CN2750551Y - 太阳能蓄电池的控制装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种太阳能蓄电池的控制装置，该装置包括模拟输入单元、微控制器、控制信号输出单元、指示单元以及充电控制开关(K1)和放电控制开关(K2)；该控制装置采用脉宽调制(PWM)实现太阳能蓄电池的充电和温度补偿功能，由微控制器程序实现智能快充、浮充和涓充；在蓄电池第一次充电时或在一定阶段进行一次均衡充电，以延长蓄电池寿命。本实用新型太阳能蓄电池的控制装置可广泛应用于太阳能草坪灯、庭院灯、路灯、广告牌、户用供电、通讯、太阳能电站等利用太阳能对蓄电池进行充电放电控制的场合，有广阔的应用前景。
Description
技术领域
本实用新型涉及太阳能蓄电池，具体涉及太阳能蓄电池的控制装置。
背景技术
由于太阳能是一种可再生的绿色环保能源，在政府的大力支持下，太阳能在草坪灯、庭院灯、路灯、广告牌、户用供电、通讯、太阳能电站等领域迅速推广，应用越来越广泛。
由于国内在应用研究方面起步较晚，利用太阳能对蓄电池进行充电放电控制的技术水平与西方国家有相当大的差距。目前国内生产使用的控制器大多都是用非智能器件组成的，用比较器设定充电和放电的门槛电压，用定时IC设定放电时间，因此控制器自身功耗大、体积大、功能简单、可靠性差；采用单片机的产品也没有依据蓄电池的I-U特性，采用PWM(脉宽调制)三阶段充电和温度补偿。
经过长达三年多的时间对国内外现有各类太阳能控制器的潜心研究比较，拿出几百个设计方案，采用十多家公司的IC进行上百次的实验，最后确定极简洁、价格最便宜的实现方法。
发明内容
有鉴于此，本实用新型提供一种太阳能蓄电池的控制装置，采用脉宽调制(PWM)实现太阳能蓄电池的三阶段充电和温度补偿功能，以解决现有技术的太阳能蓄电池控制器中存在的功耗大、体积大、功能简单、可靠性差的问题。该装置包括模拟输入单元、微控制器、控制信号输出单元、指示单元以及充电控制开关(K1)和放电控制开关(K2)，其中
所述模拟输入单元，包括分别与太阳能光伏板和蓄电池相连接的太阳能光伏板电压取样电路和蓄电池电压取样电路，与蓄电池相连接的蓄电池温度传感器电路，将取样所得的值输出给微控制器；
所述微控制器，用于控制太阳能蓄电池充/放电，将来自模拟输入单元的取样值进行模数(A/D)转换，并根据取样值产生控制指令，控制所述控制信号输出单元的操作；
所述控制信号输出单元，用于响应微控制器的指令并输出相应的充/放电控制信号和/或指示信号；
所述指示单元，用于指示太阳能蓄电池的状态，包括充电指示电路、放电指示电路、低压指示电路和电量指示电路。
所述第一控制开关(K1)连接在太阳能光伏板与蓄电池之间，第二控制开关(K2)连接在蓄电池与负载之间；
所述充电控制开关(K1)和放电控制开关(K2)分别由控制信号输出单元输出的充/放电控制信号控制；
所述太阳能光伏板电压取样电路为由第一电阻(R1)和第七电阻(R7)构成的分压电路；
所述蓄电池电压取样电路为由第五电阻(R5)和第六电阻(R6)分压构成的分压电路；
所述控制信号输出单元包括充电控制电路和放电控制电路，
所述充电控制电路包括第十七电阻(R17)、第十九电阻(R19)、第二十电阻(R20)、第二十二电阻(R22)、第一三极管(Q1)、第二三极管(Q2)；其中
第十九电阻(R19)与第二十二电阻(R22)串联连接于太阳能光伏板与第二三极管(Q2)的源极之间，第二十电阻(R20)连接在第十九电阻(R19)和第二十二电阻(R22)的接点与第一三极管Q1的集电极之间，第一三极管(Q1)驱动第二三极管(Q2)，使太阳能光伏板与蓄电池连接充电；
所述放电控制电路由连接在微控制器与第三三极管(Q3)之间的第十八电阻(R18)驱动低控制电压第三三极管(Q3)，使蓄电池对负载电器进行放电。
