CN208433795U - 一种光伏供电控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于充电器技术领域，具体涉及一种光伏供电控制系统。本实用新型需要解决当前充电控制系统对蓄电池的保护不够充分的问题。为了解决上述技术问题，本实用新型提出这样一种光伏供电控制系统，包括太阳能电池板、双电平浮充充电电路、市电互补切换电路、电量检测模块、逆变模块、蓄电池、市电、显示屏和负载；其中，所述充电控制模块包括双电平浮充充电电路和市电互补切换电路。本实用新型具有延长蓄电池使用寿命的效果。

Description

一种光伏供电控制系统

技术领域

本实用新型属于充电技术领域，具体涉及一种光伏供电控制系统。

背景技术

一般太阳能极板输出电压的不稳定，不能直接应用于负载，需要将太阳能转变为电能后存储到储能设备如蓄电池中，而供电控制系统在这个过程中起着枢纽作用，其性能的好坏将会直接影响实际应用的使用效果。供电控制系统控制太阳能极板对蓄电池的充电，为了延长蓄电池的使用寿命，必须对它的充放电条件加以限制，防止蓄电池过充电及深度充电。在温差较大的地方，合格的供电控制系统还应具备温度补偿功能。

供电控制系统同时负责蓄电池是否对负载供电，当蓄电池的电压在正常范围内时，供电控制系统控制开关接通，蓄电池给负载供电；当蓄电池的电压处于欠压或是过放状态时，供电控制系统控制开关截止，蓄电池停止对负载的供电，在这个过程中供电控制系统起着至关重要的作用，保护负载和蓄电池。目前的充电方法有：恒流充电法、阶段充电法、恒压充电法等。

本实用新型采用UC3906作为密封铅酸蓄电池充电专用芯片，具有实现密封铅酸蓄电池最佳充电所需的全部控制和检测功能。内含有独立的电压控制电路和限流放大器，它可以控制芯片内的驱动器。驱动器提供的输出电流达25mA，可直接驱动外部串联调整管，从而调整充电器的输出电压和电流。电压和电流检测比较器检测蓄电池的充电状态，并控制充电状态逻辑电路的输入信号。

UC3906的一个非常重要的特性是：基准电压随环境温度而变，并且变化规律与铅酸电池电压的温度特性完全—致。该芯片中，还有欠压检测电路。当电源接通后，欠压检测电路还能使逻辑电路输出信号.指示输入电源已经接通。在过充电终止输入端加入控制信号，可以终止过充电状态，在过充电指示输出端加入外接元件，可以监控电他的过充电状态。

目前市场上供电控制系统的主要问题是由于对于蓄电池的保护不够充分，不合适的充电方式导致蓄电池的损坏。

发明内容

根据以上现有技术的不足，本实用新型所要解决的技术问题是提出一种光伏供电控制系统，通过对蓄电池的充放电条件加以限制，解决了当前充电控制系统对蓄电池的保护不够充分的问题，具有延长蓄电池使用寿命的效果。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案为：

一种光伏供电控制系统，包括太阳能电池板、控制器、电量检测模块、逆变模块、蓄电池、市电、显示屏和负载，其中，控制器由双电平浮充充电电路、市电互补切换电路和放电电路组成；太阳能电池板分别与双电平浮充充电电路和市电互补切换电路连接，双电平浮充充电电路通过放电电路与蓄电池连接，蓄电池分别与电量检测模块和逆变模块连接，电量检测模块还与显示屏连接，逆变模块与负载连接，市电互补切换电路通过市电与负载连接。

优选的，所述放电电路通过变压器的次级线圈获取供电电源的输入，所述输出电路包括半波整流电路和电容C41，变压器的次级线圈第一端与半波整流电路的输入端电连接，半波整流电路的输出端与电容C41第一端电连接，电容C41第二端与变压器的次级线圈第二端电连接；所述快速放电电路包括整流管DS81、电阻RS81、电阻RS82、电阻RS83、电容CS81和MOS管QS81，整流管DS81阴极与变压器的次级线圈第一端电连接，电阻RS81第一端与电容C41第一端、电阻RS82第一端电连接，电阻RS81第二端与MOS管QS81漏极电连接，电阻RS82第二端与MOS管QS81栅极、电容CS81第一端、电阻RS83第二端电连接，电阻RS83第一端与整流管DS81阳极电连接，MOS管QS81源极与电容C41第二端、电容CS81第二端电连接。

优选的，所述放电电路还包括稳压管ZS81，稳压管ZS81阴极与电阻RS82第二端、MOS管QS81栅极、电容CS81第一端电连接，稳压管ZS81阳极与电阻RS83第二端电连接。

