CN205726590U - 一种智能化充放电功率平衡控制太阳能路灯 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种智能化充放电功率平衡控制太阳能路灯。所述路灯的太阳能电池负极经电流传感器与电子输入开关源极连接，电子输入开关栅极与控制器控制端连接，电子输入开关漏极和电子输出开关源极与蓄电池负极连接，电流传感器输出端与控制器电量检测端连接，电子输出开关栅极与控制器功率调节端连接，电子输出开关漏极与负载负极连接，负载正极和太阳能电池正极与蓄电池正极连接，控制器蓄电池电压检测端与蓄电池并联，控制器太阳能电池电压检测端与太阳能电池并联。本实用新型具有增强蓄电池利用率、实现四季不间断亮灯和亮灯周期自动平移的特点。

Description

一种智能化充放电功率平衡控制太阳能路灯

技术领域

本实用新型属于户外照明技术领域，具体涉及一种能增强蓄电池利用率、延长蓄电池寿命、实现四季不间断亮灯和亮灯周期自动平移的智能化充放电功率平衡控制太阳能路灯。

背景技术

传统的路灯由于采用低压输电网络，线路长、布线及埋设复杂、消耗土地资源，维护及巡线也耗费大量人力与物力，一直是传统路灯难以克服的弊病。

太阳能作为一种新兴的绿色能源，以其永不枯竭、无污染等优点，正得到迅速的推广应用，太阳能路灯以其不用专人管理和控制，一次性投资后无需日后电费开支，无需架设输电线路或挖沟铺设电缆，可以方便安装在广场、校园、公园以及不便于架设输电线路的地方等多方面的优点而越来越受到重视。

现有技术的太阳能路灯只能对蓄电池的充电过程进行管理，而对占总成本比重较大的蓄电池不能进行精确配置及精细化管理，导致出现电池容量配置不足影响使用，而配置过剩则造成资金浪费等问题，即难以保证发光负载的平稳工作，且过放电也是蓄电池损坏或影响其寿命的一个重要因素。

控制器是太阳能能路灯照明系统的核心部件，它的功能的好坏直接影响着太阳能路灯的使用寿命。近年来，随着数字信号处理技术的日益完善、成熟，控制器的性价比不断提高，蓄电池的充放电控制也由模拟控制向数字化控制转变，数字控制的蓄电池充放电系统可以实现各种复杂的充放电控制方法，能够对蓄电池的充放电过程进行监控和显示，提高系统的灵活性，缩小系统的体积，在更加高效充放电的同时延长蓄电池的使用寿命。

目前，太阳能路灯控制器采用常规的路灯控制光控、时控、过充和过放等方法，光控（时控）控制是采用电池板光压照度法，如开灯照度10LUX，关灯照度默认为在开灯照度基础上再加10LUX，开灯照度设定后，也可以在光控基础上选择时控；过充控制，就是在蓄电池处于过充状态时断开充电电路；过放控制电路就是在蓄电池处于过放状态时断开放电电路。但是，以上路灯控制方法在蓄电池的保护上仍然不够充分，充放电控制方式易导致蓄电池损坏，使系统使用寿命降低，而且负载功率恒定不变，不能实现连续阴雨天整晚亮灯。

现有的太阳能路灯还存在效率低下、不能满足路灯在春夏秋冬不同夜长的自适应亮灯时间控制、维护成本较高的缺点，这对太阳能照明路灯提出了提高效率、降低成本的要求。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种能增强蓄电池利用率、延长蓄电池寿命、实现四季不间断亮灯和亮灯周期自动平移的智能化充放电功率平衡控制太阳能路灯。

