專利名稱：一種基于can總線的太陽能發(fā)電系統(tǒng)控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型具體涉及能源利用領(lǐng)域，具體涉及ー種基于CAN總線的太陽能發(fā)電系統(tǒng)控制器。
背景技術(shù)：
由于太陽能潔凈、取之不盡和無污染的特點(diǎn)，可再生能源中的太陽能及其相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展在新能源開發(fā)中是最迅速的，太陽能發(fā)電技術(shù)已經(jīng)被應(yīng)用于很多場合，上至航天器，下至家用電源，大到兆瓦級電站，小到玩具，光伏電源無處不在。在長期的能源戰(zhàn)略總，太陽能光伏發(fā)電在太陽能發(fā)電、風(fēng)カ發(fā)電、海洋發(fā)電、生物質(zhì)能發(fā)電等許多可再生能源中具有更重要的地址，它將撐起人類發(fā)展的大梁。 太陽能的利用方式主要有光伏發(fā)電系統(tǒng)、太陽能聚熱系統(tǒng)、太陽能熱水器、太陽能制暖和制冷等。太陽能光伏發(fā)電技術(shù)作為太陽能利用中最具有意義的技術(shù)，成為世界各國研究應(yīng)用的熱點(diǎn)。獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)中的太陽能充電控制器是ー個十分重要的部件，主要用于防止太陽能光伏電池對蓄電池造成過充電，過放電深也會嚴(yán)重影響蓄電池的使用壽命。國內(nèi)外都在不斷的改進(jìn)光伏控制器，提高它的穩(wěn)定性、可靠性及實(shí)用性?，F(xiàn)有的太陽能光伏發(fā)電控制器大多采用的是單機(jī)控制模式，具有容量固定和維護(hù)不便的缺陷。

實(shí)用新型內(nèi)容為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本實(shí)用新型g在提供了一種適用范圍廣、具有可擴(kuò)展性、互換性的基于CAN總線的太陽能發(fā)電系統(tǒng)控制器。本實(shí)用新型提供了一種基于CAN總線的太陽能發(fā)電系統(tǒng)控制器，包括主控模塊以及由所述主控模塊集中控制的功率模塊，所述主控模塊與所述功率模塊通過CAN總線進(jìn)行數(shù)據(jù)交互；所述功率模塊連接太陽能電池方陣與蓄電池組的充電回路以及蓄電池組和負(fù)載之前的放電回路；所述主控模塊與所述蓄電池組之間設(shè)有測壓電路和測流電路，且所述主控模塊通過蓄電池組的電壓控制所述功率模塊進(jìn)行充電回路和放電回路的導(dǎo)通和關(guān)閉；所述測流電路包括多個用于測量系統(tǒng)充電及放電電流的測流器。所述主控模塊包括主控芯片，以及與所述主控芯片連接的主電源電路、第一 CAN總線通信電路、測溫電路、第一電壓采集電路、電流采集電路、液晶鍵盤接ロ電路及報警電路。所述功率模塊包括功率控制芯片，以及與所述功率控制芯片連接的功率電源電路、MOSFET電路、第二電壓采集電路及第ニ CAN總線通信電路。本實(shí)用新型提供的所述基于CAN總線的太陽能發(fā)電系統(tǒng)控制器具有以下功能I) 高壓斷開和恢復(fù)功能在蓄電池充電過程中，當(dāng)蓄電池端電壓高于最高充電電壓時，控制器立即將太陽能電池方陣斷開，待蓄電池電壓下降到恢復(fù)電壓時，重新將太陽能電池接入；[0011]2) 欠電壓警告和恢復(fù)功能當(dāng)蓄電池電壓降到欠壓警告設(shè)定點(diǎn)時，控制器自動發(fā)送聲光警告信號。電壓恢復(fù)到高于欠壓警告點(diǎn)時，警告信號自動消除；3) 低壓斷開和恢復(fù)功能在蓄電池放電過程中，當(dāng)蓄電池電壓低于最低放電電壓時，控制器將負(fù)載切斷，防止蓄電池過放電。當(dāng)電壓升到安全運(yùn)行范圍時，負(fù)載自動接入;4)保護(hù)功能防止任何負(fù)載短路的電路保護(hù)、防止控制器內(nèi)部短路的電路保護(hù)、防止夜間蓄電池給太陽能電池反向放電保護(hù)、防止負(fù)載或太陽能電池方陣或蓄電池極性反接的電路保護(hù)、防止感應(yīng)雷的線路防雷；5) 可擴(kuò)展性、互換性采用兩級控制結(jié)構(gòu)，即主控模塊集中控制功率模塊，功率模塊分散控制系統(tǒng)的充放電回路，實(shí)現(xiàn)了模塊化，具有很強(qiáng)的可擴(kuò)展及互換性。

