一種自適應長壽命采樣太陽能路燈控制器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種自適應長壽命采樣太陽能路燈控制器，太陽能電池組件、長工作周期儲能電池、大容量儲能電池、單片機、充電開關陣列和放電開關陣列、太陽能充電電路、蓄電池、單片機、采樣電路，太陽能電池組件電能輸出端連接太陽能充電電路電能輸入端，所述太陽能充電電路電能輸出端連接蓄電池接入端，所述太陽能充電電路電能信號輸出端連接采樣電路采樣信號輸入端，所述采樣電路采樣信號輸出端連接單片機采樣信號輸入端，所述蓄電池電能信號輸出端連接采樣電路采樣信號輸入端，可以顯著提高太陽路燈的使用壽命。使太陽路燈系統(tǒng)壽命增加一倍以上，并且還具有低成本，高可性，簡單等特點，具有非常高的實用價值。
【專利說明】一種自適應長壽命采樣太陽能路燈控制器

【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及太陽能控制領域，尤其涉及一種自適應長壽命采樣太陽能路燈控制器。

【背景技術】
[0002]太陽能路燈使用太陽能光伏電池提供電能，太陽能作為一種綠色環(huán)保的新能源，“取之不竭、用之不盡”。充分利用太陽能資源，對緩解常規(guī)能源緊張的情況有積極意義。太陽能路燈是以太陽能作為電能供給用來提供夜間道路照明具有:安裝簡便、免挖溝渠、免鋪電纜、工作穩(wěn)定可靠、等特點。太陽能路燈的安裝簡單、方便，無需像普通路燈那樣做鋪設電纜等大量基礎工程，太陽能路燈在近幾年發(fā)展迅速，每年在以30%的速度遞增，在日照不好的地區(qū)，如華南和西南多陰雨的地區(qū)因日照時數(shù)少，光照強度低，被認為是不適合應用地區(qū)。在目前的市面的太陽能路燈系統(tǒng)有以下問題。
[0003]現(xiàn)有系統(tǒng)一般采用直接對蓄電池進行充電，并沒有對太陽能轉換環(huán)節(jié)進行控制，由于陣列的輸出狀態(tài)受到電池工作狀態(tài)的限制，輸出功率往往不在陣列的最大功率點，嚴重影響了發(fā)電效率。
[0004]現(xiàn)有的太陽能路燈壽命比較短一般只有1-2年，其中主要是蓄電池的壽命短，使用鉛酸電池蓄電池只能使用1-2年，循環(huán)充放電次數(shù)300-500次。在整個路燈成本中電池的成本占整個系統(tǒng)的30%以上，如果使用壽命比較長的磷酸鐵理電池，造價將會增加一倍以上。在實際使用中由于價格比較高應用比較少。
[0005]現(xiàn)在的太陽能路燈系統(tǒng)的輸出，一般采用直通(開關)方式輸出，及太陽能控制輸出后，還需在LED燈具中增加驅動電源必然會增加功耗，給燈具適配造成困難，無法監(jiān)測燈具的工作狀態(tài)，無法控制負載功率。特別是在低日照地區(qū)應用時，會造成長期燈不亮，蓄電池虧電損壞。壽命短等問題。


【發(fā)明內容】

[0006]本發(fā)明旨在至少解決現(xiàn)有技術中存在的技術問題，特別創(chuàng)新地提出了一種自適應長壽命采樣太陽能路燈控制器。
[0007]為了實現(xiàn)本發(fā)明的上述目的，本發(fā)明提供了一種自適應長壽命采樣太陽能路燈控制器，其關鍵在于，太陽能電池組件、長工作周期儲能電池、大容量儲能電池、單片機、充電開關陣列和放電開關陣列、太陽能充電電路、蓄電池、單片機、采樣電路，
[0008]太陽能電池組件電能輸出端連接太陽能充電電路電能輸入端，所述太陽能充電電路電能輸出端連接蓄電池接入端，所述太陽能充電電路電能信號輸出端連接采樣電路采樣信號輸入端，所述采樣電路采樣信號輸出端連接單片機采樣信號輸入端，所述蓄電池電能信號輸出端連接采樣電路采樣信號輸入端，連接蓄電池的采樣電路采樣信號輸出端連接單片機采樣信號輸入端，所述采樣反饋電路信號輸入端連接單片機采樣反饋信號輸入端，所述單片機控制充電開關陣列工作，使太陽能電池組件為長工作周期儲能電池、大容量儲能電池之一充電，單片機控制放電開關陣列工作，使長工作周期儲能電池、大容量儲能電池之一放電，為燈具供電。
[0009]上述技術方案的有益效果為:無需考慮系統(tǒng)電壓電流的適配等技術瓶頸，在太陽能路燈控制器使用中只需要設定太陽能路燈燈具的功率，太陽能路燈控制器就能夠自動適應路燈燈具的電壓，電流等工作參數(shù)，本太陽能路燈控制器能實現(xiàn)DC0V-300V寬電壓輸出。