本实用新型的目的是这样实现的：包括太阳能电池组件、电流传感器、电子输入开关、控制器、蓄电池组、电子输出开关、负载，所述太阳能电池组件之负极通过电流传感器与电子输入开关之源极端电连接，所述电子输入开关之栅极端与控制器之控制端电连接，所述电子输入开关之漏极端与蓄电池组之负极电连接，所述电流传感器之信号输出端与控制器之充电电量检测端电连接，所述电子输出开关之源极端与蓄电池组之负极电连接，所述电子输出开关之栅极端与控制器之功率调节输出端电连接，所述电子输出开关之漏极端与负载之负极电连接，所述负载之正极与蓄电池组之正极电连接，所述蓄电池组之正极与太阳能电池组件之正极电连接，所述控制器之蓄电池电压检测端与蓄电池组并联，所述控制器之太阳能电池板电压检测端与太阳能电池组件并联。

本实用新型与现有技术相比具有以下有益效果：

1）、能够可靠高效地对蓄电池的充、放电进行监视和控制，从而提高蓄电池的利用率和延长使用寿命，有效降低使用成本。

2）、通过控制器检测蓄电池的电量和亮灯周期，建立放电数学模型以控制负载的功率变化，实现太阳能路灯充放电功率平衡，达到正常整夜亮灯以及阴雨天连续整夜亮灯。

3）、相比普通的太阳能路灯控制器设计好后就固定不变，本实用新型自动跟踪季节变化，自动调节各个季节夜晚亮灯时间的长短，实现春夏秋冬夜间不间断亮灯和亮灯周期的自动平移。

因此，本实用新型具有能增强蓄电池利用率、延长蓄电池寿命、实现四季不间断亮灯和亮灯周期自动平移的特点。

附图说明

图1为本实用新型原理示意图之一；

图2为本实用新型原理示意图之二；

图3为本实用新型逻辑控制图；

图4为本实用新型之控制器输出功率调整曲线；

图中：1-太阳能电池组件，2-电流传感器，3-电子输入开关，4-控制器，41-充电电量检测端，42-控制端，43-功率调节输出端，44-卸荷端，5-蓄电池组，6-电子输出开关，7-负载，8-直流卸荷器，V1-太阳能电池电压检测端，V2-蓄电池电压检测端。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的说明，但不以任何方式对本实用新型加以限制，基于本实用新型教导所作的任何变更或改进，均属于本实用新型的保护范围。

如图1至4所示，本实用新型的智能化充放电功率平衡控制太阳能路灯包括太阳能电池组件1、电流传感器2、电子输入开关3、控制器4、蓄电池组5、电子输出开关6、负载7，所述太阳能电池组件1之负极通过电流传感器2与电子输入开关3之源极端电连接，所述电子输入开关3之栅极端与控制器4之控制端电连接，所述电子输入开关3之漏极端与蓄电池组5之负极电连接，所述电流传感器2之信号输出端与控制器4之充电电量检测端电连接，所述电子输出开关6之源极端与蓄电池组5之负极电连接，所述电子输出开关6之栅极端与控制器4之功率调节输出端电连接，所述电子输出开关6之漏极端与负载7之负极电连接，所述负载7之正极与蓄电池组5之正极电连接，所述蓄电池组5之正极与太阳能电池组件1之正极电连接，所述控制器4之蓄电池电压检测端V2与蓄电池组5并联，所述控制器4之太阳能电池板电压检测端V1与太阳能电池组件1并联。

所述控制器4根据检测的夜长时间周期和亮灯时蓄电池组5的电量调节脉冲占空比并通过功率调节输出端控制电子输出开关6以调节负载7的功率。

所述控制器4根据太阳能电池电压检测端V1之电压和充电电量检测端之电流每1～30s计算一次功率以累计得到蓄电池组5的电量；所述控制器4根据同一晚太阳能电池电压检测端V1之电压和持续时间与预设亮灯值、天亮值比较，当符合预设亮灯值时记录作为时间记忆起点，当符合预设天亮值时记录作为时间记忆终点，从而得到夜长时间周期。

