CN219535694U - 多路太阳能充电管理系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开多路太阳能充电管理系统，涉及太阳能充电领域，包括若干太阳能板、MPPT控制电路、充电管理设备、以及若干蓄电池，充电管理设备连接上位机；MPPT控制电路包括检测控制芯片、输入电压采样电路、输出电压采样电路、输出电流采样电路、以及开关控制电路，且输入电压采样电路、输出电压采样电路和输出电流采样电路的输出端共同连接到检测控制芯片的反馈引脚；检测控制芯片和开关控制电路分别接入太阳能板的输入电路，开关控制电路的输出端连接输出电压采样电路的输入端；太阳能板的输入电路连接输入电压采样电路的输入端。该系统集成多路太阳能电池板，且能够单独进行功率调控，整体上减轻了系统负担。

Description

多路太阳能充电管理系统

技术领域

本申请涉及太阳能充电领域，特别涉及一种多路太阳能充电管理系统。

背景技术

太阳能是一种清洁、高效、低碳环保且永不枯竭的绿色能源，与风能、核能、潮汐能等新能源相比，太阳能是最理想的最丰富的可再生能源。

由于太阳能电池收到光强以及环境等外界因素的影响，其输出功率是变化的，随光强大小变化发电或多或少，带MPPT(Maximum Power Point Tracking)最大功率跟踪的逆变器就是为了充分的利用太阳能电池，使之运行在最大功率点。也就是说在太阳辐射不变的情况下，有MPPT后的输出功率会比有MPPT前的要高，这就是MPPT的作用所在。

相关技术中用MPPT微控制器检测太阳能板的输出电压及模块输出电压电流，通过程序计算出太阳能阵列的输出功率。这种控制的集成度和充电效率不高，单组太阳能电池板对应一组电池，整个系统的工作负荷较大，且软硬件开发和投入成本及难度都较高。

实用新型内容

本申请实施例提供了一种多路太阳能充电管理系统，解决传统MPPT方案无法管理多组充电和系统负荷较大的问题。具体的，所述系统包括至少两组太阳能板和对应连接的MPPT控制电路、将所述MPPT控制电路输出功率汇总和进行充电控制的充电管理设备、以及若干蓄电池，所述充电管理设备连接上位机，用于工作显示和系统控制；

所述MPPT控制电路包括检测控制芯片、输入电压采样电路、输出电压采样电路、输出电流采样电路、以及开关控制电路，且所述输入电压采样电路、所述输出电压采样电路和所述输出电流采样电路的输出端共同连接到所述检测控制芯片的反馈引脚FB端，分别用于检测输入电压、输出电压和输出电流；

所述检测控制芯片和所述开关控制电路分别接入太阳能板的输入电路，所述开关控制电路的输出端连接所述输出电压采样电路的输入端；太阳能板的输入电路连接所述输入电压采样电路的输入端，用于电压电流采集和反馈。

具体的，所述开关控制电路包括两组场效应管Q1和Q2、两组整流二极管D1和D2、以及连接Q1和Q2输入的RC振荡电路；Q1和Q2的输出端和太阳能板的输入电路连接整流二极管的输入端；

所述检测控制芯片包括DRV输出端和VCS输出端，DRV输出端连接所述开关控制电路中两组场效应管Q1和Q2的栅极，VCS输出端通过RC振荡电路连接Q1和Q2的输入端，用于驱动占空比信号。

具体的，所述输入电压采样电路和输出电流采样电路中分别包含运算放大电路和二极管，共同组成MPPT模块的双运放，经过二极管后将采集的电压信号和电流信号分别反馈到FB引脚；其中，MPPT模块的MPPT电压设定为电池板额定电压的80％。

具体的，所述输出电流采样电路基于信号地SGND和电源地GND之间的电流采样电阻进行电流采样，并经过运算放大电路处理后反馈到FB引脚。

具体的，所述输出电压采样电路的引出端位于整流二极管的输出，包含串联电阻和接地的可变电阻，且在可变电阻设置引出端连接到FB引脚。

具体的，所述充电管理设备至少包括显示单元、控制单元、采集单元和通信单元；采集单元用于采集输入输出的电压电流数据，控制单元用于控制对蓄电池的输出功率，通信单元用于和上位机进行数据交互。

