一種太陽能蓄電池充放電控制器的製造方法
2023-08-01 17:00:06 2
一種太陽能蓄電池充放電控制器的製造方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種太陽能蓄電池充放電控制器，屬於太陽能應用【技術領域】。本實用新型包括太陽能充電控制電路、電壓檢測電路、電流檢測電路、3V穩壓電路、單片機、自恢復保險絲和供電控制電路；太陽能充電控制電路的輸入端與太陽能電池板相連、其輸出端與蓄電池相連，電壓檢測電路和電流檢測電路的輸入端分別與蓄電池相連、其輸出端分別與單片機的ADC接口相連，3V穩壓電路的輸入端與蓄電池相連、其輸出端與單片機的電源端相連，供電控制電路的輸入端與單片機的I/O接口相連、輸出端與負載的電源端相連、電源端與自恢復保險絲相連，自恢復保險絲的另一端與蓄電池相連。本實用新型結構簡單、易於實現，功耗低，對太陽能的利用率高。
【專利說明】—種太陽能蓄電池充放電控制器
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種太陽能蓄電池充放電控制器，屬於太陽能應用【技術領域】。
【背景技術】
[0002]節能減排、低碳生活已成為人們所關注的問題，太陽能作為一種新興的綠色能源，正得到迅速發展與應用。利用太陽能的關鍵技術之一就是太陽能控制器對蓄電池充放電的智能控制與管理，既要最大效率地利用太陽能，又要避免影響蓄電池的使用壽命。由於在光伏系統中，充電電源本身並不是真正意義上的「無限電源」，而是來自太陽能光伏陣列輸出的「有限電源」，既不能恆壓輸出，也不能恆流輸出，而是隨著光照強度和溫度的變化而變化，有時甚至還不能輸出足夠的電壓和電流。因此，利用太陽能光伏陣列對蓄電池充電時有著一定的特殊性，除了選擇合適的充電方法外，還要考慮如何最大效率地利用太陽能。目前，利用太陽能對蓄電池充電時，均採用了太陽最大功率點跟蹤與智能充電方法相結合的充電策略，但其控制算法較為複雜，控制器本身的功耗較大，所收集的有限太陽能有很大一部分被控制器消耗掉，不適合於低功耗應用要求，而且在同等條件下增加了太陽能電池板的容量，從而增加了成本。
【發明內容】
[0003]本實用新型要解決的技術問題是:避免現有技術中的不足之處而提供一種低成本、低功耗、易於實現，且能高效率收集太陽能的太陽能蓄電池充放電控制器。
[0004]本實用新型技術方案是:一種太陽能蓄電池充放電控制器，包括太陽能充電控制電路、電壓檢測電路、電流檢測電路、3V穩壓電路、單片機、自恢復保險絲和供電控制電路；所述太陽能充電控制電路的輸入端與太陽能電池板相連、其輸出端與蓄電池相連，所述電壓檢測電路和電流檢測電路的輸入端分別與蓄電池相連，電壓檢測電路和電流檢測電路的輸出端分別與單片機的ADC接口相連，所述3V穩壓電路的輸入端與蓄電池相連、其輸出端與單片機的電源端相連，所述供電控制電路的輸入端與單片機的I/O接口相連、其輸出端與負載的電源端相連，供電控制電路的電源端與自恢復保險絲相連，自恢復保險絲的另一端與蓄電池正極相連。
[0005]所述單片機的型號可以為MSP430F2132，單片機未提及的其他埠均為常用的連接方式。
[0006]如圖2所示，所述太陽能充電控制電路包括集成電路BQ24650以及外圍的電阻、電容、電感和MOS管等；其中，BQ24650是一個專門用於太陽能為蓄電池充電、且具有最大功率點跟蹤的同步交換模式充電控制器，適用於5?28 V的太陽能電池板。BQ24650對電池的充電周期包括預充電、恆流充電和恆壓充電3個階段，預充電的時間固定為30min，預充電電流為快速充電電流的1/10 ;當充電電流低於快速充電電流的1/10時充電自動終止；當蓄電池電壓低於BQ24650設定的內部門限值時，自動重啟充電周期；當太陽能電池板的輸出電壓下降至蓄電池電壓以下時，BQ24650自動進入低靜態電流(小於15 μΑ)的休眠模式。[0007]圖2中的電阻R1、電容Cl、二極體D3、電阻R8和電容C2組成BQ24650的輸入電源電路，用於將太陽能電池板的輸出電壓轉換為BQ24650的輸入電源。其中，電阻Rl和電容Cl組成一個RC濾波網絡，用於抑制太陽能電池板熱插拔時的瞬間振蕩；二極體D3用於防止反向電壓加在VCC端時引起的損壞；電阻R8和電容C2組成另一個RC濾波網絡，用於消除太陽能電池板輸出電壓的紋波。MOS管Ql、Q2、電阻R9、電感LI和電容C6?C9組成一個同步降壓式DC/DC穩壓電路，用於將BQ24650的輸入電壓轉換成合適的電壓對蓄電池充電。