如图2所示，本实用新型之太阳能路灯还包括直流卸荷器8，所述直流卸荷器8与太阳能电池组件1并联，所述直流卸荷器8之控制端与控制器3之卸荷端电连接。

本实用新型之太阳能路灯还包括与蓄电池组5并联的LED 电压指示装置，所述LED电压指示装置以点亮的LED数量指示蓄电池组5的电压高低。

本实用新型之太阳能路灯还包括与控制器4分别电连接的通讯单元、存储单元，所述存储单元用于存储控制器4的运行数据，所述通讯单元用于向上位机上传存储单元存储的运行数据以及接收下发的操作指令。

所述太阳能电池组件1之太阳能电池板上部设置单晶硅电池、多晶硅电池或非晶硅薄膜电池。

所述通讯单元为GPRS、3G、4G、5G、WiFi、WiMax或zigbee通讯单元。

本实用新型工作原理和工作过程：

本实用新型通过控制器控制整个太阳能路灯的正常运行，控制器通过对太阳能电池板电压、蓄电池电压和蓄电池充电量等参数的检测，即能避免过冲对以免过充影响蓄电池的寿命，又能有效的对蓄电池的防电进行精准的管理。本实用新型的控制器根据充电电量和亮灯周期建立放电数学模型，以控制路灯输出功率，根据白天日照强，夜晚满功率输出，白天日照稍弱，夜晚输出功率就相应下降，真正达到白天充多少电，夜晚放出多少电，既实现太阳能路灯充放电功率平衡，避免蓄电池深循环，延长蓄电池使用寿命，达到对夜间的亮度进行控制，使太阳能路灯实现在阴雨天亮灯。采用自适应春夏秋冬充放电控制方技术，以天黑亮灯到天亮为标记，记录上一天的夜长时间为一个周期T作为下一天的负载亮灯时间标准，从而调节各季节夜晚亮灯周期的长短，实现春夏秋冬夜间不间断亮灯和亮灯周期的自动平移，更加人性化的为人们的生活提供了很多便利。综上所述，本实用新型能有效改善蓄电池的使用条件，最大限度的增强蓄电池的利用率，延长了蓄电池使用寿命，并能实现阴雨天亮灯，春夏秋冬夜间不间断亮灯和亮灯周期的自动平移，实现太阳能路灯的“长明灯”化。

如图1至4，本实用新型开机后，控制器4通过读取太阳能电池电压检测端V1之电压及持续时间并与其存储器存储的预设充电值比较，当电压及持续时间达到预设充电值时，控制器4通过控制端控制电子输入开关3打开且通过功率调节输出端控制电子输出开关6关闭，此时太阳能电池组件1对蓄电池组5充电；控制器4通过读取蓄电池电压检测端V2之电压并与其存储器存储的预设满荷电压值比较，当电压达到预设满荷电压值时，控制器4通过控制端控制电子输入开关3关闭停止蓄电池组5充电。

控制器4通过读取太阳能电池电压检测端V1之电压及持续时间并与预设亮灯值比较，当电压及持续时间达到预设亮灯值时，控制器4通过控制端控制电子输入开关3关闭且通过功率调节输出端控制电子输出开关6打开，蓄电池组5整夜满功率点亮负载7，同时，控制器4记录作为时间记忆起点；同时控制器4根据太阳能电池电压检测端V1之电压及持续时间每1～30s计算一次功率以累计得到蓄电池组5的电量，亮灯过程中当蓄电池组5的电量低于满电量的10%时，控制器4通过功率调节输出端控制电子输出开关6关闭以熄灭负载7；控制器4继续以每120s读取太阳能电池电压检测端V1之电压及持续时间并与预设天亮值比较，当电压及持续时间达到预设天亮值时，控制器4记录作为时间记忆终点得到第一天夜长时间周期T₁。

