太陽能電源系統控制裝置的製作方法

2023-06-04 15:43:56 2

專利名稱：太陽能電源系統控制裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型是關於一種太陽能電源系統控制裝置，尤指一種可自動 判斷光源是否充足以決定充電時機，且在放電時具有防過充保護的控制 裝置。
背景技術：
由於石油能源逐漸枯竭，引起世人開發替代能源的迫切感，在所有 替代能源中，太陽能被視為經濟且符合環保概念，因此目前太陽能的運 用已逐漸引起重視。太陽能最基本的運用方式，是由太陽能板收集太陽 能後直接使用其儲存的熱能，或轉換為電力供後端使用。儘管此種運用 方式已十分普及，但仍然缺乏有效的電力管理機制，使太陽能的運用更 有效率或提供更多的應用。實用新型內容因此，本實用新型主要目的在提供一種太陽能電源系統控制裝置， 其在太陽能轉換為電力、電力供應予負載的過程提供自動偵測開關及過 充/過放防護^L制，使電力在安全有效率的狀態下進行轉換與供應。為達成前述目的採取的主要技術手段是令前述控制裝置包括有 一太陽能模組，是由一太陽能板、 一直流/直流轉換器及至少一蓄電池組成，該太陽能板將光能轉換為熱能後，經直流/直流轉換器轉換為直流電後對蓄電池充電；一光偵測器，其輸入端是與前述太陽能板輸出端連接，以偵測其輸出電壓是否高於一電壓值，進而判斷室外光線是否足以令太陽能板工作；一雙工切換單元，其是由前述光偵測器控制切換，具有兩組切換開 關，以分別連接太陽能板、蓄電池及負載，以選擇蓄電池是由太陽能或 外部電源進行充電，抑或切離充電狀態而對負載進行供電；
一自動偵測暨保護電路，其輸入端是與蓄電池的電源輸出端連接， 又其輸出端連接至一電子開關的控制端，該電子開關係連接於一外部電 源與前述雙工切換單元之間，藉此可判斷蓄電池在外部電源充電時是否 有過充現象，如有過充現象即進一步關閉電子開關，以停止外部電源對 蓄電池充電；一過放限制電路，其輸入端是與蓄電池的電源輸出端連接，其輸出 端設有一限制開關，該限制開關係設於蓄電池的電源輸出端與負載之間，用以在蓄電池低於一設定值時，中止蓄電池的供電；利用前述設計可獲得一在安全有效率的狀況下自動運作的太陽能 電源系統控制裝置，其在陽光充足時對蓄電池充電，但不對負載供電， 俟天色漸暗後轉由外部電源充電，且同時對負載供電，當蓄電池飽和後， 即自動切斷外部電源，俟天亮後光線充足，又恢復由太陽能進行充電。 前述蓄電池的電源輸出端透過限制開關連接一驅動單元，該驅動單 元是由 一驅動電路與 一定電流電路組成，藉此提供穩定電流的電源對負 載供電。前述蓄電池的電源輸出端透過限制開關連接 一 直流/交流轉換器， 用以將蓄電池輸出的直流電源轉換為交流電，以提供交流形式的電源。 前述的光偵測器是令一 第 一 電晶體的基極透過一 齊納二極體與太陽能板輸出端連接，該第一電晶體集、射極又與一第二電晶體連接，該 第二電晶體集極則與雙工切換單元連接。前述雙工切換單元是由一具有兩切換開關的繼電器組成，該繼電器 的激磁線圈是與光偵測器的輸出端連接，其中一切換開關的共同端是與 太陽能模組中的直流/直流轉換器輸入端連接，該切換開關具兩開關接 點，其一與太陽能板連接，另一透過電子開關與外部電源連接；另一切 換開關的共同端是連接蓄電池的電源輸出端，另具兩開關接點，其一空 接，另一透過限制開關與負載連接。前述自動偵測暨保護電路包括有一功率電晶體，其閘極連接於 一 電阻與 一 齊納二極體的連接節點 上，該電阻與齊納二極體是跨接於蓄電池兩端；一變壓器，其一次側與功率電晶體的汲極連接，二次側則與電子開 關的控制端連接。前述電子開關係一矽控整流器(SCR),其閘極是與自動偵測暨保護