[0008]BQ24650採用恆壓運算法來跟蹤太陽能電池板的最大功率點，當太陽能電池板的輸出功率因光強變弱而下降時，BQ24650通過自動降低充電電流來維持充電電壓恆定，從而保持太陽能電池板工作在最大功率點。當BQ24650的MPPSET引腳的電壓低於1.2 V時，則自動降低充電電流，若太陽能電池板確實不能提供足夠的功率輸出，則可將充電電流降為
0。太陽能電池板的最大功率點電壓可通過電阻R6和R7進行設置，即最大功率點電壓為
1.2 X (1+R6/R7)。
[0009]BQ24650進行恆壓充電或浮充時的充電電壓通過電阻R10、R11、R14以及MOS管Q3來設置:當進行恆壓充電時，BQ24650的STAT2引腳輸出高電平使MOS管Q3導通；當進行浮充時，BQ24650的STAT2引腳輸出低電平使MOS管Q3截止。BQ24650進行恆流充電時的電流由連接在BQ24650的SRP引腳與SRN引腳之間的電阻R9確定(SRP引腳與SRN引腳之間的電壓為40 mV)，而且通過電阻R9還可以設置預充電電流和終止充電時的電流，其值均為
0.1倍恆流充電電流。
[0010]如圖3所示，所述電流檢測電路包括高邊電流檢測集成電路INA169和外圍阻容元件R15、R16、C12、C13 ;其中，R15是一個阻值為20 ι?Ω的高精度電阻，它串聯在蓄電池的放電迴路中(V+端與蓄電池正極相連，V-端與放電迴路相連)，用於檢測蓄電池的放電電流，蓄電池的放電迴路是以蓄電池作為電源，接入負載後，蓄電池向負載供電時所形成的電路迴路；ΙΝΑ169的差分輸入端分別連接電阻R15的兩端，用於將電阻R15檢測的電流轉換為電壓，並通過電阻R16設置ΙΝΑ169的增益，將轉換後的電壓進行放大後，經Sout端輸出至所述單片機的ADC接口。所述電流檢測電路用於檢測蓄電池放電過程中的放電電流，當放電電流超過某個閾值時，則通過所述單片機控制所述供電控制電路切斷放電迴路，從而對蓄電池進行過流放電保護。
[0011]如圖4所示，所述電壓檢測電路包括電阻R31和R32、電容C31以及穩壓二極體D6。其中，R31的一端與蓄電池正極相連，R31的另一端與R32相連，R32的另一端與蓄電池負極相連，使R31和R32構成一個電阻分壓電路，並以R32上的電壓作為檢測結果通過Batt_ADC端送至所述單片機的ADC接口，所述單片機根據兩個分壓電阻R31、R32的阻值比例計算出蓄電池的端電壓；為降低電阻分壓電路消耗蓄電池的電量，R31和R32的阻值應儘可能地提高；電容C31並聯於電阻R32的兩端，用於濾除R32上電壓的紋波，從而提高所述單片機對R32上電壓進行ADC檢測的精度；D6是一個2.5V穩壓二極體，並聯於電阻R32的兩端，當R32上的分壓電壓超過2.5V時將其嵌位在2.5V，從而避免因R32分壓電壓過高而損壞所述單片機ADC接口。所述電壓檢測電路用於檢測蓄電池放電過程中的蓄電池的端電壓，由於蓄電池端電壓下降得相對比較緩慢，為降低電壓檢測電路對蓄電池能量的消耗，所述單片機每間隔10分鐘，控制所述電壓檢測電路對蓄電池的端電壓進行一次檢測，當蓄電池的端電壓低於其放電終止電壓時，則通過所述單片機控制所述供電控制電路切斷放電迴路，避免蓄電池繼續放電，從而對蓄電池進行欠壓保護。
[0012]如圖5所示，所述3V穩壓電路包括一個3V的線性穩壓集成電路TLV70430及其外圍電容C32、C33，TLV70430的輸入端與蓄電池正極相連，TLV70430的輸出端與所述單片機的電源端相連，用於將蓄電池的電壓轉換為3V為所述單片機供電；電容C32、C33分別並聯於TLV70430的輸入端和輸出端，用於濾除電源紋波。
