專利名稱：太陽能充放電控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種太陽能充放電控制器，具體的說是一種太陽能向蓄電池充電的蓄電池保護電路。
背景技術(shù)：
太陽能是一種取之不盡、用之不竭的天然能源，太陽能電池所產(chǎn)生的電力可經(jīng)由電力轉(zhuǎn)換器，使之成為穩(wěn)定且可靠之電力來源。太陽能電池的可用功率取決于太陽光輻射密度及太陽能電池本身溫度等條件，不對環(huán)境產(chǎn)生任何污染，因此成為各國政府開發(fā)無污染、可持續(xù)發(fā)展新型能源的首選。
一個光伏發(fā)電系統(tǒng)主要由太陽能電池、蓄電池、逆變器和控制器組成。其中，太陽能電池是通過自身材料的半導(dǎo)體光伏效應(yīng)，經(jīng)太陽照射可以產(chǎn)生不穩(wěn)定、不連續(xù)的直流電能；蓄電池可以存儲太陽能電池發(fā)出的不穩(wěn)定、不連續(xù)的直流電能，從而保證整個光伏系統(tǒng)有比較穩(wěn)定的輸出，并且具有較長的續(xù)航能力。在獨立的太陽能光伏系統(tǒng)中，蓄電池的投資成本較高，一般為整個系統(tǒng)成本的15～20％左右；逆變器將太陽能電池所產(chǎn)生的直流電力轉(zhuǎn)換成交流電力，以供交流負載使用；控制器具有防止蓄電池過充、過放的功能，保護蓄電池，延長其使用壽命等功能。
可見，充放電控制器在整個光伏系統(tǒng)中至關(guān)重要，其性能優(yōu)劣不但決定蓄電池的使用壽命，而且還直接影響整個光伏系統(tǒng)的正常電力輸出。由于鉛酸蓄電池本身的特點及使用普通性能的充電控制器，使光伏系統(tǒng)運行中故障率較高，使用壽命較短，同時嚴重影響負載的正常使用。因為一般的充電控制器當蓄電池電壓上升到過充點電壓時(此時蓄電池并未真正完全充滿)，控制器自動斷開充電回路。然而由于蓄電池內(nèi)阻的作用，斷開充電回路后，蓄電池電壓會立即下降。而當充電回路接通及控制器斷開負載后，同樣由于蓄電池內(nèi)阻的作用，蓄電池電壓會立即上升。如此反復(fù)，控制器極易產(chǎn)生振蕩，不但使控制器工作不正常，而且還容易損壞蓄電池。同時蓄電池充電時，大電流會造成能量損失，而且在充電后期會產(chǎn)生大量氣體，使蓄電池壽命縮短，但是以小電流充電就會需要很長的時間，無法做到快速充電。并且充電電流不同，對蓄電池的恢復(fù)也會不同。
實用新型內(nèi)容(一)要解決的技術(shù)問題本實用新型的目的是克服現(xiàn)有的技術(shù)不足之處，提供一種高效率、電路簡單、成本更低、電流電壓控制穩(wěn)定的光伏系統(tǒng)充放電控制器。
(二)技術(shù)方案本實用新型的太陽能充放電控制器，包括充電控制、單片機系統(tǒng)、蓄電池及檢測控制、負載控制及保護等幾個部分。充電控制由MOS大功率管組成，其中源極、漏極并聯(lián)在太陽電池的輸出端，柵極與單片機系統(tǒng)連接，檢測控制一端與蓄電池連接，另一端連接單片機系統(tǒng)；負載控制及保護連接單片機系統(tǒng)同時將電能輸送到負載，由單片機系統(tǒng)產(chǎn)生的PWM脈沖控制并接在太陽電池輸出端的大功率MOS管控制、調(diào)整充電電流，同時由單片機輸出的數(shù)字信號控制串接在輸出回路的大功率MOS管控制負載的通斷，即將太陽電池和蓄電池直接連接，使用MOS管代替繼電器控制負載通斷。