所述指示单元，包括由第十六电阻(R16)和黄色发光二极管(LEDD13)组成充电指示电路，由第十五电阻(R15)和绿色发光二极管(LEDD12)组成的放电指示电路，以及包含有多级分压器、多个比较器的电量指示电路。
该装置采用20HZ脉宽调制(PWM)技术，由微控制器程序实现智能快充、浮充和涓充；在蓄电池第一次充电时或在一定阶段进行一次均衡充电，以延长蓄电池寿命。
本实用新型太阳能蓄电池的控制装置功耗小、体积小、功能完善、可靠性高，可广泛应用于太阳能草坪灯、庭院灯、路灯、广告牌、户用供电、通讯、太阳能电站等利用太阳能对蓄电池进行充电放电控制的场合。
附图说明
图1为本实用新型的太阳能蓄电池控制装置的构成示意图；
图2所示为根据本实用新型的太阳能蓄电池控制装置的具体实施例的电路图。
具体实施方式
如图1所示，本实用新型的太阳能蓄电池控制装置包括模拟输入单元、微控制器、控制信号输出单元、指示单元以及充电控制开关(K1)和放电控制开关(K2)。
现参照图2描述本实用新型的具体实施方式。
如图2所示，微控制器是整个太阳能蓄电池控制装置的控制核心，由高性能的嵌入式微控制器PIC16F676(或16F87系列)和少量外围元件组成。模拟输入单元包括太阳能光伏板和蓄电池电压取样电路，蓄电池温度传感器取样电路，三个取样值送到微控制器进行A/D转换。控制信号输出单元包括微控制器控制的充电控制电路、放电控制电路和低电压指示电路。充电控制信号控制充电控制开关K1，实现对蓄电池的充电和保护；放电控制信号控制放电控制开关K2，实现蓄电池对负载电器的放电和放电保护；当蓄电池的电压降到规定的低电压门槛时，微控制器产生一个低电压指示信号。K1和K2分别采用P和N型的功率MOS管Q2和Q3。指示单元分别由充电指示电路、放电指示电路、低压指示电路和电量指示电路组成。
微控制器采用美国MICROCHIP公司的PIC16F676，采用精简指令集计算机RISC，内含4MHZ时钟，看门狗、6通道10位A/D，1K×14 BYTEFLASH ROM、64 BYTE SRAM、128 BYTE EEPROM。控制装置使用三个A/D通道，用来测量光伏板电压、蓄电池电压和蓄电池温度；控制装置使用四个开关量输入通道，用来检测数码拨盘输入的定时时间；控制装置使用三个开关量输出通道，用来控制充电、放电和蓄电池低电压指示。R4和C3用于上电复位，C2用于电源滤波。U27805为控制装置提供5V电源。
模拟输入单元：太阳能光伏板电压取样由R1和R7分压送到微控制器；蓄电池电压取样由R5和R6分压送到微控制器，蓄电池温度传感器电路由摄氏温度测量IC U4 LM35输出的温度电压送到微控制器。
控制信号输出单元：微控制器输出的充电控制信号通过电阻R17、R19、R20、R22、Q1驱动P沟道功率MOS管Q2，使太阳能光伏板与蓄电池连接充电；微控制器输出的放电控制信号通过电阻R18驱动低控制电压的N沟道功率MOS管Q3，使蓄电池对负载电器进行放电，F1是负载保险丝；微控制器输出的低电压指示信号由R14和D11红色LED组成。
指示单元：充电指示电路分别由R16和黄色LED D13组成；放电指示电路分别由R15和绿色LED D12组成；电量指示电路由U1、R2、R 3、R8、R9、R10、R12和D1-D10组成。U1是内含10级分压器、10个比较器(输出电流可编程)和可编程内部基准的图形指示器IC，D1-D10是10个条型LED，显示蓄电池的储存电量的百分数。R2和R3是蓄电池电压的取样电路；R8、R9、R10、R12的总和决定了LED电流的大小，调整R10、R12可以调整内部基准和显示电压区间的低端和高端。
由于铅酸蓄电池成本低、寿命长，目前仍是太阳能系统的主要蓄能装置。铅酸蓄电池在充电过程中，蓄电池的电压U是随充电电流I的大小和蓄电池的温度的高低而变化。国际上通用的铅酸蓄电池充电方式是：快充(直充)、浮充和涓充(吸收充电)三阶段充电法和均衡充电。