将T₁作为第二天负载7的亮灯时间，第二天控制器4通过读取太阳能电池电压检测端V1之电压及持续时间并与预设亮灯值比较，当电压及持续时间达到预设亮灯值时，控制器4通过控制端控制电子输入开关3关闭，且控制器4根据太阳能电池电压检测端V1之电压及持续时间每1～30s计算一次功率以累计得到蓄电池组5的电量，控制器4根据记录的前一晚夜长时间周期T₁和蓄电池组5的电量建立放电数学模型，通过调节脉冲占空比经功率调节输出端控制电子输出开关6随亮灯时间周期T₁中点区域连续减少至20～80%满功率的U形曲线调整负载7的驱动功率；当亮灯时间达到T₁时，控制器4通过功率调节输出端控制电子输出开关6关闭以熄灭负载7，控制器4继续以每10～120s读取太阳能电池电压检测端V1之电压及持续时间并与预设天亮值比较，当电压及持续时间达到预设天亮值时，控制器4记录作为时间记忆终点得到当天的夜长时间周期T₂作为第三天的亮灯时间。路灯连续亮灯第4天及其后的亮灯时间按以上以此类推执行。

当太阳能路灯在夜晚连续不亮1～10d，则第一晚的亮灯时间按熄灭前最后一晚记录的夜长时间周期执行，超过则太阳能路灯的亮灯控制重复上述步骤。

Claims (6)

1.一种智能化充放电功率平衡控制太阳能路灯，其特征在于包括太阳能电池组件（1）、电流传感器（2）、电子输入开关（3）、控制器（4）、蓄电池组（5）、电子输出开关（6）、负载（7），所述太阳能电池组件（1）之负极通过电流传感器（2）与电子输入开关（3）之源极端电连接，所述电子输入开关（3）之栅极端与控制器（4）之控制端电连接，所述电子输入开关（3）之漏极端与蓄电池组（5）之负极电连接，所述电流传感器（2）之信号输出端与控制器（4）之充电电量检测端电连接，所述电子输出开关（6）之源极端与蓄电池组（5）之负极电连接，所述电子输出开关（6）之栅极端与控制器（4）之功率调节输出端电连接，所述电子输出开关（6）之漏极端与负载（7）之负极电连接，所述负载（7）之正极与蓄电池组（5）之正极电连接，所述蓄电池组（5）之正极与太阳能电池组件（1）之正极电连接，所述控制器（4）之蓄电池电压检测端（V2）与蓄电池组（5）并联，所述控制器（4）之太阳能电池板电压检测端（V1）与太阳能电池组件（1）并联。

2.根据权利要求1所述的太阳能路灯，其特征在于所述控制器（4）根据检测的夜长时间周期和亮灯时蓄电池组（5）的电量调节脉冲占空比并通过功率调节输出端控制电子输出开关（6）以调节负载（7）的功率。

3.根据权利要求2所述的太阳能路灯，其特征在于所述控制器（4）根据太阳能电池电压检测端（V1）之电压和充电电量检测端之电流每1～30s计算一次功率以累计得到蓄电池组（5）的电量；所述控制器（4）根据同一晚太阳能电池电压检测端（V1）之电压和持续时间与预设亮灯值、天亮值比较，当符合预设亮灯值时记录作为时间记忆起点，当符合预设天亮值时记录作为时间记忆终点，从而得到夜长时间周期。

4.根据权利要求1、2或3所述的太阳能路灯，其特征在于还包括直流卸荷器（8），所述直流卸荷器（8）与太阳能电池组件（1）并联，所述直流卸荷器（8）之控制端与控制器（4）之卸荷端电连接。

5.根据权利要求1、2或3所述的太阳能路灯，其特征在于还包括与蓄电池组（5）并联的LED 电压指示装置，所述LED电压指示装置以点亮的LED数量指示蓄电池组（5）的电压高低。

6.根据权利要求1、2或3所述的太阳能路灯，其特征在于还包括与控制器（4）分别电连接的通讯单元、存储单元，所述存储单元用于存储控制器（4）的运行数据，所述通讯单元用于向上位机上传存储单元存储的运行数据以及接收下发的操作指令。