上述太陽能充放電控制器的一個優(yōu)選方案是，充電控制由充電控制、PWM放大及驅(qū)動、充電保護、充電狀態(tài)指示、防反充組成，其中PWM放大及驅(qū)動分4路分別連接充電單元、充電狀態(tài)指示、充電保護和單片機系統(tǒng)，防反充分別連接到太陽電池、充電控制、蓄電池及檢測保護，充電控制同時并聯(lián)在太陽電池兩端。
上述的太陽能充放電控制器，其中充電控制還包括純光控模式控件，具有光控開啟+定時延時關(guān)閉模式。
單片機系統(tǒng)包括穩(wěn)壓電源、單片機；穩(wěn)壓電源直接和單片機連接，為單片機提供電源，由單片機產(chǎn)生的PWM脈沖連接到充電控制；單片機同時和蓄電池及檢測控制、負載控制及保護連接。
蓄電池及檢測控制包括蓄電池、溫度檢測、電壓檢測、LED報警；蓄電池和充電控制連接，同時和溫度檢測、電壓檢測及負載控制及保護連接；溫度檢測、電壓檢測和LED報警同時連接到單片機系統(tǒng)。
負載控制及保護包括保護電路、驅(qū)動電路、負載控制；保護電路由二極管和繼電器組成，串聯(lián)在蓄電池和負載之間；當蓄電池反接時保護控制器；驅(qū)動電路由三極管組成，輸入端連接到單片機，輸出連接到由大功率MOS管組成的負載控制控制負載的通斷，負載控制的輸出端連接負載。
(三)有益效果采用本實用新型的太陽能充放電控制器，具有以下有益效果1、太陽電池和蓄電池直接連接，控制器能發(fā)揮出最大的充電效率。
2、通過調(diào)整PWM脈沖的占空比改變MOS管的導(dǎo)通和截止時間，從而實現(xiàn)對充電電流的調(diào)整，使充電電流穩(wěn)定，省去了穩(wěn)壓和電流調(diào)整模塊。
3、使用MOS管控制負載通斷，驅(qū)動電路簡單。由于通態(tài)下MOS管源漏極電壓只有0.3V左右，因此功耗極低。而MOS管的截止電阻在兆歐級，從而可實現(xiàn)可靠關(guān)斷。
4、采用了內(nèi)置A/D轉(zhuǎn)換的單片機控制，軟件實現(xiàn)了電壓比較，報警控制，省去了基準電壓和電壓比較電路，電壓控制精確，硬件電路簡單，節(jié)省成本。


圖1本控制器總體結(jié)構(gòu)示意圖圖2本控制器結(jié)構(gòu)原理框圖圖3本控制器電路圖圖中A、太陽電池；B、充電控制；C、單片機系統(tǒng)；D、蓄電池及檢測控制；E、負載控制及保護；F、負載；B1、PWM放大及MOSFET驅(qū)動；B2、充電控制；B3、充電保護；B4、充電狀態(tài)指示；B5、防反充；C1、穩(wěn)壓電源；C2、PWM輸出單片機；D1、蓄電池；D2、溫度檢測；D3、電壓檢測；D4、LED報警；E1、保護電路；E2、驅(qū)動電路；E3、負載控制。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖對本實用新型作進一步說明如圖1所示，本實用新型的太陽能充放電控制器，包括充電控制B、單片機系統(tǒng)C、蓄電池及檢測控制D、負載控制及保護E；充電控制由MOS大功率管組成，其中源極、漏極并聯(lián)在太陽電池的輸出端，柵極與單片機系統(tǒng)連接，檢測控制一端與蓄電池連接，另一端連接單片機系統(tǒng)；負載控制及保護連接單片機系統(tǒng)同時將電能輸送到負載F。下面進行具體說明由單片機系統(tǒng)中產(chǎn)生的PWM脈沖控制并接在太陽電池輸出端的大功率MOS管控制、調(diào)整充電電流，同時由單片機輸出的數(shù)字信號控制串接在輸出回路的大功率MOS管控制負載的通斷，即將太陽電池和蓄電池直接連接，使用MOS管代替繼電器控制負載通斷。