优选的，所述放电电路还包括整流管DS82，整流管DS82阴极与电容CS81第一端电连接，整流管DS82阳极与电容CS81第二端电连接。

优选的，所述逆变模块以EG8010芯片为核心，包括驱动电路，所述驱动电路采用IR2103芯片驱动逆变器功率管。

优选的，所述电量检测模块采用BQ2013H芯片，用于监测输入或输出可充电电池电荷的数额，来判定电池容量；在电池负极和线路板地之间串接一个检测电阻R11，通过监测该电阻的电压来进行电荷测量。

优选的，所述检测电阻R11采用0.01a/3W。

本实用新型有益效果是：延长了蓄电池的使用寿命。

附图说明

下面对本说明书附图所表达的内容及图中的标记作简要说明：

下面对本说明书附图所表达的内容及图中的标记作简要说明：

图1是本实用新型的具体实施方式的系统整体结构框图。

图2是本实用新型的具体实施方式的双电平浮充充电电路图。

图3是本实用新型的具体实施方式的市电互补切换电路图。

图4是本实用新型的具体实施方式的放电电路图。

图5是本实用新型的具体实施方式的逆变模块电路图。

图6是本实用新型的具体实施方式的功率管驱动电路。

图7是本实用新型的具体实施方式的电量检测模块电路图。

附图中的标记为：1-康铜丝；2-变压器；3-半波整流电路。

具体实施方式

下面通过对实施例的描述，本实用新型的具体实施方式如所涉及的各构件的形状、构造、各部分之间的相互位置及连接关系、各部分的作用及工作原理、制造工艺及操作使用方法等，作进一步详细的说明，以帮助本领域技术人员对本实用新型的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。

一种光伏供电控制系统，如图1所示，包括太阳能电池板、控制器、电量检测模块、逆变模块、蓄电池、市电、显示屏和负载，其中，控制器由双电平浮充充电电路、市电互补切换电路和放电电路组成。太阳能电池板分别与双电平浮充充电电路和市电互补切换电路连接，双电平浮充充电电路通过放电电路与蓄电池连接，蓄电池分别与电量检测模块和逆变模块连接，电量检测模块还与显示屏连接，逆变模块与负载连接，市电互补切换电路通过市电与负载连接。

太阳能电池板经光照后，将光能转换成电能，并将不稳定的电压输出通过双电平浮充充电电路再经放点电路存入到蓄电池中，蓄电池再经过逆变模块将直流电转换成交流电，最后应用于负载。当光照不足时，系统自动切换至市电供电模块。

图2为双电平浮充充电电路图，双电平浮充充电电路采用UC3906芯片作为密封铅酸蓄电池充电专用芯片，太阳能电池的输入电压加入后，利用电阻R5检测出电流的大小，再利用R2-R6检测蓄电池的工作参数，经过内部的电路分析，进而通过Q3对输出电压、电流进行控制。RS取值为0.025，充电电流最大为10A，根据蓄电池的容量大小，可改变RS以改变充电电流。UC3906芯片具有密封铅酸蓄电池充电所需的控制和检测功能，用UC3906芯片制作的双电平浮充充电电路，在各种条件下，均能保证电池充足电，并能保证电他的寿命不受影响。UC3906芯片内含有独立的电压控制回路和限流放大器，它可以控制芯片内的驱动器。该驱动器的输出电流可达25mA，可直接驱动外部串联调整管，从而调整双电平浮充充电电路的输出电压和电流。电压和电流取样比较器用来检测蓄电池的充电状态，并且控制充电状态逻辑电路的输入信号。当电池电压或温度过低时，充电起动比较器控制双电平浮充充电电路进入涓流充电状态。另外，当芯片内的驱动器无输出时，该比较器还能输出25mA涓流充电电流。这样.当电池短路或反接时，双电平浮充充电电路开始只能输出很小的充电电流，可以避免因充电电流过大而损坏电池。UC3906芯片的一个非常重要的特性是：基准电压随环境温度而变，并且变化规律与铅酸电池电压的温度特性完全—致。在很宽的温度范围(0-70℃)内，UC3906都能精确地检测环境温度，保证电池既充足电又不会严重过充电。UC3906的电源电流只有1.7mA，芯片的功耗很小。该芯片中，还有欠压检测电路。当电源接通后，欠压检测电路还能使逻辑电路输出信号.指示输入电源已经接通。在过充电终止输入端加入控制信号，可以终止过充电状态，在过充电指示输出端加入外接元件，可以监控电他的过充电状态。

双电平浮充充电电路的充电过程有三个充电状态:

(1)大电流恒流充电状态双电平浮充充电电路在此状态下开始进行充电，双电平浮充充电电路输出恒定的充电电流Imax，同时，双电平浮充充电电路连续监控电池组两端电压。当电池电压达到转换电压时，电池的电量已恢复到放出容量的70％～90％，双电平浮充充电电路转入过充电状态。

(2)高电压恒压过充电状态：此状态下，双电平浮充充电电路输出电压升高到Voc。由于双电平浮充充电电路输出电压保持恒定不变.所以充电电流连续下降。当充电电流下降到Ioct时，电池的容量己达到额定容量的100％，双电平浮充充电电路输出电压下降到较低的浮充电压Vf。

(3)低电压恒压浮充状态：当充电电流降到过充电终止电流(Ioct)时，UC3906的脚10输出高电平，比较器LM339输出低电平，蓄电池自动转入浮充状态。同时充足电指示发光管发光，指示蓄电池已充足电。

(其中，Imax，Ioct，Voc和Vf都可以单独设定。Imax为大电流恒流充电电流。根据输入电源能够提供的电流和串联调整管能够承受的电流，Imax应当尽可能选大一些。Ioct为过充电终止电流，该电流应当正确选择，以保证电池充足电。Ioct与过充电电压Voc有关，也与电池充电电流的衰减特性有关。浮充电压Vf和过充电电压Voc都是由UC3906内部基准电压和外接电阻的阻值决定的。在指双电平浮充充电电路中，环境温度为25℃时，单体电池Vf的范围为2.3～2.4v，Voc的范围为2.4～2.7v。分压电阻应取较大的阻值，以免影响Vf和Voc的控制精度。

如图3所示的市电互补切换电路图，太阳能电池接在常闭触点，继电器线圈受三级管Q2控制，当太阳能电池受光照时，Q1导通而Q2截止，使得继电器线圈绝大部分时间不耗电。在太阳能电池不受光照射时，Q1截止而Q2导通，交流电经常开触点送出。当有光照时，太阳能电池为蓄电池充电，蓄电池为负载提供电能；当没有光照时，双电平浮充充电电路断开，自动切换致市电为负载供电。

用于输出电路，所述输出电路通过变压器2的次级线圈获取供电电源的输入，输出电路包括半波整流电路3和电容C41，变压器2的次级线圈第一端与半波整流电路3的输入端电连接，半波整流电路3的输出端与电容C41第一端电连接，电容C41第二端与变压器2的次级线圈第二端电连接，快速放电电路包括整流管DS81、电阻RS81、电阻RS82、电阻RS83、电容CS81、MOS管QS81、稳压管ZS81和整流管DS82，整流管DS81阴极与变压器2的次级线圈第一端电连接，电阻RS81第一端与电容C41第一端、电阻RS82第一端电连接，电阻RS81第二端与MOS管QS81漏极电连接，电阻RS82第二端与MOS管QS81栅极、电容CS81第一端、稳压管ZS81阴极、整流管DS82阴极电连接，稳压管ZS81阳极与电阻RS83第二端电连接，电阻RS83第一端与整流管DS81阳极电连接，MOS管QS81源极与电容C41第二端、电容CS81第二端、整流管DS82阳极电连接。

半波整流电路3包括两个并联的二极管D43。电容C41为电解电容，电容C41第一端为正极，电容C41第二端为负极。电阻RS81为300Ω、电阻RS82为2MΩ、电阻RS83为10KΩ。

逆变模块用于实现DC-AC转换，使得输出可以向负载提供交流电。如图5所示，本实用新型的逆变模块包括EG8010芯片。EG8010是一款数字化的、功能很完善的自带死区控制的纯正弦波逆变发生器芯片，应用于DC-DC-AC两级功率变换架构或DC-AC单级工频变压器升压变换架构，外接12MHz晶体振荡器，能实现高精度、失真和谐波都很小的纯正弦波50Hz或60Hz逆变器专用芯片。该芯片采用CMOS工艺，内部集成SPWM正弦发生器、死区时间控制电路、幅度因子乘法器、软启动电路、保护电路、RS232串行通讯接口和12832串行液晶驱动模块等功能。

逆变模块还包括驱动电路，驱动电路采用IR2103芯片驱动逆变器功率管，图6中给出了IR2103中1个桥臂功率管的电路示意图。图中C1用来存储能量来提供给悬浮电源，VD1的作用是防止导通时的母线电压加到IR2103的电源上而损坏器件，因此VD1应选择大型号以承受高反向耐压值，选VD1为快速恢复型二极管可使主电路功率管开关频率满足要求，VD1与C1串联。R1和R2是IGBT的门极驱动电阻，大小一般在十到几十欧姆之间。R3和R4是过电流检测电路电阻，其中过流取样电阻为R3，R4是分压调节电阻。IR2103的HIN和LIN作为IGBT的信号输入驱动与芯片SPWM波生成电路的29、30脚连接。C1容量的大小由开关器件的占空比、充电回路电阻值以及开关频率决定，必须保证电容电压充电到足够的数值，在放电阶段，欠电压保护动作值高于端电压，此时开关频率为5kHz以上，该电容大小应大于0.1μF。