電路輸出端連接，卩日、陰極則分別連接外部電源與雙工切換單元，並透 過雙工切換單元的切換開關與太陽能模組連接。前述的過放限制電路是令一第一電晶體的基極透過一齊納二極體 與蓄電池的電源輸出端連接，該第一電晶體集、射極又與一第二電晶體 連接，該第二電晶體集極則用以控制限制開關的開關。前述限制開關係由 一具有兩開關接點的繼電器構成，該繼電器的激 磁線圈是與過放限制電路的輸出端連接，其中一開關接點是透過雙工切 換單元與蓄電池的電源輸出端連接，另一開關接點是連接於蓄電池電源輸出端與一外部供電輸出端之間。前述負載是為一發光二極體照明模組。附圖簡述

圖1:是本實用新型一較佳實施例的詳細電路圖。圖2:是本實用新型直流/直流轉換器的詳細電路圖。
具體實施方式
有關本實用新型一較佳實施例的詳細電路構造，請參閱圖l所示， 主要包括有一太陽能^^組、 一光偵測器2 0、 一雙工切換單元3 0、 一自動偵測暨保護電路4 0、 一過放限制電路5 0等；於本實施例中，可 用以對一發光二極體照明模組6 O供電，故進一步包括有一驅動單元70;其中該太陽能模組是由一太陽能板1 1、一直流/直流轉換器l 2及至 少一蓄電池l 3組成，該太陽能板l l將光能轉換為熱能後，經雙工切 換單元30的選擇，由直流/直流轉換器l 2轉換為直流電後對該蓄電 池1 3進行充電。該光偵測器2 0是令一第一電晶體Ql的基極透過一齊納二極體 ZD1與太陽能板1 l輸出端連接，該第一電晶體Q1集、射極又與一第 二電晶體Q2連接，該第二電晶體Q2則以集極與雙工切換單元3 0連 接，以控制其切換。該雙工切換單元3 0是由一具有兩切換開關3 1、 3 2的繼電器 Relayl構成，該繼電器Relayl的激磁線圈是與光偵測器2 0第二晶體 管Q2的集極連接，其中一切換開關3 1的共同端是與太陽能模組中直 流/直流轉換器l 2的輸入端連接，該切換開關3 l的常開接點是與太 陽能板l l連接，其常閉接點則透過一電子開關Sl與外部電源連接， 於本實施例中，電子開關Sl是由一矽控整流器(SCR)構成，外部電源則 由市電源經一 AC-DC電源供應器與電子開關Sl連接；而另一切換開關 3 2的共同端是連接蓄電池1 3的電源輸出端，其常開接點是空接，常 閉接點則透過一限制開關5 l與驅動單元7 0連接。 該自動偵測暨保護電路4 O包括有一功率電晶體4 1，其閘極連接於一電阻Rl與一齊納二極體ZD2 的連接節點上，該電阻R1與齊納二極體ZD2是跨接於蓄電池1 3兩端；一變壓器4 2 ,其一次側與功率電晶體4 1的汲極連接，二次側則 與電子開關Sl的閘極連接。該過放限制電路5 0是令一第 一電晶體Q3的泰極透過一齊納二極 管ZD3與蓄電池1 3的電源輸出端連接，該第一電晶體Q3集、射極又 與一第二電晶體Q4連接，該第二電晶體Q4集極則與限制開關5 l連 接，該限制開關5 1是由一具有兩開關接點5 11、 5 12的繼電器 Relay2構成，該繼電器Relay2的激磁線圈是與前述第二電晶體Q4連接， 其中一開關接點5 1 l是透過雙工切換單元3 0的切換開關3 2與蓄 電池l 3的電源輸出端連接，另一開關接點5 1 2是連接於蓄電池1 3 電源輸出端與一外部供電輸出端Vout之間。該外部供電輸出端Vout可 直接供應一 12V的直流電源或透過一直流/交流轉換器(DC-AC)供應一 交流電源。