充電控制包括充電控制B2、PWM放大及驅(qū)動B1、充電保護B3、充電狀態(tài)指示B4、防反充B5，其中PWM放大及驅(qū)動分4路分別連接充電單元、充電狀態(tài)指示、充電保護和單片機系統(tǒng)C，防反充分別連接到太陽電池A、充電控制B2、蓄電池及檢測保護D，充電控制B2同時并聯(lián)在太陽電池A兩端。
單片機系統(tǒng)包括穩(wěn)壓電源C1、單片機C2；穩(wěn)壓電源直接和單片機連接，為單片機提供電源，由單片機產(chǎn)生的PWM脈沖連接到充電控制；單片機同時和蓄電池及檢測控制、負載控制及保護連接。
蓄電池及檢測控制包括蓄電池D1、溫度檢測D2、電壓檢測D3、LED報警D4；蓄電池和充電控制連接，同時和溫度檢測、電壓檢測及負載控制及保護連接；溫度檢測、電壓檢測和LED報警同時連接到單片機系統(tǒng)。
負載控制及保護包括保護電路E1、驅(qū)動電路E2、負載控制E3；保護電路由二極管和繼電器組成，串聯(lián)在蓄電池D1和負載F之間；當蓄電池反接時保護控制器；驅(qū)動電路E2由三極管組成，輸入端連接到單片機，輸出連接到由大功率MOS管組成的負載控制E3控制負載的通斷，負載控制E3的輸出端連接負載F。
圖2是控制器原理框圖，在充電控制B2中由單片機輸出正向的初始為低電平、最大幅度為5V的PWM波，經(jīng)過PWM放大及驅(qū)動B1后，PWM脈沖占空比的改變使Q2(見圖3)開關(guān)時間比例發(fā)生變化。由于充電控制中Q2的源、漏極直接接在太陽電池的兩端，當蓄電池實際電壓充到單片機的預(yù)設(shè)過充值14.1V時，單片機控制頻率為10HZ的PWM脈沖的占空比變小，使Q2內(nèi)阻變小，導(dǎo)通程度變大，充電電流減小，使蓄電池處于維持充電狀態(tài)。因此，PWM脈沖的占空比在單片機的控制下，根據(jù)蓄電池的實際電位在不斷調(diào)整，始終保持在最佳的充電狀態(tài)。若Q2用位控信號驅(qū)動，高電平時完全導(dǎo)通，太陽電池被短路，將會沒有充電電流。低電平時完全截止，充電電流最大。但本控制器實際工作中由于Q2受PWM脈沖占空比控制始終處于導(dǎo)通、截止的不斷轉(zhuǎn)換中以及Q2本身存在內(nèi)阻，所以太陽電池不會被短路，但充電電流將變小，即處于維持充電狀態(tài)。在Q2截止時，太陽電池直接通過防反充B5接在蓄電池的正極，以最大的充電電流對蓄電池充電。隨著Q2的導(dǎo)通情況，充電指示燈閃爍指示充電正在進行。防反充B5中MBR二極管(見圖3)的作用是將蓄電池和太陽電池隔離，防止在Q2導(dǎo)通時蓄電池短路以及防止反充電的作用。
負載工作后當蓄電池電壓下降達到單片機預(yù)設(shè)過放點10.5V時，單片機將檢測到的蓄電池D1電壓信號和預(yù)設(shè)電壓比較后，經(jīng)計算后輸出的控制信號首先控制報警電路43發(fā)出報警信號，延時1分鐘后停止同時控制驅(qū)動電路E2中MOS管Q3截止(見圖3)，從而使負載斷電。以防止蓄電池發(fā)生過放電，延長蓄電池的使用壽命。負載斷電后太陽電池繼續(xù)向蓄電池充電，當蓄電池電壓上升到蓄電池工作電壓12.5V時單片機控制MOS管Q3導(dǎo)通，負載接通，系統(tǒng)處于浮沖狀態(tài)。二極管D2和D3(見圖3)在蓄電池反接時，使蓄電池瞬間短路，熔斷保險絲，起到反接保護的作用。單片機是由太陽電池或蓄電池通過7805穩(wěn)壓塊C1供電，只要有蓄電池或太陽電池控制器即可工作。保護電路E1中的繼電器(見圖3)起到了反接保護的作用，在蓄電池反接時，常閉開關(guān)斷開，電路不工作，保護蓄電池。溫度檢測D2中溫度傳感器RT將溫度信號轉(zhuǎn)換為電壓信號輸入到單片機，單片機根據(jù)該信號判斷蓄電池表面溫度是否超出設(shè)定范圍，決定繼續(xù)充電與否，在開始充電之前，單片機根據(jù)檢測到的電壓信號，自動計算出蓄電池電壓值。