[0010]所述的自適應長壽命采樣太陽能路燈控制器，優(yōu)選的，所述太陽能充電電路包括:第一電容、第二電容、第三電容、第四電容、第一電阻、第二電阻、第三電阻、第四電阻、第一晶體管、第二三級管、第一二極管、第二二極管，
[0011]第一電容一端連接太陽能電池組件正極，所述太陽能電池組件負極連接第一電容另一端，第一電容一端還連接第一二極管正極，所述第一二極管負極分別連接第一電阻一端和第一晶體管漏極，所述第一晶體管漏極連接第一電阻另一端，所述第一晶體管源極連接第二電容一端，所述第二電容另一端接地，所述第一電阻另一端還連接第二三級管集電極，所述第二三級管基極連接第二電阻一端，所述第二電阻另一端連接單片機充電信息管理端，所述第二場效應管發(fā)射極連接地，第一電容正極連接太陽能組件整機，第一電容負極接地，所述第二電容正極還連接蓄電池正極，所述第二電容負極接地，第四電阻一端連接蓄電池正極，所述第四電阻另一端連接第三電容正極，所述第三電容負極接地，第三電容負極連接第三電阻一端，所述第三電阻另一端連接蓄電池負極，所述第三電容正極還連接第九穩(wěn)壓管正極，所述第九二極管負極接地，所述第九穩(wěn)壓管正極還連接穩(wěn)壓電路輸入端，所述穩(wěn)壓電路輸出端連接第四電容一端，所述第四電容另一端接地。
[0012]上述技術方案的有益效果為:通過充電電路的設計，保證充電安全穩(wěn)定，充電流暢，電路設計合理。
[0013]所述的自適應長壽命采樣太陽能路燈控制器，優(yōu)選的，所述采樣電路包括:電壓采樣電路和電流采樣電路，
[0014]所述電壓采樣電路信號輸入端連接太陽能充電電路電壓信號輸出端，所述電壓采樣電路信號輸出端連接單片機電壓信號輸入端；所述電流采樣電路信號輸入端連接太陽能充電電路電流信號輸出端，所述電流采樣電路信號輸出端連接單片機電流信號輸入端。
[0015]上述技術方案的有益效果為:通過電壓采樣電路和電流采樣電路進行采樣處理工作，從而實時獲取電壓和電流的工作數(shù)據(jù)。
[0016]所述的自適應長壽命采樣太陽能路燈控制器，優(yōu)選的，所述電壓采樣電路包括:第五電阻、第六電阻、第七電阻、第八電阻、第九電阻、第十電阻、第i^一電阻、第十二電阻、第二二極管、第三二極管、電壓比較器，
[0017]第五電阻一端連接蓄電池，所述第五電阻另一端連接電壓比較器電源輸入端，所述第六電阻一端接地，所述第六電阻另一端分別連接電壓比較器反相輸入端和第九電阻一端，所述第九電阻另一端分別連接第十電阻一端和電壓比較器正向輸入端，所述第十一電阻另一端連接電壓比較器電壓信號輸入端，所述第十電阻另一端分別連接單片機信號輸入端和第二二極管正極，所述第二二極管負極接地，所屬第六電阻一端還連接第七電阻一端，所述第七電阻另一端分別連接電壓比較器輸出端和第八電阻一端，所述第八電阻另一端連接第十二電阻一端所述第十二電阻另一端連接單片機信號輸入端，所述第十二電阻另一端連接第三二極管正極，所述第三二極管負極接地。
[0018]上述技術方案的有益效果為:所述電壓采樣電路電路布圖合理，運行穩(wěn)定可靠。
[0019]所述的自適應長壽命采樣太陽能路燈控制器，優(yōu)選的，所述電流采樣電路包括:第十三電阻、第十四電阻、第十五電阻、第十六電阻、第五電容、第六電容、第四二極管、第五二極管，
[0020]太陽能電池組件電流信號端連接第十三電阻一端，所述第十三電阻另一端分別連接第十四電阻一端和第五電容一端，所述第五電容一端還連接第四二極管負極和單片機電流信號輸入端，所述第五電容另一端連接第十四電阻另一端和第四二極管正極，所述第四二極管正極還連接第五二極管負極，所述第五二極管正極連接單片機信號輸入端，所述第五二極管正極還分別連接第六電容一端和第十六電阻一端，所述第六電容另一端分別連接第五二極管負極和第十六電阻另一端，所述第十六電阻一端還連接第十五電阻一端。
[0021]上述技術方案的有益效果為:所述電流采樣電路電路布圖合理，運行穩(wěn)定可靠。
[0022]所述的自適應長壽命采樣太陽能路燈控制器，優(yōu)選的，所述充電開關陣列包括第一晶體管和第三晶體管，
[0023]放電開關陣列包括第二晶體管和第四晶體管，單片機的第一充電信號輸出端連接第一晶體管柵極，單片機的第二充電信號輸出端連接第三晶體管柵極，單片機的第一放電信號輸出端連接第二晶體管柵極，單片機的第二放電信號輸出端連接第三四晶體管柵極；
[0024]所述第一晶體管漏極分別連接第二晶體管源極和大容量儲能電池正極，所述第二晶體管漏極連接超級電容一端，所述超級電容另一端連接太陽能電池板負極；
