專利名稱：太陽能電池充放電組合控制器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種利用太陽能電池對蓄電池充放電的程序控制裝置，有明顯的環(huán)保、節(jié)能效果，及實際應用效果。
背景技術：
本太陽能電池充放電組合控制器，是一種可以對多個太陽能電池板和對應的蓄電 池組進行充放電控制，程序管理、智能優(yōu)化和故障排除的裝置。實現(xiàn)太陽能發(fā)電系統(tǒng)高壓少 故障供電，作為無電地區(qū)的電源或作為有電地區(qū)適當規(guī)模的市電備份電源。本裝置是由模塊式充電單元電路組成，對蓄電池之間進行分組充電，模塊組合串 聯(lián)升壓，使串聯(lián)的直流達到市電電壓標準，或工業(yè)動力電標準，再通過交流變換達到市電正 弦波工頻標準。取代逆變式低壓升高壓的傳統(tǒng)方法的不足；并改變了既有太陽能電池串聯(lián) 充電供電方式中的相互牽制問題的不足。傳統(tǒng)逆變低壓升高壓方式，易受功率限制，低壓端的電流是高壓端電流的電壓比 的倍數(shù)，因此電流很大，因轉換率低而資源浪費，因設備發(fā)熱量高而故障易發(fā)。既有的串聯(lián)方案中，一般市電電壓標準，是把18個或者更多的17. 5V的太陽能電 池組進行串聯(lián)，向對應數(shù)量的12V蓄電池充電，實現(xiàn)串聯(lián)供電。在使用中，對太陽能電池的 標準、特性、有性能一致的要求。另外在串聯(lián)使用中，如果有一個太陽能電池片出現(xiàn)故障或 者因污物遮擋陽光，被遮擋處就會出現(xiàn)內阻上升導致發(fā)電電流減小，以致影響整個串聯(lián)組 發(fā)電量的下降甚至不能發(fā)電，因此受整體牽制較大。當太陽能電池的保護二極管發(fā)生故障 時，在被遮擋處的太陽能電池增大的內阻，會使該太陽能電池的電極兩端會產(chǎn)生高電位的 電壓壓差，上升的電壓將導致該太陽能電池片被動的成為導體而發(fā)熱，因此而出現(xiàn)熱斑，使 太陽能電池受損，進而發(fā)電效率降低，直至完全不能發(fā)電。

發(fā)明內容
本發(fā)明是一種能使太陽能電池對蓄電池的充放電進行程序管理的控制裝置，由充 放電模塊、串聯(lián)繼電器、微電腦控制電路、和液晶顯示器、變頻電路構成。在使用中，每個充 放電模塊，對應連接一塊或一個并聯(lián)組的太陽能電池，通過模塊內部一個控制充電的電路， 對一個或一個并聯(lián)組的蓄電池進行充電。該模塊電路提供對蓄電池充電過程中的電壓過 充保護，及欠壓、充電狀態(tài)的數(shù)據(jù)采集。由于充電是分組獨立進行，每塊太陽能電池與串聯(lián) 組之間互不關聯(lián)，可以將同等功率，不同指標的太陽能電池進行組合，使太陽能電池組合使 用，并避免熱斑的形成。蓄電池通過充放電模塊和繼電器的控制進行串聯(lián)升壓。微電腦控 制電路，根據(jù)充放電模塊傳輸進來的蓄電池充電及欠壓數(shù)據(jù)，進行組內蓄電池的狀態(tài)分析， 通過分析結果來控制繼電器的吸合與切斷，進行程序管理，啟動備份蓄電池，停用欠壓蓄電 池，維持電力的正常輸出。通過停用欠壓蓄電池，來保護蓄電池不會因欠壓而損壞。由于升 壓是通過蓄電池在充放電模塊間的繼電器組合串聯(lián)實現(xiàn)，因而通過增減蓄電池、充放電模 塊和繼電器的數(shù)量，實現(xiàn)電壓的改變，以達到實現(xiàn)所需的電壓，再通過頻率變換，實現(xiàn)市電交流和工業(yè)三相動力工頻的電壓標準。本裝置使太陽能發(fā)電系統(tǒng)的應用更加廣泛、可靠、安全和實用。本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案是帶有電壓過壓保護的充電電路所組 成的充電模塊，有3對大電流連接端口，其中1對是太陽能電池輸入端口，1對是接蓄電池 輸入端口，1對是充放電模塊輸出端口，每對端口按照左正右負的方式排列；充放電模塊還 有1個帶有三根數(shù)據(jù)傳輸線的插口 ；15v至21v的太陽能電池通過輸出導線，按正負極連接 充放電模塊的太陽能輸入端口。12V的蓄電池，按同樣方式連接充放電模塊的蓄電池輸入端 口。充放電模塊輸出端口連接串聯(lián)繼電器常通接點，上1個串聯(lián)繼電器右邊公共接點，即上 1個模塊輸出的負極，連接下1個串聯(lián)繼電器左邊的公共接點，即下一個模塊的輸出正極， 實現(xiàn)串聯(lián)升壓。