圖1為本實(shí)用新型提供的一種基于CAN總線的太陽能發(fā)電系統(tǒng)控制器的總體結(jié)構(gòu)框圖；圖2為圖1中主控模塊的結(jié)構(gòu)框圖；圖3為圖1中功率模塊的結(jié)構(gòu)框圖。附圖標(biāo)號說明1-太陽能電池方陣,2-功率模塊,3-報警電路,4-CAN總線,5-測壓電路,6_主控模塊，7-測流電路，8-蓄電池組，9-負(fù)載，61-主控芯片，62-主電源電路，63-測溫電路，64-報警電路，65-液晶鍵盤接ロ電路，66-電流采集電路，67-第一 CAN總線通信電路，68-第一電壓采集電路，21-功率控制芯片，22-功率電源電路，23-M0SFET電路，24-第二電壓采集電路，25-第二 CAN總線通信電路。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖并通過具體實(shí)施方式
來進(jìn)ー步說明本實(shí)用新型的技術(shù)方案 請參照圖1，本實(shí)用新型提供一種基于CAN總線的太陽能發(fā)電系統(tǒng)控制器，包括主控模塊6以及由所述主控模塊6集中控制的功率模塊2，所述主控模塊6與所述功率模塊2通過CAN總線4進(jìn)行數(shù)據(jù)交互；所述功率模塊2連接太陽能電池方陣I與蓄電池組8的充電回路以及蓄電池組8和負(fù)載9之前的放電回路；所述主控模塊6與所述蓄電池組8之間設(shè)有測壓電路5和測流電路7，且所述主控模塊6通過蓄電池組8的電壓控制所述功率模塊2進(jìn)行充電回路和放電回路的導(dǎo)通和關(guān)閉；所述測流電路7包括多個用于測量系統(tǒng)充電及放電電流的測流器A、B。請參照圖1及圖2，所述主控模塊6包括主控芯片61，以及與所述主控芯片61連接的主電源電路62、第一 CAN總線通信電路67、測溫電路63、第一電壓采集電路68、電流采集電路66、液晶鍵盤接ロ電路65及報警電路64。本實(shí)施例中，所述主控芯片61采用AT90CAN128，但并不以此為限。AT90CAN128內(nèi)部集成的8MHz的RC振蕩電路可以作為系統(tǒng)的時鐘源，此外，本實(shí)施例還采用外置晶振的方法，在AT90CAN128的引腳上外接石英晶體和電容組成諧振回路，并配合片內(nèi)的振蕩電路構(gòu)成系統(tǒng)時鐘源。當(dāng)系統(tǒng)程序在運(yùn)行中出現(xiàn)錯誤或受到電源干擾出現(xiàn)錯誤時，可通過外部引腳RESET進(jìn)行復(fù)位，或由芯片內(nèi)部看門狗定時器WDT自動復(fù)位，或通過芯片內(nèi)部掉電檢測BOD來使系統(tǒng)自動進(jìn)入復(fù)位初始化操作。主電源電路62的優(yōu)劣直接關(guān)系到系統(tǒng)工作的好壞。控制器的主控芯片61、測溫電路63、第一電壓采集電路68等電路工作時需要+5V、+12V和-5V的電壓，而太陽能發(fā)電系統(tǒng)所能提供的是48V的電源，并且還會隨著蓄電池的充放電過程有所變化，考慮到電源引入的干擾問題，使用DC/DC的電源隔離模塊，將系統(tǒng)電壓轉(zhuǎn)化為12V。太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行時，控制器需要測量蓄電池的端電壓、太陽能電池方陣I的電流以及環(huán)境溫度等ー些系統(tǒng)參數(shù)，而這些參數(shù)都屬于模擬信號量，必須經(jīng)過A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，主控芯片61才能采集其數(shù)據(jù)。