[0025]所述第三晶體管漏極連接長工作周期儲能電池正極，所述第三晶體管漏極還連接第四晶體管源極，所述第四晶體管漏極連接超級電容一端。
[0026]上述技術方案的有益效果為:充電開關陣列和放電開關陣列能夠有效的對蓄電池電能進行充放電操作。
[0027]所述的自適應長壽命采樣太陽能路燈控制器，優(yōu)選的，所述長工作周期儲能電池采用超級電容代替，
[0028]所述超級電容一端還連接路燈燈具正極，所述超級電容另一端連接路燈燈具負極，所述長工作周期儲能電池負極連接太陽能電池組件負極，所述大容量儲能電池負極連接太陽能電池組件負極。
[0029]上述技術方案的有益效果為:所述超級電容能夠進行電能積蓄，并且有效放電。
[0030]綜上所述，由于采用了上述技術方案，本發(fā)明的有益效果是:
[0031]無需考慮系統(tǒng)電壓電流的適配等技術瓶頸，在太陽能路燈控制器使用中只需要設定太陽能路燈燈具的功率，太陽能路燈控制器就能夠自動適應路燈燈具的電壓，電流等工作參數(shù)，本太陽能路燈控制器能實現(xiàn)DC0V-300V寬電壓輸出。
[0032]可以顯著提高太陽路燈的使用壽命。使太陽路燈系統(tǒng)壽命增加一倍一上，最長可達到15年。并且還具有低成本，高可性，簡單等特點，具有非常高的實用價值。
[0033]本發(fā)明的附加方面和優(yōu)點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發(fā)明的實踐了解到。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0034]本發(fā)明的上述和/或附加的方面和優(yōu)點從結合下面附圖對實施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中:
[0035]圖1是本發(fā)明自適應長壽命采樣太陽能路燈控制器電路示意圖；
[0036]圖2是本發(fā)明自適應長壽命采樣太陽能路燈控制器電壓調整電路示意圖；
[0037]圖3-5為工作原理圖。

【具體實施方式】
[0038]下面詳細描述本發(fā)明的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，僅用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對本發(fā)明的限制。
[0039]在本發(fā)明的描述中，需要理解的是，術語“縱向”、“橫向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底” “內”、“外”等指示的方位或位置關系為基于附圖所示的方位或位置關系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發(fā)明的限制。
[0040]在本發(fā)明的描述中，除非另有規(guī)定和限定，需要說明的是，術語“安裝”、“相連”、“連接”應做廣義理解，例如，可以是機械連接或電連接，也可以是兩個元件內部的連通，可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，對于本領域的普通技術人員而言，可以根據(jù)具體情況理解上述術語的具體含義。
[0041]如圖1所示，本發(fā)明提供了一種自適應長壽命采樣太陽能路燈控制器，其關鍵在于，太陽能電池組件、長工作周期儲能電池、大容量儲能電池、單片機、充電開關陣列和放電開關陣列、太陽能充電電路、蓄電池、單片機、采樣電路，
[0042]太陽能電池組件電能輸出端連接太陽能充電電路電能輸入端，所述太陽能充電電路電能輸出端連接蓄電池接入端，所述太陽能充電電路電能信號輸出端連接采樣電路采樣信號輸入端，所述采樣電路采樣信號輸出端連接單片機采樣信號輸入端，所述蓄電池電能信號輸出端連接采樣電路采樣信號輸入端，連接蓄電池的采樣電路采樣信號輸出端連接單片機采樣信號輸入端，所述單片機電壓調整信號輸出端連接電壓調整電路信號輸入端，所述電壓調整電路信號輸出端連接燈具，所述采樣反饋電路信號輸入端連接單片機采樣反饋信號輸入端，所述單片機控制充電開關陣列工作，使太陽能電池組件為長工作周期儲能電池、大容量儲能電池之一充電，單片機控制放電開關陣列工作，使長工作周期儲能電池、大容量儲能電池之一放電，為燈具供電。