該驅動單元7 0輸入端是透過限制開關5 l與蓄電池l 3的電源 輸出端連接，該驅動單元7 0是由一驅動電路7 1與一定電流電路7 2 組成，於本實施例中，定電流電路7 2輸出端是與發光二極體照明模組 6 O連接，以提供具穩定電流的直流電源予發光二極體照明模組6 0。由上述說明可了解本實用新型一較佳實施例的詳細電路圖，至於其 工作原理詳如以下所述由於該光偵測器2 0輸入端是與太陽能板1 l輸出端連接，故可偵 測其輸出電壓是否高於一電壓值(如6.2V)，藉以判斷室外光線是否足以 令太陽能板l l工作，若室外光線充足，光偵測器2 O的齊納二極體 ZD1導通，乂人而^f吏雙工切換單元3 O的繼電器Relayl激^ 茲，兩切換開 關3 1 、 3 2由常閉接點切至常開接點，此時太陽能模組中的直流/直
流轉換器1 2與太陽能板1 1連接，隨即可將太陽能板1 1送出的電能轉換為直流電源，並對蓄電池l 3充電；在此同時，因切換開關3 2使 驅動單元7 0切離蓄電池1 3,故驅動單元7 0無電源輸入，發光二極 管照明模組6 0亦不工作。俟天色已暗，太陽能板l l輸出電壓低於一設定值，光偵測器2 0 的齊納二極體ZD1截止，雙工切換單元3 0兩切換開關3 1、 3 2切 回常閉接點，此時直流/直流轉換器12輸入端是透過切換開關3l常 閉接點、電子開關Sl與電源供應器AC-DC連接，當蓄電池l 3未高於 一電壓值例如12V,自動偵測暨保護電路4 O的齊納二極體ZD2不導 通，功率電晶體4 1導通，故透過變壓器4 2予電子開關Sl閘極一觸 發電壓令其導通，此時電源供應器AC-DC即開始經直流/直流轉換器 1 2對蓄電池1 3充電，若蓄電池l 3已高於設定的電壓值例如12V, 自動偵測暨保護電路4 O的齊納二極體ZD2隨即導通，功率電晶體4 l截止，電子開關S1亦截止，蓄電池13亦不再充電，藉此可達成防 過充的目的。在前述電源供應器AC-DC的充電過程中，亦同時透過切換開關3 2對驅動單元7 O供電，此時發光二極體照明模組6 O亦將點亮。又前述蓄電池1 3儲存的電力亦可透過外部供電輸出端Vout直接 對外供應一直流電源(如12V)或透過直流/交流轉換器(DC-AC)供應交 流電源。為防止蓄電池l 3過放電，該過放限制電路5 O將同步偵測蓄電池 1 3的輸出電壓，當輸出電壓正常時，其齊納二極體ZD3導通，繼電 器Relay2亦激磁，兩開關接點5 1 1、 5 1 2呈閉路，蓄電池1 3可 正常供電，惟當蓄電池1 3電力低於一設定值(如11V),齊納二極體ZD3 不通，繼電器Relay2不再激磁，兩開關接點5 1 1、 5 1 2恢復開路， 令蓄電池l3停止充電，以防止因過放而損壞。又如圖2所示，是前述太陽能模組中直流/直流轉換器1 2的詳細 電路圖，其採:f又on-off充電法，可達快速充電、避免過充等目的，進而 可延長蓄電池l3的使用壽命。
權利要求1.一種太陽能電源系統控制裝置，其特徵在於包括有一太陽能模組，是由一太陽能板、一直流/直流轉換器及至少一蓄電池組成，該太陽能板將光能轉換為熱能後，經直流/直流轉換器轉換為直流電後對蓄電池充電；一光偵測器，其輸入端是與前述太陽能板輸出端連接，以偵測其輸出電壓是否高於一電壓值，進而判斷室外光線是否足以令太陽能板工作；一雙工切換單元，其是由前述光偵測器控制切換，具有兩組切換開關，以分別連接太陽能板、蓄電池及負載，以選擇蓄電池是由太陽能或外部電源進行充電，抑或切離充電狀態而對負載進行供電；一自動偵測暨保護電路，其輸入端是與蓄電池的電源輸出端連接，又其輸出端連接至一電子開關的控制端，該電子開關係連接於一外部電源與前述雙工切換單元之間，藉此可判斷蓄電池在外部電源充電時是否有過充現象，如有過充現象即進一步關閉電子開關，以停止外部電源對蓄電池充電；一過放限制電路，其輸入端是與蓄電池的電源輸出端連接，其輸出端設有一限制開關，該限制開關係設於蓄電池的電源輸出端與負載之間，用以在蓄電池低於一設定值時，中止蓄電池的供電。