根據(jù)電壓需要，決定模塊組的串聯(lián)數(shù)量，實現(xiàn)積木式組合。在每10個充放電模塊的串聯(lián)當中，有1個備用充放電模塊與備用繼電器組成的備 用蓄電池電路，該模塊與備用太陽能電池、備用蓄電池平時處于充電狀態(tài)，該備用模塊的輸 出端子連接備用繼電器的常斷接點，兩個常通接點是直接用導線連通，使電壓通過連接的 常通接點，越過備用蓄電池，平時該蓄電池向微電腦控制電路和液晶顯示電路提供電力。當 組內有某蓄電池電壓低于10. 4V的電壓下限或出現(xiàn)故障時，微電腦控制器，根據(jù)每個模塊 與其連接的數(shù)據(jù)傳輸線傳來的數(shù)據(jù)，向該電壓不足的模塊串聯(lián)繼電器的吸合線圈輸出12V 吸合電壓，使該繼電器吸合，接通該繼電器的常斷觸點，串聯(lián)電壓通過該繼電器的兩個被導 線通路的常斷接點，與上下兩端的串聯(lián)電壓形成通路，使串聯(lián)組的串聯(lián)電壓傳續(xù)下去；由于 該串聯(lián)繼電器的吸合，常通觸點脫離呈斷離狀態(tài)，原來接在該常通接點的繼電器輸入端口 的蓄電池電壓與串聯(lián)組分離，使該蓄電池脫離串聯(lián)組，直至該蓄電池充電至常規(guī)電壓后自 動恢復。在向該電壓下限的串聯(lián)繼電器輸出12V電壓的同時，微電腦控制電路向備用繼電 器吸合線圈輸出12V電壓，使原來連接在常斷接點上的充放電模塊輸出端口的備用蓄電池 電壓，通過備用繼電器的公共接點，接入串聯(lián)組內，使供電的電壓繼續(xù)保持不變。以此類推， 當備用蓄電池不夠時，串聯(lián)組就會降壓供電，當電壓超過總輸出要求的下限時，微電腦控制 電路會發(fā)出報警，直至終止輸出，待整個系統(tǒng)電壓，充至蓄電池標準電壓時自動恢復，恢復 前5分鐘并有輸出警報。微電腦控制電路由8位單片機和對應接口組成，有80個擴展數(shù)據(jù)接口，可以監(jiān)視 通過每個充放電模塊傳輸進來的每個蓄電池的電壓數(shù)據(jù)，有40個繼電器吸合電壓輸出接 口，連接串聯(lián)繼電器、備用繼電器的吸合線圈。8個數(shù)據(jù)接口連接液晶顯示器，2個數(shù)據(jù)接口 連接報警電路。根據(jù)預設好的程序可以管理40個充電模塊的連接組合，提供380V工業(yè)用 電的供電控制管理。當使用10個充電模塊進行組合時，可以進行IlOV電壓輸出的充放電控制。當使 用20個充電模塊進行組合時，可以進行220V電壓的充放電控制。當使用40個充電模塊進 行組合時，可以進行380V三相電的充放電控制。蓄電池全部正常電壓時，所有繼電器都處 于釋放狀態(tài)，可以最大限度地節(jié)省電力。本發(fā)明的有益效果是，省掉直流低壓蓄電池用逆變器升壓帶來的損耗和功率限 制，使串聯(lián)充電的太陽能電池避免熱斑的生成，打破常規(guī)串聯(lián)充電，對太陽能電池整體性能 要求一致的限制，可以使太陽能充放電的控制電流得以加大、電壓更高，使串聯(lián)供電在太陽 能應用領域的使用更加方便、更加可靠，更加安全，更加益于推廣。


下面結合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明。圖1是本發(fā)明的工作原理圖。圖2是本發(fā)明的電路原理圖。在圖1、2中(1)為充放電模塊；(Ib)為備用充放電模塊；(2)為太陽能電池(2b) 為備用太陽能電池；(3)為蓄電池(3b)為備用蓄電池；(4)為蓄電池串聯(lián)繼電器；(5)為備 用蓄電池繼電器；(6)為微電腦控制器；(7)為液晶顯示器；(8)為交流二相或三相變換器； (9)為交流輸出接線柱，和直流輸出接線柱；(10)為數(shù)據(jù)傳輸連接線；(11)為繼電器吸合電 壓連接線；(12)為省略的充放電控制組標識；(13)為串聯(lián)繼電器吸合線圈；(14)為備用繼 電器吸合線圈；(15)為太陽能電池輸入端口 ；(16)為蓄電池輸入端口 ；(17)為充電模塊電 壓輸出端口 ；(18)為繼電器常通接點；(19)為繼電器輸出公共接點；(20)為繼電器輸入公 共接點；(21)為繼電器常斷接點。