[0043]上述技術方案的有益效果為:無需考慮系統(tǒng)電壓電流的適配等技術瓶頸，在太陽能路燈控制器使用中只需要設定太陽能路燈燈具的功率，太陽能路燈控制器就能夠自動適應路燈燈具的電壓，電流等工作參數(shù)，本太陽能路燈控制器能實現(xiàn)DC0V-300V寬電壓輸出。
[0044]所述的自適應長壽命采樣太陽能路燈控制器，優(yōu)選的，所述太陽能充電電路包括:第一電容、第二電容、第三電容、第四電容、第一電阻、第二電阻、第三電阻、第四電阻、第一晶體管、第二三級管、第一二極管、第二二極管，
[0045]第一電容一端連接太陽能電池組件正極，所述太陽能電池組件負極連接第一電容另一端，第一電容一端還連接第一二極管正極，所述第一二極管負極分別連接第一電阻一端和第一晶體管漏極，所述第一晶體管漏極連接第一電阻另一端，所述第一晶體管源極連接第二電容一端，所述第二電容另一端接地，所述第一電阻另一端還連接第二三級管集電極，所述第二三級管基極連接第二電阻一端，所述第二電阻另一端連接單片機充電信息管理端，所述第二場效應管發(fā)射極連接地，第一電容正極連接太陽能組件整機，第一電容負極接地，所述第二電容正極還連接蓄電池正極，所述第二電容負極接地，第四電阻一端連接蓄電池正極，所述第四電阻另一端連接第三電容正極，所述第三電容負極接地，第三電容負極連接第三電阻一端，所述第三電阻另一端連接蓄電池負極，所述第三電容正極還連接第九穩(wěn)壓管正極，所述第九二極管負極接地，所述第九穩(wěn)壓管正極還連接穩(wěn)壓電路輸入端，所述穩(wěn)壓電路輸出端連接第四電容一端，所述第四電容另一端接地。
[0046]上述技術方案的有益效果為:通過充電電路的設計，保證充電安全穩(wěn)定，充電流暢，電路設計合理。
[0047]所述的自適應長壽命采樣太陽能路燈控制器，優(yōu)選的，所述采樣電路包括:電壓采樣電路和電流采樣電路，
[0048]所述電壓采樣電路信號輸入端連接太陽能充電電路電壓信號輸出端，所述電壓采樣電路信號輸出端連接單片機電壓信號輸入端；所述電流采樣電路信號輸入端連接太陽能充電電路電流信號輸出端，所述電流采樣電路信號輸出端連接單片機電流信號輸入端。
[0049]上述技術方案的有益效果為:通過電壓采樣電路和電流采樣電路進行采樣處理工作，從而實時獲取電壓和電流的工作數(shù)據(jù)。
[0050]所述的自適應長壽命采樣太陽能路燈控制器，優(yōu)選的，所述電壓采樣電路包括:第五電阻、第六電阻、第七電阻、第八電阻、第九電阻、第十電阻、第i^一電阻、第十二電阻、第二二極管、第三二極管、電壓比較器，
[0051]第五電阻一端連接蓄電池，所述第五電阻另一端連接電壓比較器電源輸入端，所述第六電阻一端接地，所述第六電阻另一端分別連接電壓比較器反相輸入端和第九電阻一端，所述第九電阻另一端分別連接第十電阻一端和電壓比較器正向輸入端，所述第十一電阻一端連接電壓調整電路，所述第十一電阻另一端連接電壓比較器電壓信號輸入端，所述第十電阻另一端分別連接單片機信號輸入端和第二二極管正極，所述第二二極管負極接地，所屬第六電阻一端還連接第七電阻一端，所述第七電阻另一端分別連接電壓比較器輸出端和第八電阻一端，所述第八電阻另一端連接第十二電阻一端所述第十二電阻另一端連接單片機信號輸入端，所述第十二電阻另一端連接第三二極管正極，所述第三二極管負極接地。
[0052]上述技術方案的有益效果為:所述電壓采樣電路電路布圖合理，運行穩(wěn)定可靠。
[0053]所述的自適應長壽命采樣太陽能路燈控制器，優(yōu)選的，所述電流采樣電路包括:第十三電阻、第十四電阻、第十五電阻、第十六電阻、第五電容、第六電容、第四二極管、第五二極管，
[0054]太陽能電池組件電流信號端連接第十三電阻一端，所述第十三電阻另一端分別連接第十四電阻一端和第五電容一端，所述第五電容一端還連接第四二極管負極和單片機電流信號輸入端，所述第五電容另一端連接第十四電阻另一端和第四二極管正極，所述第四二極管正極還連接第五二極管負極，所述第五二極管正極連接單片機信號輸入端，所述第五二極管正極還分別連接第六電容一端和第十六電阻一端，所述第六電容另一端分別連接第五二極管負極和第十六電阻另一端，所述第十六電阻一端還連接第十五電阻一端，所述第十五電阻另一端連接電壓調整電路。
[0055]上述技術方案的有益效果為:所述電流采樣電路電路布圖合理，運行穩(wěn)定可靠。