權(quán)利要求1.一種太陽能充放電控制器，包括充電控制(B)、單片機系統(tǒng)(C)、蓄電池及檢測控制(D)、負載控制及保護(E)部分，其特征在于，充電控制由MOS大功率管組成，其中源極、漏極并聯(lián)在太陽能電池(A)的輸出端，柵極與單片機系統(tǒng)(C)連接；負載控制及保護(E)連接單片機系統(tǒng)同時將電能輸送到負載，單片機系統(tǒng)(C)產(chǎn)生的PWM脈沖控制并接在太陽電池輸出端的大功率MOS管控制、調(diào)整充電電流，同時由單片機輸出的數(shù)字信號控制串接在輸出回路的大功率MOS管控制負載的通斷。
2.如權(quán)利要求1所述的太陽能充放電控制器，其特征在于，充電控制(B)包括充電控制B2、PWM放大及驅(qū)動B1、充電保護B3、充電狀態(tài)指示B4、防反充B5，其中PWM放大及驅(qū)動分4路分別連接充電單元、充電狀態(tài)指示、充電保護和單片機系統(tǒng)C，防反充分別連接到太陽電池A、充電控制B2、蓄電池及檢測保護D，充電控制B2同時并聯(lián)在太陽電池A兩端。
3.如權(quán)利要求1所述的太陽能充放電控制器，其特征在于，單片機系統(tǒng)(C)包括穩(wěn)壓電源C1、單片機C2；穩(wěn)壓電源直接和單片機連接，為單片機提供電源，由單片機產(chǎn)生的PWM脈沖連接到充電控制；單片機同時和蓄電池及檢測控制、負載控制及保護連接。
4.如權(quán)利要求1所述的太陽能充放電控制器，其特征在于，蓄電池及檢測控制(D)包括蓄電池D1、溫度檢測D2、電壓檢測D3、LED報警D4；蓄電池和充電控制連接，同時和溫度檢測、電壓檢測及負載控制及保護連接；溫度檢測、電壓檢測和LED報警同時連接到單片機系統(tǒng)。
5.如權(quán)利要求1所述的太陽能充放電控制器，其特征在于，負載控制及保護(E)包括保護電路E1、驅(qū)動電路E2、負載控制E3；保護電路由二極管和繼電器組成，串聯(lián)在蓄電池D1和負載F之間；當蓄電池反接時保護控制器；驅(qū)動電路E2由三極管組成，輸入端連接到單片機，輸出連接到由大功率MOS管組成的負載控制E3控制負載的通斷，負載控制E3的輸出端連接負載F。
6.如權(quán)利要求2至5之一所述的太陽能充放電控制器，其特征在于，充電控制(B)包括純光控模式控件，具有光控開啟+定時延時關(guān)閉模式。
專利摘要一種太陽能充放電控制器，包括充電控制(B)、單片機系統(tǒng)(C)、蓄電池及檢測控制(D)、負載控制及保護(E)部分，其中，充電控制由MOS大功率管組成；單片機系統(tǒng)(C)產(chǎn)生的PWM脈沖控制并接在太陽電池輸出端的大功率MOS管控制、調(diào)整充電電流，同時由單片機輸出的數(shù)字信號控制串接在輸出回路的大功率MOS管控制負載的通斷。采用本實用新型，能獲得高效率、電路簡單、成本更低、電流電壓控制穩(wěn)定的光伏系統(tǒng)充放電控制效果。
文檔編號H02J7/00GK2852393SQ20052002327
公開日2006年12月27日 申請日期2005年9月16日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月16日
發(fā)明者王軍 申請人:北京天恒華意科技發(fā)展有限公司