏电阻，所述NTC热敏电阻贴在电池表面。
优选地，所述第一开关模块和第二开关模块采用MOS管或者继电器。
优选地，所述通讯模块为串口数据传输模块。
与现有技术相比，本实用新型通过实时检测电池的电压、电流、温度，防止电池的过充、过放、过温及过流等现象，将电池使用的安全隐患降到最低。
附图说明
图1是本实用新型实施例光伏电池充放电管理系统的原理框图。
图2是本实用新型实施例的光伏电池充放电管理系统中过充保护模块的电路原理图。
图3是本实用新型实施例光伏电池充放电管理系统中温度检测模块的电路原理图。
具体实施方式
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
相反，本实用新型涵盖任何由权利要求定义的在本实用新型的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。进一步，为了使公众对本实用新型有更好的了解，在下文对本实用新型的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本实用新型。
参见图1，所示为本实用新型实施例的光伏电池充放电管理系统的原理框图，包括MPPT控制器、第一开关模块、充电模块、第一电流检测模块、电压检测模块、温度检测模块、过充保护模块、第二电流检测模块、微控制器、第二开关模块和通讯模块；其中，MPPT控制器用于实时监测太阳能板的发电电压并追踪太阳能板发电电压和发电电流以最大功率输出；第一开关模块受控于微控制器，用于控制充电过程的开启或断开，其输入端与MPPT控制器的输出连接，其输出端与充电模块连接；充电模块受控于微控制器，用于控制电池的充电状态；第二开关模块受控于微控制器，用于控制放电过程的开启或断开，其输入端与电池连接，其输出端与逆变器连接；第一电流检测模块用于检测电池充电电流并将充电电流信息发送给微控制器；电压检测模块用于检测充放电时电池电压并将电池电压信息发送给微控制器；温度检测模块用于检测电池温度并将电池温度信息发送给微控制器；过充保护模块与电池相连接，用于对电池进行过充保护；第二电流检测模块用于检测电池放电电流并将放电电流信息发送给微控制器；通讯模块与微控制器相连接，用于与外部中央控制器进行数据通讯；微控制器为本光伏电池充放电管理系统的核心，它与MPPT控制器、第一开关模块、充电模块、第一电流检测模块、电压检测模块、温度检测模块、过充保护模块、第二电流检测模块、第二开关模块和通讯模块相连接；微控制器接收第一电流检测模块、电压检测模块、温度检测模块、过充保护模块、第二电流检测模块、第二开关模块发送的数据信息，并对这些数据信息进行分析处理，同时根据处理结果控制MPPT控制器、第一开关模块、充电模块、第二开关模块和通讯模块，从而实现电池充放电进行控制管理。
在光伏电池充放电管理系统中，主要检测电池的电压值、充电电流值、放电电流值和电池的温度值，微控制器根据这些信号对电池充放电开关以及充电模式进行控制管理。
在电池的充放电过程中，电池放电是一个非线性的动态过程，受到温度、充放电次数及电池老化等诸多因素的影响，只有精确估计出电池剩余容量(SOC)的情况下，才能实现对电池的充放电控制管理。
光伏系统中，电池充电过程不当极易发生爆炸等，不仅损坏电池，严重时还会造成安全事故，所以对电池要进行严格的充电控制，主要是控制充电电压和限定充电电流。
充电模块具有至少三种充电模式，分别为预充电模式、恒流充电模式和恒压充电模式；微控制器发送控制信号选择充电模块的充电模式。根据电池的参数选择相应模式对电池组进行充电；
预充电模式是以小电流先充到一定的电压，再进行快速充电。因锂离子电池具有较高的能量比，如果直接进行快速充电，会对电池产生损坏，所以设计了预充电过程，实际中采用的优选方案，在充电开始阶段，若电池电压小于标称电压的30％时，微控制器向充电模块控制命令，充电模块进入预充电模式。
恒流充电模式中提供大的恒定电流对电池进行充电，从而使得充电速度加快，电池电压快速上升，实际中采用的优选方案，在充电过程中，当SOC大于30％但未达到80％时，微控制器向充电模块控制命令，充电模块保持在恒流充电模式。
恒压充电模式中电流比较小，充电速度慢，当充电电流下降到规定值时，停止充电，实际中采用的优选方案，当SOC大于80％时，微控制器向充电模块控制命令，充电模块进入恒压充电模式，当电流下降到10mA以下，微控制器向充电模块控制命令，充电模块停止充电。
参如图2，所示为本实用新型实施例过压保护模块的电路原理图，进一步包括三端可调稳压器U1、第一三极管Q1、第一二极管D1、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5和第六电阻R6，其中，三端可调稳压器U1的1脚与第二电阻R2的一端和第三电阻R3的一端连接；第二电阻R2的另一端与第一电阻R1的一端连接；第一电阻R1的另一端与第四电阻R4的一端以及第一三极管Q1的集电极连接并共同与电池的正极相连接；三端可调稳压器U1的2脚与第四电阻R4的另一端和第五电阻R5的一端连接；第五电阻R5的另一端与第一三极管Q1的基极连接；三端可调稳压器U1的3脚与第三电阻R3的另一端、第一二极管D1的阴极连接并共同与电池的负极相连接；第一二极管D1的阳极与第六电阻R6的一端连接；第六电阻R6的另一端与第一三极管Q1的发射极连接。图中U1为并联型三端稳压管TL431，第一三极管是功率三极管S8550，第三电阻R3是功率电阻，第六电阻R6为功率电阻，主要用来消耗电能。当电池电压高于预设电压值时，过充保护模块能够自动将多余的能量消耗掉。一旦电池过充时，TL431便开通，S8550的发射PN结由于承受正压而打开，随即功耗电阻便开始消耗电池电能，直至把电池电压拖到均衡点，通过发光二极管的亮灭判断电池的均衡状态。通过调节第一电阻R1、第二电阻R2和第三电阻R3的阻值来设置过充保护点。