[0056]如圖2所示，所述電壓調整電路包括:第十七電阻、第十八電阻、第十九電阻、第二十電阻、第二 i^一電阻、第二十二電阻、第二十三電阻、第二十四電阻、第二十五電阻、第六二極管、第七二極管、第八二極管、第一電感、第三晶體管、第四晶體管、第五三極管、第六三極管，
[0057]單片機電壓降壓調整端連接第八二極管負極和第十七電阻一端，所述第十七電阻另一端連接第六三極管基極，所述第八二極管正極連接第六三極管集電極，所述第六三極管發(fā)射極連接第二十三電阻一端和第三晶體管柵極，所述第三晶體管漏極連接蓄電池正極，所述第三晶體管源極連接第四晶體管源極和第一電感一端，所述第一電感一端還連接第六二極管負極，所述第六二極管正極連接采樣電路，所述第六二極管正極還連接第四晶體管漏極，所述第四晶體管漏極還連接第二十一電阻一端，所述第二十一電阻另一端分別接地和連接第五三極管集電極，所述第五三極管發(fā)射極分別連接第二十電阻一端和第二十二電阻一端，所述第二十二電阻一端還連接第四晶體管柵極，所述第二十二電阻另一端連接第二十一電阻一端，所述第二十電阻另一端連接供電電源，所述第五三極管基極連接第十九電阻一端，所述第十九電阻另一端連接第十八電阻一端和單片機電壓升壓調整端，所述第一電感另一端連接第七二極管正極，所述第七二極管負極連接第七電容一端，所述第七電容另一端連接第六二極管正極，所述第七電容另一端還連接第二十五電阻一端，所述第二十五電阻另一端分別連接單片機電壓直接輸出端和第二十四電阻一端，第二十四電阻另一端連接LED燈正極和第七二極管負極，LED燈負極連接第二十五電阻一端。
[0058]所述的自適應長壽命采樣太陽能路燈控制器，優(yōu)選的，所述充電開關陣列包括第一晶體管和第三晶體管，
[0059]放電開關陣列包括第二晶體管和第四晶體管，單片機的第一充電信號輸出端連接第一晶體管柵極，單片機的第二充電信號輸出端連接第三晶體管柵極，單片機的第一放電信號輸出端連接第二晶體管柵極，單片機的第二放電信號輸出端連接第三四晶體管柵極；
[0060]所述第一晶體管漏極分別連接第二晶體管源極和大容量儲能電池正極，所述第二晶體管漏極連接超級電容一端，所述超級電容另一端連接太陽能電池板負極；
[0061]所述第三晶體管漏極連接長工作周期儲能電池正極，所述第三晶體管漏極還連接第四晶體管源極，所述第四晶體管漏極連接超級電容一端。
[0062]上述技術方案的有益效果為:充電開關陣列和放電開關陣列能夠有效的對蓄電池電能進行充放電操作。
[0063]所述的自適應長壽命采樣太陽能路燈控制器，優(yōu)選的，所述長工作周期儲能電池采用超級電容代替，
[0064]所述超級電容一端還連接路燈燈具正極，所述超級電容另一端連接路燈燈具負極，，所述長工作周期儲能電池負極連接太陽能電池組件負極，所述大容量儲能電池負極連接太陽能電池組件負極。
[0065]上述技術方案的有益效果為:所述超級電容能夠進行電能積蓄，并且有效放電。
[0066]系統(tǒng)采用Buck DC/DC電壓轉換器以實現(xiàn)最大電流跟蹤，以場效應管作為電子開關器件；采用PWM控制方式，工作頻率為20-100kHz。在場效應管開關的一個周期內，電感的電流是連續(xù)的，則Buck DC/DC轉換器的降壓比等于PWM控制信號的占空比。所以MPPT的控制策略是通過調整PWM的占空比D來調整Buck DC/DC轉換器的降壓比，以達到調整發(fā)電設備工作電壓為最大功率點(MPP)電壓的目的。太陽能最高效的充電，最大限度的利用太陽能卻保低日照地區(qū)太陽應用。
[0067]采用兩種電池供電，充分發(fā)揮兩種電池的充放電特性，使用容量小壽命長的磷酸鐵理電池或具有50萬次充放電的超級電容作為一號電池，一號電池負責每天的充放電及保證路燈一晚上的用電量。二號電池使用容量較大價格比較便宜的鉛酸電池作為電能倉庫。二號電池負責儲存多余的電量和在天氣不好時的備用電量，充分發(fā)揮兩種不同電池的特性，延長太陽能路燈的使用壽命一倍以上。
[0068]采用Boost升壓式和Buckt降壓式轉換電路的組合的構成輸出電路實現(xiàn)寬電壓輸出自適應燈具參數(shù)。
[0069]光伏系統(tǒng)工作時，由于季節(jié)溫度和日照強度的不同，每個季節(jié)太陽資源是不一樣的，每天太陽能電池板所產(chǎn)生的電能量多少也不一樣，為了能充分的利用好這些電能，需要不同的充放電策略。本發(fā)明采用收集每天的充電的電能量數(shù)據(jù)，判斷系統(tǒng)處于那個季節(jié)，跟據(jù)季節(jié)的不同實行不同的充放電策略。達到能量的動態(tài)平衡。以適應不同的環(huán)境不同的季節(jié)太陽能應用。實現(xiàn)太陽能路燈全年365天正常亮燈。