[0013]如圖6所示，所述供電控制電路包括兩個MOS管Q7、Q12以及電阻R17、R18、R19 ；其中，Q7是一個大功率P溝道MOS管，其最大導通電流為50 A，Q12是一個小功率的N溝道MOS管；Q7的源極與自恢復保險絲的一端相連，即Vin與自恢復保險絲的一端相連，Q7的漏極與負載的電源端相連，即Vout與負載的電源端相連，Q7的柵極與Q12的漏極相連，Q12的源極接地，Q12的柵極與電阻R18相連，電阻R18的另一端與所述單片機的I/O 口相連，即MCU_10與所述單片機的I/O 口相連；電阻R17的兩端分別與Q12的柵極、源極相連，用於設置Q12柵極的偏置電壓；電阻R19的兩端分別與Q7的柵極、漏極相連，用於設置Q7柵極的偏置電壓；電阻R18串聯在所述單片機I/O 口與Q12柵極之間，用於限定該支路的電流；當所述單片機控制MCU_10輸出高電平時，Q12導通，從而Q7導通，接通蓄電池為負載供電的迴路；當所述單片機控制MCU_10輸出低電平時，Q12截止，從而Q7截止，切斷蓄電池為負載供電的迴路，停止蓄電池為負載供電。
[0014]本實用新型的有益效果是:此充放電控制器結構簡單、易於實現，控制器本身功耗低，充電過程中能使太陽能電池板工作在最大功率點，對太陽能的利用率高。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0015]圖1是本實用新型控制器的組成框圖；
[0016]圖2是本實用新型太陽能充電控制電路圖；
[0017]圖3是本實用新型控制器的電流檢測電路圖；
[0018]圖4是本實用新型控制器的電壓檢測電路圖；
[0019]圖5是本實用新型控制器的3V穩壓電路圖；
[0020]圖6是本實用新型控制器的供電控制電路圖。
【具體實施方式】
[0021]下面結合附圖和具體實施例，對本實用新型作進一步說明。
[0022]實施例1:如圖1-6所示，一種太陽能蓄電池充放電控制器，包括太陽能充電控制電路、電壓檢測電路、電流檢測電路、3V穩壓電路、單片機、自恢復保險絲和供電控制電路；所述太陽能充電控制電路的輸入端與太陽能電池板相連、其輸出端與蓄電池相連，所述電壓檢測電路和電流檢測電路的輸入端分別與蓄電池相連，電壓檢測電路和電流檢測電路的輸出端分別與單片機的ADC接口相連，所述3V穩壓電路的輸入端與蓄電池相連、其輸出端與單片機的電源端相連，所述供電控制電路的輸入端與單片機的I/O接口相連、其輸出端與負載的電源端相連，供電控制電路的電源端與自恢復保險絲相連，自恢復保險絲的另一端與蓄電池正極相連。
[0023]實施例2:如圖1-6所示，一種太陽能蓄電池充放電控制器，包括太陽能充電控制電路、電壓檢測電路、電流檢測電路、3V穩壓電路、單片機、自恢復保險絲和供電控制電路；所述太陽能充電控制電路的輸入端與太陽能電池板相連、其輸出端與蓄電池相連，所述電壓檢測電路和電流檢測電路的輸入端分別與蓄電池相連，電壓檢測電路和電流檢測電路的輸出端分別與單片機的ADC接口相連，所述3V穩壓電路的輸入端與蓄電池相連、其輸出端與單片機的電源端相連，所述供電控制電路的輸入端與單片機的I/O接口相連、其輸出端與負載的電源端相連，供電控制電路的電源端與自恢復保險絲相連，自恢復保險絲的另一端與蓄電池正極相連。
[0024]所述太陽能充電控制電路包括集成電路BQ24650和外圍的電阻、電容、電感及MOS管。
[0025]所述電流檢測電路包括高邊電流檢測集成電路INA169、電阻R15、R16、電容C12、C13，電阻R15串聯在蓄電池的放電迴路中，V+端與蓄電池正極相連，V-端與放電迴路相連，高邊電流檢測集成電路INA169的差分輸入端分別連接電阻R15的兩端，Sout端輸出至單片機的ADC接口。