本申请提供的技术方案带来的有益效果至少包括：本申请提供的多路太阳能充电管理系统，可以集成多路太阳能电池板，且每组电池板配备对应的MPPT控制电路，可以对输入电压、输出电压和电流进行监测，根据电能信息调整输出到充电管理设备的功率。而充电管理设备可以汇总多路电池板的电能和功率，统一采样监测和对若干蓄电池组进行充电。此外，上位机通信便于工作显示和系统控制，整体上集成了多路充电控制，可管理多路太阳能充电，减轻系统负担。

附图说明

图1是传统的MPPT方案的连接示意图；

图2是本申请提供的多路太阳能充电管理系统的连接示意图；

图3是MPPT控制电路的简化电路图；

图4是MPPT控制电路的连接电路图；

图5是充电管理设备的结构示意图；

图6是采集单元的典型电路图；

图7是图4中电压电流采样电路的局部放大图。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请实施方式作进一步地详细描述。

在本文中提及的“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

图1是传统的MPPT方案的连接示意图，其受限于程序控制，成本较高，且每组太阳能电池板的信号采集处理和调制都依靠一组MCU和蓄电池组，灵活性和集成度较低。而图2是本申请提供的多路太阳能充电管理系统的连接示意图，包括至少两组太阳能板和对应连接的MPPT控制电路(模块)、将各个MPPT控制电路输出功率汇总和进行充电控制的充电管理设备、以及若干蓄电池(组)，且充电管理设备连接上位机，可以用于工作显示和系统控制。

图3是MPPT控制电路的简化电路图，包括检测控制芯片、输入电压采样电路、输出电压采样电路、输出电流采样电路、以及开关控制电路，且输入电压采样电路、输出电压采样电路和输出电流采样电路的输出端共同连接到检测控制芯片的反馈引脚FB端，分别用于检测输入电压、输出电压和输出电流。

如图4所示，检测控制芯片和开关控制电路分别接入太阳能板的输入电路，开关控制电路的输出端连接输出电压采样电路的输入端。太阳能板的输入电路(P1输入连接电池板)连接输入电压采样电路的输入端，用于电压电流采集和反馈。

开关控制电路包括两组场效应管Q1和Q2、两组整流二极管D1和D2、以及连接Q1和Q2输入的RC振荡电路(R1、R2、C2组成)。Q1和Q2的输出端和太阳能板的输入电路连接整流二极管的输入端。检测控制芯片的DRV输出端引脚连接开关控制电路中两组场效应管Q1和Q2的栅极，VCS输出端通过RC振荡电路连接Q1和Q2的输入端，用于驱动占空比信号。输入电压采样电路和输出电流采样电路中分别包含运算放大电路和级联的二极管。输入电压采样电路对应电压运放U3A和二极管D4，输出电流采样电路对应电流运放U3B和二极管D3，共同组成MPPT模块的双运放结构，经过二极管后将采集的电压信号和电流信号分别反馈到FB引脚。MPPT模块的MPPT电压设定为电池板额定电压的80％，电池板额定电压根据实际电池板规格决定，不同MPPT模块之间不作限定。

输出电流采样电路基于信号地SGND和电源地GND之间的电流采样电阻R9进行电流采样，并经过电流运算放大电路U3B处理后反馈到FB引脚。

输出电压采样电路的引出端位于整流二极管(D1和D2)的输出，且在P3蓄电池充电接口之前，具体包含串联电阻R3和接地的可变电阻(R7、R4、R8组合的滑动变阻)，且在可变电阻设置引出端连接到FB引脚。MPPT反馈电压和反馈电流共同决定输出功率。

如图5所示，所有MPPT控制电路(模块)共同连接到充电管理设备上，其至少包括显示单元、控制单元、采集单元和通信单元。采集单元用于采集输入输出的电压电流数据，控制单元用于控制对蓄电池的输出功率，通信单元用于和上位机进行数据交互。