[0070](I)、太陽電池的最大功率點跟蹤控制方法，如圖3所示，
[0071]在光伏系統(tǒng)中一般要求太陽電池始終輸出最大功率，即系統(tǒng)要能跟蹤太陽電池輸出的最大功率點。上圖為太陽電池陣列的輸出功率特性P2V曲線。由圖可知，當太陽電池工作電壓小于最大功率點電壓Umax時，輸出功率隨太陽電池端電壓V上升而增加；工作電壓大于最大功率點電壓Umax時,輸出功率隨V上升而減少。實現(xiàn)最大功率點跟蹤實質上是一個自尋優(yōu)過程，即通過控制太陽電池端電壓V，使電池能在各種不同的日照和溫度環(huán)境下智能化地輸出最大功率，不斷獲得最大功率輸出，這就完成太陽電池的最大功率跟蹤。
[0072]線性電路原理如圖4。圖中負載上的功率為:PRo = I2Ro = (ViRi+Ro)/2XRo，如圖4所示，
[0073]將式(I)對Ro求導，因為V1、Ri都是常數(shù)，所以可得:dPRo*dRo = V2i (R1-Ro)/(Ri+Ro)當Ro = Ri時，PRo有最大值。對于線性電路來說，當負載電阻等于電源內阻時，電源有最大功率輸出。雖然太陽電池和DC到DC變換電路都是強非線性的，但在極短的時間內，可認為是線性電路。因此，只要調節(jié)DC到DC轉換電路的等效電阻使它始終等于太陽電池的內阻，就可實現(xiàn)太陽電池的最大功率輸出，也就實現(xiàn)了太陽電池的最大功率點跟蹤。從圖2中可以看出，當Ro = Ri時，Ro兩端的電壓是Vi2,這表明若Ro兩端的電壓等于Vi2,Po同樣也是最大值。
[0074]通過調節(jié)負載兩端的電壓實現(xiàn)太陽電池的最大功率點跟蹤。但是由于在太陽能路燈系統(tǒng)中負載是蓄電池，要調節(jié)負載兩端的電壓是做不到的，在我們的設計中通過一個DC到DC變換器來調節(jié)負載端的電流來實現(xiàn)最大功率跟蹤。跟根P = VI功式得知，在電壓不變的情況下，電流增大，功率也會增大并成線性關系。在系統(tǒng)中只要保證在不同的情況下維持電流最大，就能保證太陽能板工作在最大功率點上。
[0075]我們在設計中將DC到DC變換器接入太陽電池的輸入回路，并將對DC到DC變換器的輸入、輸出電壓和電流測量結果通過單片機的分析運算，由單片機輸出PWM脈沖調節(jié)DC到DC轉換器內部開關管占空比的變化等值改變其負載大小，控制太陽電池的輸出電流以實現(xiàn)最大功率點跟蹤。由于采用了升降壓式(Buck2B00St)DC到DC轉換電路來實現(xiàn)最大功率點跟蹤，所以該方法電路簡單、軟硬件結合、控制方法靈活，可以跟隨環(huán)境的變化，準確地光照太陽電池輸出的最大功率點，同時在跟蹤過程中引起輸出電能的振蕩和波動極小。
[0076](2)、雙電池的存能裝置
[0077]太陽能路燈由于它工作性質白天充電晚上放電的這種工作模式，理論上只要太陽能電池板每天的發(fā)電量夠一晚上的用電量，系統(tǒng)就可以永遠的運行，但由于季節(jié)和天氣的因數(shù)，一年中太陽能資金源分布置不均。由于成本和安全考慮太陽能電池板不可能用的很大，為保證在冬天或長期陰雨天能正常使用。電池一般配置的比較大。常規(guī)的儲能裝置一般采用一只鉛酸電池或鋰電池作為能量儲存裝置，采有鉛酸電池價格便宜，但是壽命很短，般使用鉛酸電池蓄電池只能使用1-2年，循環(huán)充放電次數(shù)300-500次。如采用鋰電池可以提高壽命，但高昂的價格往往讓人望而卻步。本專利采用兩塊電池供電一號電池容量小負責每天的充放電及保證路燈一晚上的用電量。二號電池容量大作為電能倉庫。只在I號電池不夠用時，才使用2號電池的電量，充分發(fā)揮兩種不同電池的特性，延長太陽能路燈的使用壽命一倍以上。
[0078](3)、根據(jù)季節(jié)的光照條件，靈活地變更充放電參數(shù)
[0079]采用負載功率控制實現(xiàn)在低日照地區(qū)，根據(jù)當前地理位置，季節(jié)，時間，氣象條件，光的輻射量，浮塵濃度，工作環(huán)境以及剩余電量，靈活地變更充放電參數(shù)，以自適應調節(jié)燈的亮度，合理分配能量以不同的充放電策略達到能源的最大利用，并保證低日照地區(qū)或長期陰雨天的路燈正常照明。