AT90CAN128內(nèi)部集成有8通道10位精度逐次逼近型的A/D轉(zhuǎn)換電路，所以測量電路的設(shè)計只需設(shè)計將外部模擬信號的處理電路，就可以直接進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，節(jié)省了硬件設(shè)計的同時又提高了控制器的可靠性。第一 CAN總線通信電路67采用非破壞性基于優(yōu)先權(quán)的總線、仲裁技術(shù)，減少總線沖突的仲裁時間；發(fā)送的信息遭到破壞后，可自動重發(fā)；信號傳輸采用短幀結(jié)構(gòu)，傳輸時間短，受干擾率低，并且每幀信息都有CRC校驗(yàn)以及其他檢錯措施，保證了數(shù)據(jù)通信的可靠性。AT90CAN128內(nèi)部集成了 CAN總線控制器，支持2. OA和2. OB兩種協(xié)議，能夠發(fā)送和接收標(biāo)準(zhǔn)和擴(kuò)展報文。AT90CAN128的CAN總線控制器包含有2個中斷源，一個響應(yīng)CAN定時中斷，另外ー個響應(yīng)發(fā)送、接收和錯誤中斷，可以在中斷中編寫軟件進(jìn)行CAN總線的接收和發(fā)送以及糾錯，保證了 CAN總線通信的實(shí)時性和可靠性。測溫電路63中測溫常用的熱電阻材料是鉬，鉬電阻精度高，穩(wěn)定性好，在一定范圍內(nèi)電阻值和溫度呈線性關(guān)系。本實(shí)施例中，優(yōu)選Ptioo溫度傳感器。用鉬電阻溫度傳感器測量蓄電池的工作溫度時，蓄電池距離控制器較遠(yuǎn)，引線很長，一般采用恒流源電路設(shè)計，但是流過鉬電阻電流大于2mA時，其本身的發(fā)熱量容易干擾測量精度，所以本實(shí)施例中優(yōu)選1. 25mA的恒流源電路。基于CAN總線太陽能控制器采用的是逐級投切的方式對蓄電池進(jìn)行充電，控制器依據(jù)蓄電池的端電壓變化，控制蓄電池充電回路上的太陽能電池子方陣的投入和切斷。所以，在控制器電路中設(shè)計電壓采集電路，測量蓄電池的端電壓。測流器是ー種精密電阻，根據(jù)電流通過電阻時電阻的兩端將產(chǎn)生壓降的原理制成，本實(shí)施例中優(yōu)選200A/75mV的測流器。AT90CAN128內(nèi)部集成的是10位精度的A/D轉(zhuǎn)換電路，以外部5V電壓為參考源，其分辨率為5mV，若直接采集測量器兩端的電壓，計算出的電流值與真實(shí)相比有很大的偏差。整個控制器以蓄電池的負(fù)極為電壓參考點(diǎn)，那么太陽能電池子方陣的電流通過測流器的是ー個負(fù)壓降，而流出蓄電池給負(fù)載供電的電流在測流器上形成的是正壓降。所以，對這兩個壓降信號放大時，必須采用正向放大電路和反向放大電路。良好的人機(jī)交互設(shè)計可以使數(shù)據(jù)更為直接，人為修改更為簡便，有利于操作人員對整個系統(tǒng)的管理。本實(shí)施例中的人機(jī)交互是由液晶鍵盤接ロ電路65構(gòu)成，相對于用指針式的儀表顯示的設(shè)計更為直觀。鍵盤是由若干按鍵組成的開關(guān)矩陣，用戶可以通過鍵盤向AT90CAN128輸入指令、地址和數(shù)據(jù)。報警電路64中使用了繼電器隔離電器，由于繼電器開啟需要幾百毫安的電流，而單片機(jī)I/O的驅(qū)動能力有限，所以使用三極管放大電路，増大電流以驅(qū)動繼電器。請參照圖1及圖3，所述功率模塊2包括功率控制芯片21，以及與所述功率控制芯片21連接的功率電源電路22、M0SFET電路23、第二電壓采集電路24及第ニ CAN總線通信電路25。其中功率電源電路22和第二 CAN總線通信電路25采用和所述主控模塊6相同的設(shè)計。本實(shí)施例在此不再贅述。 MOSFET電路23包括ー個NPN型三極管和ー個PNP型三極管組成放大電路，提供驅(qū)動MOSFET電流。第二電壓采集電24路在精準(zhǔn)的5V電壓與地之間串聯(lián)兩個阻值的電阻。電壓經(jīng)過電壓跟隨電路濾波后，由A/D轉(zhuǎn)換電路可將其電壓值測量出來。