在一种优选实施方式中，微控制器选用AVR单片机Atmega16L芯片。ATmega16L是基于增强的AVRR ISC结构的8位低功耗CMOS微控制器，具有低功耗、低成本的特点。
在一种优选实施方式中，温度检测模块采用NTC热敏电阻，NTC热敏电阻贴在电池表面。参见图3，所示为本实用新型实施例温度检测模块的电路原理图，图中NTC是阻值10K、精度为1％的热敏电阻，电池电压VCC是通过稳压电路部分得到，再经RC滤波电路，所以通过测量Q点的电压变化即可得到热敏电阻的阻值，再通过热敏电阻的阻值测量出电池温度。
在一种优选实施方式中，第一开关模块和第二开关模块采用MOS管或者继电器。
在一种优选实施方式中，通讯模块为串口数据传输模块。将电池电压、总电压、充放电电流、电池表面温度、充放电模块等信息通过串口发送给中央控制器，同时通讯模块接收中央控制器的控制命令，控制充放电过程。
在一种优选实施方式中，电压检测模块采用电阻分压实现，通过微控制器的内部ADC获取电压值。既保证测量精度，又降低了成本。
在一种优选实施方式中，第一电流检测模块和第二电流检测模块为串接在充放电回路中的一精密电阻，为减小功耗，采样电阻阻值要尽量小，这里选取的是精度为0.1％的10毫欧的精密电阻。从而可以通过测量精密电阻的压降来测量电流。
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、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种光伏电池充放电管理系统，其特征在于，包括MPPT控制器、第一开关模块、充电模块、第一电流检测模块、电压检测模块、温度检测模块、过充保护模块、第二电流检测模块、微控制器、第二开关模块和通讯模块；其中，
所述MPPT控制器用于实时监测太阳能板的发电电压并追踪所述太阳能板发电电压和发电电流以最大功率输出；
所述第一开关模块受控于所述微控制器，用于控制充电过程的开启或断开，其输入端与所述MPPT控制器的输出连接，其输出端与所述充电模块连接；
所述充电模块受控于所述微控制器，用于控制电池的充电状态；
所述第二开关模块受控于所述微控制器，用于控制放电过程的开启或断开，其输入端与电池连接，其输出端与逆变器连接；
所述第一电流检测模块用于检测电池充电电流并将充电电流信息发送给所述微控制器；
所述电压检测模块用于检测充放电时电池电压并将电池电压信息发送给所述微控制器；
所述温度检测模块用于检测电池温度并将电池温度信息发送给所述微控制器；
所述过充保护模块与电池相连接，用于对电池进行过充保护；
所述第二电流检测模块用于检测电池放电电流并将放电电流信息发送给所述微控制器；
所述通讯模块与所述微控制器相连接，用于与外部中央控制器进行数据通讯；
所述微控制器为本光伏电池充放电管理系统的核心，它与MPPT控制器、第一开关模块、充电模块、第一电流检测模块、电压检测模块、温度检测模块、过充保护模块、第二电流检测模块、第二开关模块和通讯模块相连接；所述微控制器接收第一电流检测模块、电压检测模块、温度检测模块、过充保护模块、第二电流检测模块、第二开关模块发送的数据信息，并对这些数据信息进行分析处理，同时根据处理结果控制MPPT控制器、第一开关模块、充电模块、第二开关模块和通讯模块，从而实现电池充放电进行控制管理。
2.根据权利要求1所述的光伏电池充放电管理系统，其特征在于，当电池电压高于预设电压值时，所述过充保护模块自动将多余的能量消耗掉。
3.根据权利要求2所述的光伏电池充放电管理系统，其特征在于，所述过充保护模块进一步包括三端可调稳压器U1、第一三极管Q1、第一二极管D1、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5和第六电阻R6，其中，
三端可调稳压器U1的1脚与第二电阻R2的一端和第三电阻R3的一端连接；第二电阻R2的另一端与第一电阻R1的一端连接；第一电阻R1的另一端与第四电阻R4的一端以及第一三极管Q1的集电极连接并共同与电池的正极相连接；
三端可调稳压器U1的2脚与第四电阻R4的另一端和第五电阻R5的一端连接；第五电阻R5的另一端与第一三极管Q1的基极连接；
三端可调稳压器U1的3脚与第三电阻R3的另一端、第一二极管D1的阴极连接并共同与电池的负极相连接；第一二极管D1的阳极与第六电阻R6的一端连接；第六电阻R6的另一端与第一三极管Q1的发射极连接，所述第六电阻R6为功率电阻。
4.根据权利要求1所述的光伏电池充放电管理系统，其特征在于，所述微控制器选用AVR单片机Atmega16L芯片。
5.根据权利要求1所述的光伏电池充放电管理系统，其特征在于，温度检测模块采用NTC热敏电阻，所述NTC热敏电阻贴在电池表面。
6.根据权利要求1所述的光伏电池充放电管理系统，其特征在于，所述第一开关模块和第二开关模块采用MOS管或者继电器。
7.根据权利要求1所述的光伏电池充放电管理系统，其特征在于，所述通讯模块为串口数据传输模块。
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