[0080]進行太陽能路燈電池板電流檢測，蓄電池電壓檢測，蓄電池電量監(jiān)測，以及環(huán)境溫度的檢測，并實時檢測這些動態(tài)數(shù)據(jù)。通過計算電流在時域上的積分，就可得出充放電量變化值存于系統(tǒng)中。系統(tǒng)首先根據(jù)30個充電周期(既30天)的數(shù)據(jù)，既可判斷出所處的季節(jié)。
[0081]采用交流壓降內阻測量法測得內阻值，給電池施加一個固定頻率和固定電流，然后對其電壓進行采樣，經(jīng)過整流、濾波等一系列處理后通過運放電路計算出該電池的內阻值。當根據(jù)這此以時間為標準，就可以建立起內阻一電量一循環(huán)周期的關系曲線，然后通過曲線擬合功能得出內阻電量以及循環(huán)周期的關系式。蓄電池內阻與剩余電量關系曲線如圖，剩余電量隨著內阻的增大而成指數(shù)趨勢減小。在路燈工作前檢測到的電池電量作為初始電量，則剩余電量為初始電量減去電量變化值。同時通過對MPPT電路的輸出電流做積分，作為電量變化的校正值，從而得到較準確的剩余電量值。如圖5所示。
[0082]根據(jù)季節(jié)和蓄電池的實時電量求出當天放電量。以自適應調節(jié)燈的亮度，合理分配能量以不同的充放電策略達到能源的最大利用，并保證低日照地區(qū)或長期陰雨天的路燈正常照明。
[0083](4)、采用Boost升壓式和Buckt降壓式轉換電路的組合的構成輸出電路實現(xiàn)燈具寬電壓輸出自適應燈具參數(shù)。用戶設定的負載的功率能過片機的串口或外部設定裝置設定好以后。出廠時有相關初始設置，客戶也可以進行自由設置。
[0084]系統(tǒng)先起動Buckt降壓式轉換電路，單片機控制PWM輸出，使輸出從OV逐漸升高，在過程中通過采樣電路不斷樣輸出的電壓電流采樣，通過微積分后進行乘積運算。求出實時功率，如小于設定功率。單片機繼續(xù)控制PWM脈寬增加或減少。使電壓繼續(xù)上升。如接近設定功率。調整單片機控制步長使輸出等于設定功率。如降壓式轉換電路無法達到設定功率則起動Boost升壓式轉換電路，直到達到設定功率后穩(wěn)定輸出。
[0085]所述單片機優(yōu)選型號為STC15W408AS、STC12C5620AD、PIC16F687、PIC16F1783。
[0086]在本說明書的描述中，參考術語“一個實施例”、“一些實施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結合該實施例或示例描述的具體特征、結構、材料或者特點包含于本發(fā)明的至少一個實施例或示例中。在本說明書中，對上述術語的示意性表述不一定指的是相同的實施例或示例。而且，描述的具體特征、結構、材料或者特點可以在任何的一個或多個實施例或示例中以合適的方式結合。
[0087]盡管已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實施例，本領域的普通技術人員可以理解:在不脫離本發(fā)明的原理和宗旨的情況下可以對這些實施例進行多種變化、修改、替換和變型，本發(fā)明的范圍由權利要求及其等同物限定。
【權利要求】
1.一種自適應長壽命采樣太陽能路燈控制器，其特征在于，太陽能電池組件、長工作周期儲能電池、大容量儲能電池、單片機、充電開關陣列和放電開關陣列、太陽能充電電路、蓄電池、單片機、采樣電路， 太陽能電池組件電能輸出端連接太陽能充電電路電能輸入端，所述太陽能充電電路電能輸出端連接蓄電池接入端，所述太陽能充電電路電能信號輸出端連接采樣電路采樣信號輸入端，所述采樣電路采樣信號輸出端連接單片機采樣信號輸入端，所述蓄電池電能信號輸出端連接采樣電路采樣信號輸入端，連接蓄電池的采樣電路采樣信號輸出端連接單片機采樣信號輸入端，所述采樣反饋電路信號輸入端連接單片機采樣反饋信號輸入端，所述單片機控制充電開關陣列工作，使太陽能電池組件為長工作周期儲能電池、大容量儲能電池之一充電，單片機控制放電開關陣列工作，使長工作周期儲能電池、大容量儲能電池之一放電，為燈具供電。