本實(shí)用新型提供的所述基于CAN總線的太陽能發(fā)電系統(tǒng)控制器具有以下功能6) 高壓斷開和恢復(fù)功能在蓄電池充電過程中，當(dāng)蓄電池端電壓高于最高充電電壓時，控制器立即將太陽能電池方陣斷開，待蓄電池電壓下降到恢復(fù)電壓時，重新將太陽能電池接入；7) 欠電壓警告和恢復(fù)功能當(dāng)蓄電池電壓降到欠壓警告設(shè)定點(diǎn)時，控制器自動發(fā)送聲光警告信號。電壓恢復(fù)到高于欠壓警告點(diǎn)時，警告信號自動消除；8) 低壓斷開和恢復(fù)功能在蓄電池放電過程中，當(dāng)蓄電池電壓低于最低放電電壓時，控制器將負(fù)載切斷，防止蓄電池過放電。當(dāng)電壓升到安全運(yùn)行范圍時，負(fù)載自動接入;9)保護(hù)功能防止任何負(fù)載短路的電路保護(hù)、防止控制器內(nèi)部短路的電路保護(hù)、防止夜間蓄電池給太陽能電池反向放電保護(hù)、防止負(fù)載或太陽能電池方陣或蓄電池極性反接的電路保護(hù)、防止感應(yīng)雷的線路防雷；10)可擴(kuò)展性、互換性采用兩級控制結(jié)構(gòu)，即主控模塊集中控制功率模塊，功率模塊分散控制系統(tǒng)的充放電回路，實(shí)現(xiàn)了模塊化，具有很強(qiáng)的可擴(kuò)展及互換性。以上所述僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本實(shí)用新型，凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種基于CAN總線的太陽能發(fā)電系統(tǒng)控制器，其特征在于，包括主控模塊以及由所述主控模塊集中控制的功率模塊，所述主控模塊與所述功率模塊通過CAN總線進(jìn)行數(shù)據(jù)交互；所述功率模塊連接太陽能電池方陣與蓄電池組的充電回路以及蓄電池組和負(fù)載之前的放電回路；所述主控模塊與所述蓄電池組之間設(shè)有測壓電路和測流電路，且所述主控模塊通過蓄電池組的電壓控制所述功率模塊進(jìn)行充電回路和放電回路的導(dǎo)通和關(guān)閉；所述測流電路包括多個用于測量系統(tǒng)充電及放電電流的測流器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于CAN總線的太陽能發(fā)電系統(tǒng)控制器，其特征在于，所述主控模塊包括主控芯片，以及與所述主控芯片連接的主電源電路、第一 CAN總線通信電路、測溫電路、第一電壓采集電路、電流采集電路、液晶鍵盤接口電路及報警電路。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于CAN總線的太陽能發(fā)電系統(tǒng)控制器，其特征在于，所述功率模塊包括功率控制芯片，以及與所述功率控制芯片連接的功率電源電路、MOSFET電路、第二電壓采集電路及第二 CAN總線通信電路。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種基于CAN總線的太陽能發(fā)電系統(tǒng)控制器，包括主控模塊以及由所述主控模塊集中控制的功率模塊，所述主控模塊與所述功率模塊通過CAN總線進(jìn)行數(shù)據(jù)交互；所述功率模塊連接太陽能電池方陣與蓄電池組的充電回路以及蓄電池組和負(fù)載之前的放電回路；所述主控模塊與所述蓄電池組之間設(shè)有測壓電路和測流電路，且所述主控模塊通過蓄電池組的電壓控制所述功率模塊進(jìn)行充電回路和放電回路的導(dǎo)通和關(guān)閉；所述測流電路包括多個用于測量系統(tǒng)充電及放電電流的測流器。所述基于CAN總線的太陽能發(fā)電系統(tǒng)控制器適用范圍廣、具有可擴(kuò)展性及互換性。
文檔編號H02J7/00GK202872693SQ201220621859
公開日2013年4月10日 申請日期2012年11月12日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月12日
發(fā)明者勵盼攀 申請人:勵盼攀