本实用新型采用的铅酸蓄电池充电方式是：自适应三阶段充电法，采用20HZ脉宽调制(PWM)技术，由微控制器程序实现智能快充、浮充和涓充；在蓄电池第一次充电时或每30天进行一次均衡充电，以延长蓄电池寿命。
微控制器在控制软件控制下自动远行。控制软件由主程序和初始化、白天、晚上子程序，中断服务程序组成。主程序在微控制器初始化之后，测量光伏板的电压确定是白天还是晚上，并转到相应子程序执行。初始化子程序先判断是上电复位还是电源低压复位还是看门狗复位，是上电复位就设置I/O口和定时器、中断和ADC；白天子程序根据系统运行状态字和蓄电池的电压决定充电方式是直充、浮充还是涓充，并根据需要启动定时器进行PWM；晚上子程序是根据手动数码拨盘输入的设定时间进行放电控制，当蓄电池电压过低时启动指示灯和切断输出；中断服务程序判断是TIMER0还是TIMER1中断，并转向相应服务子程序，TIMER0是浮充或涓充的PWM计数器，TIMER1是放电设定时间计数器。
本实用新型采用的电器外观结构：塑料封装，密封防水；体积：430×310×50mm。采用这种结构的主要原因是漏天野外使用时需要防水、防潮。
由微控制器程序实现智能快充、浮充和涓充；在蓄电池第一次充电时或每30天进行一次均衡充电，以延长蓄电池寿命；硬件电路采用高性能的嵌入式微控制器PIC16F676和以功率MOS管为电子开关所组成的三阶段智能控制装置；外观结构上采用塑料封装、密封防水。
Claims (5)
1、一种太阳能蓄电池的控制装置包括模拟输入单元、微控制器、控制信号输出单元、指示单元以及充电控制开关(K1)和放电控制开关(K2)，其特征在于，
所述模拟输入单元，包括分别与太阳能光伏板和蓄电池相连接的太阳能光伏板电压取样电路和蓄电池电压取样电路，与蓄电池相连接的蓄电池温度传感器电路，将取样所得的值输出给微控制器；
所述微控制器，用于控制太阳能蓄电池充/放电，将来自模拟输入单元的取样值进行模数(A/D)转换，并根据取样值产生控制指令，控制所述控制信号输出单元的操作；
所述控制信号输出单元，用于响应微控制器的指令并输出相应的充/放电控制信号和/或指示信号；
所述指示单元，用于指示太阳能蓄电池的状态，包括充电指示电路、放电指示电路、低压指示电路和电量指示电路；
所述充电控制开关(K1)连接在太阳能光伏板与蓄电池之间，放电控制开关(K2)连接在蓄电池与负载之间；
所述充电控制开关(K1)和放电控制开关(K2)分别由控制信号输出单元输出的充/放电控制信号控制。
2、如权利要求1所述的控制装置，其特征在于，所述太阳能光伏板电压取样电路为由第一电阻(R1)和第七电阻(R7)构成的分压电路。
3、如权利要求1所述的控制装置，其特征在于，所述蓄电池电压取样电路为由第五电阻(R5)和第六电阻(R6)分压构成的分压电路。
4、如权利要求1所述的控制装置，其特征在于，所述控制信号输出单元包括充电控制电路和放电控制电路，
所述充电控制电路包括第十七电阻(R17)、第十九电阻(R19)、第二十电阻(R20)、第二十二电阻(R22)、第一三极管(Q1)、第二三极管(Q2)；其中
第十九电阻(R19)与第二十二电阻(R22)串联连接于太阳能光伏板与第二三极管(Q2)的源极之间，第二十电阻(R20)连接在第十九电阻(R19)和第二十二电阻(R22)的接点与第一三极管Q1的集电极之间，第一三极管(Q1)驱动第二三极管(Q2)，使太阳能光伏板与蓄电池连接充电；
所述放电控制电路由连接在微控制器与第三三极管(Q3)之间的第十八电阻(R18)驱动低控制电压第三三极管(Q3)，使蓄电池对负载电器进行放电。
5、如权利要求1所述的控制装置，其特征在于，所述指示单元，包括由第十六电阻(R16)和黄色发光二极管(LED D13)组成充电指示电路，由第十五电阻(R15)和绿色发光二极管(LED D12)组成的放电指示电路，以及包含有多级分压器、多个比较器的电量指示电路。
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