具體實施例方式如圖1中，太陽能電池(2)，連接充放電模塊⑴向模塊供電；充放電模塊⑴連 接蓄電池⑶向蓄電池充電；蓄電池⑶通過充放電模塊⑴向串聯(lián)繼電器⑷輸出電壓， 組成每個虛線框內的充放電控制組；通過上級充放電控制組的串聯(lián)繼器(4)向下級充放電 控制組的串聯(lián)繼電器(4)的常通接點連接，以進行充放電控制組之間的串聯(lián)組合；備用太 陽能電池(2b)，連接備用充放電模塊(Ib)向備用充放電模塊供電；備用充放電模塊(lib) 向備用蓄電池(3b)充電，備用蓄電池(3b)通過備用充放電模塊(Ib)向備用繼電器常斷接 點連接，組成備用充放電控制組；每個充放電模塊通過接口(10)與微電腦控制電路(6)的 接口(10)連接，以取得蓄電池電壓狀態(tài)的數(shù)據(jù)；微電腦控制電路(6)通過接口(11)輸出繼 電器吸合電壓來控制每個充電控制組中的繼電器的連接狀態(tài)；微電腦控制電路(6)，與液 晶顯示器(7)連接，構成人機界面；上級充放電控制組的串聯(lián)繼電器(4)通過向下級充電控 制組的串聯(lián)繼電器(4)的連接，得到常規(guī)蓄電池電壓12V成倍與充放電控制組數(shù)量所累積 的串聯(lián)直流電壓；該直流電壓通過導線連接交流變換器(8)使之通過輸出端口(9)輸出交 流電壓，或者直接輸出直流電壓。如圖2中，太陽能電池按正負極連接充電模塊⑴的太陽能輸入端口(15)，蓄電池 按正負極連接充電模塊(1)的蓄電池輸入端口(i6)，串聯(lián)繼電器(4)的常通接點(18)，連 接充電模塊的電壓輸出端口(17)，串聯(lián)繼電器(4)的輸出公共接點(19)，連接下級串聯(lián)繼 電器(4)的輸入公共接點(20)，以此類推，串聯(lián)升成的直流電壓正極通過最上一級的串聯(lián) 繼電器(20)接點，負極由最下一級的備用繼電器(5)的(19)接點，經(jīng)端口(9)輸出。備用蓄電池按正負極連接充放電模塊(Ib)的蓄電池輸入端口(16)，備用太陽能 電池連接備用充放電模塊(Ib)的太陽能輸入端口(15)，備用繼電器(5)的常斷接點(21) 連接備用充放電模塊輸出端口 (17)。上級的串聯(lián)電壓的負極，通過備用繼電器(5)公共接 點(20)繼電器的經(jīng)常通接點(18)的連通，經(jīng)(5)的(19)接點向下級連接。由端口(9)輸 出ο
權利要求
一種太陽能電池充放電組合控制設備是由太陽能電池(2)與充放電模塊(1)通過導線相連，充放電模塊(1)與蓄電池(3)相連，這些部件組成1個充放電控制組。充放電模塊有3對電流連接端口(15)(16)(17)，和1個數(shù)據(jù)端口(10)，每個充放電控制組之間通過串聯(lián)繼電器(4)組合進行串聯(lián)升壓，上級負極，連接下級正極，從而得到串聯(lián)的電壓。由相同配置組成的備用充放電控制組，在組內蓄電池電力不足時啟用，保證了供電的連續(xù)。組合輸出的規(guī)模，根據(jù)充放電控制組的數(shù)量決定，即根據(jù)電壓需要決定充電控制組的數(shù)量。由微電腦控制電路對組內各充放電控制組進行數(shù)據(jù)分析，根據(jù)數(shù)據(jù)進行停用或啟用的控制，和人機交流的程序管理。
2.根據(jù)權利要求1所述由充放電模塊通過繼電器進行組合，由微電腦電路進行管理 為特征的充放電控制設備。
3.根據(jù)權利要求1所述充放電模塊的組合數(shù)量，與電壓要求的特征。
4.根據(jù)權利要求1所述充放電模塊的電流端口與數(shù)據(jù)傳輸接口的特征。
5.根據(jù)權利要求1所述通過停用欠壓蓄電池，啟用備用蓄電池的管理特征。
6.根據(jù)權利要求1所述在停用和啟用蓄電池過程中，繼電器的連接特征。
全文摘要
一種太陽能電池組合充放電設備，由太陽能電池(2)與充放電模塊(1)通過導線相連接，向蓄電池(3)充電，蓄電池(3)通過充放電模塊(1)的輸出端口與串聯(lián)繼電器(5)連接。由上述部分組成虛線內的充放電控制組。再把相同的充放電控制組之間進行串聯(lián)，上級充電控制組的負極連接下級充電控制組的正極，以此類推，得到相應的串聯(lián)電壓。再通過頻率變換(8)，可以提供交流市電頻率的電壓。10個充放電控制組的串聯(lián)，可以提供110V的電壓輸出，20個充放電控制組的串聯(lián)，可以提供220V的電壓輸出，40個充放電控制組的串聯(lián)，可以提供380V的電壓輸出。本組合控制器由微電腦電路(6)程序控制管理。
文檔編號H02J7/35GK101847879SQ200910038149
公開日2010年9月29日 申請日期2009年3月24日 優(yōu)先權日2009年3月24日
發(fā)明者高延山 申請人:高延山;司徒國源