[0026]所述電壓檢測電路包括電阻R31、R32、電容C31以及穩壓二極體D6，電阻R31的一端與蓄電池正極相連，電阻R31的另一端與電阻R32相連，電阻R32的另一端與蓄電池負極相連，電容C31、穩壓二極體D6並聯於電阻R32的兩端。
[0027]所述3V穩壓電路包括一個3V的線性穩壓集成電路TLV70430及其外圍電容C32、C33，TLV70430的輸入端與蓄電池正極相連、其輸出端與所述單片機的電源端相連，電容C32、C33分別並聯於TLV70430的輸入端和輸出端。
[0028]所述供電控制電路包括一個大功率P溝道MOS管Q7和一個小功率的N溝道MOS管Q12，P溝道MOS管Q7的漏極與蓄電池正極相連，P溝道MOS管Q7的源極與負載的電源端相連，P溝道MOS管Q7的柵極與N溝道MOS管Q12的漏極相連，N溝道MOS管Q12的源極接地，N溝道MOS管Q12的柵極通過電阻R18與所述單片機的I/O 口相連。
[0029]上面結合附圖對本實用新型的具體實施例作了詳細說明，但是本實用新型並不限於上述實施例，在本領域普通技術人員所具備的知識範圍內，還可以在不脫離本實用新型宗旨的前提下作出各種變化。
【權利要求】
1.一種太陽能蓄電池充放電控制器，其特徵在於:包括太陽能充電控制電路、電壓檢測電路、電流檢測電路、3V穩壓電路、單片機、自恢復保險絲和供電控制電路；所述太陽能充電控制電路的輸入端與太陽能電池板相連、其輸出端與蓄電池相連，所述電壓檢測電路和電流檢測電路的輸入端分別與蓄電池相連，電壓檢測電路和電流檢測電路的輸出端分別與單片機的ADC接口相連，所述3V穩壓電路的輸入端與蓄電池相連、其輸出端與單片機的電源端相連，所述供電控制電路的輸入端與單片機的I/O接口相連、其輸出端與負載的電源端相連，供電控制電路的電源端與自恢復保險絲相連，自恢復保險絲的另一端與蓄電池正極相連。
2.根據權利要求1所述的太陽能蓄電池充放電控制器，其特徵在於:所述太陽能充電控制電路包括集成電路BQ24650和外圍的電阻、電容、電感及MOS管。
3.根據權利要求1所述的太陽能蓄電池充放電控制器，其特徵在於:所述電流檢測電路包括高邊電流檢測集成電路INA169、電阻(R15、R16)、電容(C12、C13)，電阻(R15)串聯在蓄電池的放電迴路中，V+端與蓄電池正極相連，V-端與放電迴路相連，高邊電流檢測集成電路INA169的差分輸入端分別連接電阻(R15)的兩端，Sout端輸出至單片機的ADC接口。
4.根據權利要求1所述的太陽能蓄電池充放電控制器，其特徵在於:所述電壓檢測電路包括電阻(R31、R32)、電容(C31)以及穩壓二極體(D6)，電阻(R31)的一端與蓄電池正極相連，電阻(R31)的另一端與電阻(R32)相連，電阻(R32)的另一端與蓄電池負極相連，電容(C31)、穩壓二極體(D6)並聯於電阻(R32)的兩端。
5.根據權利要求1所述的太陽能蓄電池充放電控制器，其特徵在於:所述3V穩壓電路包括一個3V的線性穩壓集成電路TLV70430及其外圍電容(C32、C33)，TLV70430的輸入端與蓄電池正極相連、其輸出端與所述單片機的電源端相連，電容(C32、C33)分別並聯於TLV70430的輸入端和輸出端。
6.根據權利要求1所述的太陽能蓄電池充放電控制器，其特徵在於:所述供電控制電路包括一個大功率P溝道MOS管(Q7)和一個小功率的N溝道MOS管(Q12)，P溝道MOS管(Q7)的漏極與蓄電池正極相連，P溝道MOS管(Q7)的源極與負載的電源端相連，P溝道MOS管(Q7)的柵極與N溝道MOS管(Q12)的漏極相連，N溝道MOS管(Q12)的源極接地，N溝道MOS管(Q12)的柵極通過電阻(R18)與所述單片機的I/O 口相連。
【文檔編號】H02J7/00GK203589779SQ201320707268
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2013年11月11日 優先權日:2013年11月11日
【發明者】李加念 申請人:昆明理工大學