该系统的工作流程如下：

太阳能板电能充足的前提下，MPPT模块开始工作，MPPT电压是电池板额定电压的80％，当输入电压低于设定电压时，反馈环路将限制输出功率的增加，用于让电池板工作于最大功率状态。输出电压反馈用于设定充电截止电压，该参数取决于电池自身特性，由厂家提供。输出电流反馈用于限制充电功率，当输出电流超过限定值时，限制输出电流的增加，防止电源输出过载。多路充电模块汇总于充电管理设备。

管理设备汇总多路充电模块的输出电能，并给电池充电。同时，采集单元采集相关电能数据(输入输出电压电流信息)。如图6所列出。采集单元包括多路复用器以及缓冲器，数据转换使用控制器内部的模数转换器实现。缓冲器用于处理各模块输送过来的信号，主要由运放芯片组成，多路复用器用于切换采集通道，检测各个电池板的输入功率，其主要由模拟开关芯片组成。

综上所述，本申请提供的多路太阳能充电管理系统，可以集成多路太阳能电池板，且每组电池板配备对应的MPPT控制电路，可以对输入电压、输出电压和电流进行监测，根据电能信息调整任意单独电池板输出到充电管理设备的功率。而充电管理设备可以汇总多路电池板的电能和功率，统一采样监测和对若干蓄电池组进行充电。此外，上位机通信便于工作显示和系统控制，整体上集成了多路充电控制，可管理多路太阳能充电，减轻系统负担。

以上对本实用新型的较佳实施例进行了描述；需要理解的是，本实用新型并不局限于上述特定实施方式，其中未尽详细描述的设备和结构应该理解为用本领域中的普通方式予以实施；任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本实用新型技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例，这并不影响本实用新型的实质内容；因此，凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本实用新型技术方案保护的范围内。

Claims (6)

1.一种多路太阳能充电管理系统，其特征在于，包括至少两组太阳能板和对应连接的MPPT控制电路、将所述MPPT控制电路输出功率汇总和进行充电控制的充电管理设备、以及若干蓄电池，所述充电管理设备连接上位机，用于工作显示和系统控制；

所述MPPT控制电路包括检测控制芯片、输入电压采样电路、输出电压采样电路、输出电流采样电路、以及开关控制电路，且所述输入电压采样电路、所述输出电压采样电路和所述输出电流采样电路的输出端共同连接到所述检测控制芯片的反馈引脚FB端，分别用于检测输入电压、输出电压和输出电流；

所述检测控制芯片和所述开关控制电路分别接入太阳能板的输入电路，所述开关控制电路的输出端连接所述输出电压采样电路的输入端；太阳能板的输入电路连接所述输入电压采样电路的输入端，用于电压电流采集和反馈。

2.根据权利要求1所述的多路太阳能充电管理系统，其特征在于，所述开关控制电路包括两组场效应管Q1和Q2、两组整流二极管D1和D2、以及连接Q1和Q2输入的RC振荡电路；Q1和Q2的输出端和太阳能板的输入电路连接整流二极管的输入端；

所述检测控制芯片包括DRV输出端和VCS输出端，DRV输出端连接所述开关控制电路中两组场效应管Q1和Q2的栅极，VCS输出端通过RC振荡电路连接Q1和Q2的输入端，用于驱动占空比信号。

3.根据权利要求1所述的多路太阳能充电管理系统，其特征在于，所述输入电压采样电路和输出电流采样电路中分别包含运算放大电路和二极管，共同组成MPPT模块的双运放，经过二极管后将采集的电压信号和电流信号分别反馈到FB引脚；其中，MPPT模块的MPPT电压设定为电池板额定电压的80％。

4.根据权利要求3所述的多路太阳能充电管理系统，其特征在于，所述输出电流采样电路基于信号地SGND和电源地GND之间的电流采样电阻进行电流采样，并经过运算放大电路处理后反馈到FB引脚。

5.根据权利要求4所述的多路太阳能充电管理系统，其特征在于，所述输出电压采样电路的引出端位于整流二极管的输出，包含串联电阻和接地的可变电阻，且在可变电阻设置引出端连接到FB引脚。

6.根据权利要求1所述的多路太阳能充电管理系统，其特征在于，所述充电管理设备至少包括显示单元、控制单元、采集单元和通信单元；采集单元用于采集输入输出的电压电流数据，控制单元用于控制对蓄电池的输出功率，通信单元用于和上位机进行数据交互。