电量检测模块包括BQ2013H芯片和单片机，用于监测输入或输出可充电电池电荷的数额，来判定电池容量。在电池负极和线路板地之间串接一个小值检测电阻R11，通过监测该电阻的电压来进行电荷测量。可用电量的测量是通过监测随时间变化的电压，并且校正由于环境和运行条件影响导致的误差来完成的。如图7所示，12V电源电压通过场效应管BSSl38进行电压调节，为BQ2013H芯片提供5.2V左右的电源电压。检测电阻R11采用0.01a/3W的电阻，采集到的电压信号经过RC滤波后输入到芯片的SR引脚，根据电池类型、容量、检测电阻阻值，要对J3～J8的跳线设置，使得符合当前电池使用的状况。DONE为电池充电完成状态输入端，可以由单片机给出充电完成信号。HDQ通过上拉电阻接单片机的I/0口。RB为寄存器提供掉电保护电压。PACK-和GND接一起为负载或充电器的负极端。ACC为LED显示的激活端，可由单片机来控制LED显示屏显示。

本实用新型可以安装在家庭或者户外设施中，当有光照时，使用太阳能清洁能源，可以为负载供电；当没有光照时，可以切换至市电为负载供电。本实用新型主要采用集成芯片组成主要电路，相对于分立元器件组成的电路来说，它实现了电路的小型化，简化了电路。集成芯片组成的电路由于小，其内部的分布参数也小，相对于大体积分立器件构成的电路，他的频率特性可以做得更好。

上面对本实用新型进行了示例性描述，显然本实用新型具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本实用新型的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本实用新型的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本实用新型的保护范围之内。本实用新型的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种光伏供电控制系统，其特征在于，包括太阳能电池板、控制器、电量检测模块、逆变模块、蓄电池、市电、显示屏和负载，其中，控制器由双电平浮充充电电路、市电互补切换电路和放电电路组成；太阳能电池板分别与双电平浮充充电电路和市电互补切换电路连接，双电平浮充充电电路通过放电电路与蓄电池连接，蓄电池分别与电量检测模块和逆变模块连接，电量检测模块还与显示屏连接，逆变模块与负载连接，市电互补切换电路通过市电与负载连接。

2.根据权利要求1所述的光伏供电控制系统，其特征在于，所述放电电路通过变压器(2)的次级线圈获取供电电源的输入，所述放电电路还包括半波整流电路(3)和电容C41，变压器(2)的次级线圈第一端与半波整流电路(3)的输入端电连接，半波整流电路(3)的输出端与电容C41第一端电连接，电容C41第二端与变压器(2)的次级线圈第二端电连接；所述半波整流电路(3)包括整流管DS81、电阻RS81、电阻RS82、电阻RS83、电容CS81和MOS管QS81，整流管DS81阴极与变压器(2)的次级线圈第一端电连接，电阻RS81第一端与电容C41第一端、电阻RS82第一端电连接，电阻RS81第二端与MOS管QS81漏极电连接，电阻RS82第二端与MOS管QS81栅极、电容CS81第一端、电阻RS83第二端电连接，电阻RS83第一端与整流管DS81阳极电连接，MOS管QS81源极与电容C41第二端、电容CS81第二端电连接。

3.根据权利要求2所述的光伏供电控制系统，其特征在于，所述放电电路还包括稳压管ZS81，稳压管ZS81阴极与电阻RS82第二端、MOS管QS81栅极、电容CS81第一端电连接，稳压管ZS81阳极与电阻RS83第二端电连接。

4.根据权利要求2所述的光伏供电控制系统，其特征在于，所述放电电路还包括整流管DS82，整流管DS82阴极与电容CS81第一端电连接，整流管DS82阳极与电容CS81第二端电连接。

5.根据权利要求1所述的光伏供电控制系统，其特征在于，所述逆变模块以EG8010芯片为核心，包括驱动电路，所述驱动电路采用IR2103芯片驱动逆变器功率管。

6.根据权利要求1所述的光伏供电控制系统，其特征在于，所述电量检测模块采用BQ2013H芯片，用于监测输入或输出可充电电池电荷的数额，来判定电池容量；在电池负极和线路板地之间串接一个检测电阻R11，通过监测该电阻的电压来进行电荷测量。

7.根据权利要求6所述的光伏供电控制系统，其特征在于，所述检测电阻R11采用0.01a/3W。