2. 如權利要求1所述的太陽能電源系統控制裝置，其特徵在於該 蓄電池的電源輸出端透過限制開關連接一驅動單元，該驅動單元是由一驅 動電路與一定電流電路組成，藉此提供穩定電流的電源對負載供電。
3. 如權利要求1所述的太陽能電源系統控制裝置，其特徵在於該 光偵測器是令一第 一 電晶體的基極透過一 齊納二極體與太陽能板輸出端 連接，該第一電晶體集、射極又與一第二電晶體連接，該第二電晶體集極 則與雙工切換單元連接。
4. 如權利要求3所述的太陽能電源系統控制裝置，其特徵在於該 雙工切換單元是由一具有兩切換開關的繼電器組成，該繼電器的激磁線圏 是與光偵測器的輸出端連接，其中一切換開關的共同端是與太陽能模組中 的直流/直流轉換器輸入端連接，該切換開關具兩開關接點，其一與太陽 能板連接，另一與透過電子開關與外部電源連接；另一切換開關的共同端 是連接蓄電池的電源輸出端，亦具兩開關接點，其一空接，另一透過限制 開關與負載連接。
5. 如權利要求1所述的太陽能電源系統控制裝置，其特徵在於前 述自動偵測暨保護電路包括有一功率電晶體，其閘極連接於一電阻與一齊納二極體的連接節點上，該電阻與齊納二極體是跨接於蓄電池兩端；一變壓器，其一次側與功率電晶體的汲極連接，二次側則與電子開關 的控制端連接。
6. 如權利要求5所述的太陽能電源系統控制裝置，其特徵在於該 電子開關係 一矽控整流器，其閘極是與自動偵測暨保護電路輸出端連接， 陽、陰極則分別連接外部電源與雙工切換單元，並透過雙工切換單元的切 換開關與太陽能模組連接。
7. 如權利要求1所述的太陽能電源系統控制裝置，其特徵在於該 過放限制電路是令一 第 一 電晶體的基極透過一 齊納二極體與蓄電池的電 源輸出端連接，該第一電晶體集、射極又與一第二電晶體連接，該第二晶 體管集極連接限制開關。
8. 如權利要求7所述的太陽能電源系統控制裝置，其特徵在於該 限制開關係由一具有兩開關接點的繼電器構成，該繼電器的激磁線圏是與 過放限制電路的輸出端連接，其中一開關接點是透過雙工切換單元與蓄電 池的電源輸出端連接，另 一開關接點是連接於蓄電池電源輸出端與 一外部 供電輸出端之間。
9. 如權利要求2所述的太陽能電源系統控制裝置，其特徵在於該 負載是為一發光二極體照明模組。
10. 如權利要求1至9中任一項所述的太陽能電源系統控制裝置， 其特徵在於該蓄電池的電源輸出端透過限制開關連接 一 直流/交流轉換 器，用以將蓄電池輸出的直流電源轉換為交流電，以提供交流形式的電源。
專利摘要本實用新型是關於一種太陽能電源系統控制裝置，是由一太陽能板透過一光偵測器對一蓄電池進行充電，該光偵測器並透過一雙工切換單元決定蓄電池是否繼續充電及其儲存的電能是否對負載供電，又蓄電池同時與一自動偵測暨保護電路及一過放保護電路連接，前者可防止蓄電池過充，後者則在當蓄電池對負載供電且其電壓低於一設定值時，中止對負載供電。
文檔編號H02J7/35GK201051681SQ20072006689
公開日2008年4月23日 申請日期2007年1月31日 優先權日2007年1月31日
發明者莊幹雄, 範振嶽 申請人:範振嶽