2.根據(jù)權利要求1所述的自適應長壽命采樣太陽能路燈控制器，其特征在于，所述太陽能充電電路包括:第一電容、第二電容、第三電容、第四電容、第一電阻、第二電阻、第三電阻、第四電阻、第一晶體管、第二三級管、第一二極管、第二二極管， 第一電容一端連接太陽能電池組件正極，所述太陽能電池組件負極連接第一電容另一端，第一電容一端還連接第一二極管正極，所述第一二極管負極分別連接第一電阻一端和第一晶體管漏極，所述第一晶體管漏極連接第一電阻另一端，所述第一晶體管源極連接第二電容一端，所述第二電容另一端接地，所述第一電阻另一端還連接第二三級管集電極，所述第二三級管基極連接第二電阻一端，所述第二電阻另一端連接單片機充電信息管理端，所述第二場效應管發(fā)射極連接地，第一電容正極連接太陽能組件整機，第一電容負極接地，所述第二電容正極還連接蓄電池正極，所述第二電容負極接地，第四電阻一端連接蓄電池正極，所述第四電阻另一端連接第三電容正極，所述第三電容負極接地，第三電容負極連接第三電阻一端，所述第三電阻另一端連接蓄電池負極，所述第三電容正極還連接第九穩(wěn)壓管正極，所述第九二極管負極接地，所述第九穩(wěn)壓管正極還連接穩(wěn)壓電路輸入端，所述穩(wěn)壓電路輸出端連接第四電容一端，所述第四電容另一端接地。
3.根據(jù)權利要求1所述的自適應長壽命采樣太陽能路燈控制器，其特征在于，所述采樣電路包括:電壓采樣電路和電流采樣電路， 所述電壓采樣電路信號輸入端連接太陽能充電電路電壓信號輸出端，所述電壓采樣電路信號輸出端連接單片機電壓信號輸入端；所述電流采樣電路信號輸入端連接太陽能充電電路電流信號輸出端，所述電流采樣電路信號輸出端連接單片機電流信號輸入端。
4.根據(jù)權利要求1所述的自適應長壽命采樣太陽能路燈控制器，其特征在于，所述電壓采樣電路包括:第五電阻、第六電阻、第七電阻、第八電阻、第九電阻、第十電阻、第十一電阻、第十二電阻、第二二極管、第三二極管、電壓比較器， 第五電阻一端連接蓄電池，所述第五電阻另一端連接電壓比較器電源輸入端，所述第六電阻一端接地，所述第六電阻另一端分別連接電壓比較器反相輸入端和第九電阻一端，所述第九電阻另一端分別連接第十電阻一端和電壓比較器正向輸入端，所述第十一電阻另一端連接電壓比較器電壓信號輸入端，所述第十電阻另一端分別連接單片機信號輸入端和第二二極管正極，所述第二二極管負極接地，所屬第六電阻一端還連接第七電阻一端，所述第七電阻另一端分別連接電壓比較器輸出端和第八電阻一端，所述第八電阻另一端連接第十二電阻一端所述第十二電阻另一端連接單片機信號輸入端，所述第十二電阻另一端連接第三二極管正極，所述第三二極管負極接地。
5.根據(jù)權利要求1所述的自適應長壽命采樣太陽能路燈控制器，其特征在于，所述電流采樣電路包括:第十三電阻、第十四電阻、第十五電阻、第十六電阻、第五電容、第六電容、第四二極管、第五二極管， 太陽能電池組件電流信號端連接第十三電阻一端，所述第十三電阻另一端分別連接第十四電阻一端和第五電容一端，所述第五電容一端還連接第四二極管負極和單片機電流信號輸入端，所述第五電容另一端連接第十四電阻另一端和第四二極管正極，所述第四二極管正極還連接第五二極管負極，所述第五二極管正極連接單片機信號輸入端，所述第五二極管正極還分別連接第六電容一端和第十六電阻一端，所述第六電容另一端分別連接第五二極管負極和第十六電阻另一端，所述第十六電阻一端還連接第十五電阻一端。
6.根據(jù)權利要求1所述的自適應長壽命采樣太陽能路燈控制器，其特征在于，所述充電開關陣列包括第一晶體管和第三晶體管， 放電開關陣列包括第二晶體管和第四晶體管，單片機的第一充電信號輸出端連接第一晶體管柵極，單片機的第二充電信號輸出端連接第三晶體管柵極，單片機的第一放電信號輸出端連接第二晶體管柵極，單片機的第二放電信號輸出端連接第三四晶體管柵極； 所述第一晶體管漏極分別連接第二晶體管源極和大容量儲能電池正極，所述第二晶體管漏極連接超級電容一端，所述超級電容另一端連接太陽能電池板負極； 所述第三晶體管漏極連接長工作周期儲能電池正極，所述第三晶體管漏極還連接第四晶體管源極，所述第四晶體管漏極連接超級電容一端。
7.根據(jù)權利要求1所述的自適應長壽命采樣太陽能路燈控制器，其特征在于，所述長工作周期儲能電池采用超級電容代替， 所述超級電容一端還連接路燈燈具正極，所述超級電容另一端連接路燈燈具負極，所述長工作周期儲能電池負極連接太陽能電池組件負極，所述大容量儲能電池負極連接太陽能電池組件負極。
【文檔編號】H05B37/02GK104470146SQ201410790116
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年12月17日 優(yōu)先權日:2014年12月17日
【發(fā)明者】孫小波, 沈正華 申請人:重慶輝騰光電有限公司