多功能智能光伏控制器的製作方法

2023-05-19 07:28:21

專利名稱：多功能智能光伏控制器的製作方法
技術領域：
本發明涉及太陽能光伏控制器，尤其是涉及一種具有多種功能的太陽能智能光伏控制器。
背景技術：
當今，太陽能光伏產業發展迅猛，新的光伏產品層出不窮。有大型光伏發電系統， 也有中小型光伏應用系統，如太陽能照明設備、太陽能交通警示設備等。光伏應用系統主要由太陽能電池組件、蓄電池、光伏控制器和負載組成，其中光伏控制器是整個系統中的關鍵和核心，它的性能直接影響整個系統的使用效果和使用壽命。光伏控制器最基本的功能是對蓄電池進行充放電管理、保證蓄電池不過充、不過放。雖然現在廣泛應用的智能光伏控制器除擁有最基本的功能外，大多都增加了一些智能控制功能，如溫度補償、模式設定等，但現有光伏控制器也存在下列不足之處一是現有光伏控器通用性差，根據不同需求就要使用具有不同功能的光伏控制器，如有的要雙路輸出，有的要雙時段控制就要選擇不同的控制器；二是現有光伏控制器與太陽能電池組件之間的連接需用光伏組件接線盒，安裝不方便；三是現有光伏控制器一般針對單一種類的蓄電池，主要是鉛酸蓄電池，並且沒有針對鋰電池的光伏控制器。

發明內容
針對上述現有技術中太陽能光伏控制器存在的問題，本發明分別採取以下技術方
案解決。1、針對現有光伏控制器通用性差，不同場合要使用具有不同功能的光伏控制器的問題，本發明將多種功能綜合到控制器內，使其能更加適應不同場合的需要，增強其通用性。所採取的技術方案是所述多功能智能光伏控制器包括盒體和控制電路板，所述控制電路板包括反接保護電路、充放電及供電切換電路、穩壓及短路保護電路、軟開關、電壓電流採集電路、按鍵顯示電路、光敏傳感器、溫度傳感器和ARM處理器；所述太陽能電池與控制電路板之間設置有由二極體組成的光伏組件接線盒電路，所述反接保護電路通過接口分別與外部的開關電源、蓄電池和太陽能電池相連，所述開關電源、蓄電池和太陽能電池分別通過反接保護後與充放電及供電切換電路相連，所述蓄電池和太陽能電池分別通過反接保護後與電壓電流採集電路相連，所述充放電及供電切換電路與穩壓及短路保護電路相連，所述穩壓及短路保護電路與軟開關相連，所述ARM處理器分別與電壓電流採集電路、按鍵顯示電路、光敏傳感器、溫度傳感器、充放電及供電切換電路、穩壓及短路保護電路和軟開關分別相連，所述按鍵顯示電路包括控制按鍵和LED顯示電路，所述控制按鍵包括測試按鍵、 菜單選擇鍵和參數選擇鍵。通過上述技術方案可以使本發明所述的光伏控制器除具有基本的充放電控制功能外，還同時具有雙路穩壓輸出，市電和蓄電池供電自動切換，短路、防雷、反接、過載、充滿過放自動關斷及恢復等全功能保護，溫度補償，晚上亮燈時間和早晨亮燈時間雙時段控制，光控時控配合控制，參數掉電保護，蓄電池選擇，運行狀態和參數顯示，測試模式等多種功能，增強了控制器的通用性，能滿足多種場合的不同需要。2、為解決現有光伏控制器需通過單獨的光伏組件接線盒與太陽能電池相連所帶來的問題，本發明把由二極體構成的光伏組件接線盒電路一併設計到光伏控制器的電路中，構成一個集成了光伏組件接線盒功能的控制器，並在控制器上留有接口(接線端子)使之能方便的與太陽能電池連接，從而省去了單獨使用的光伏組件接線盒，安裝更方便。3、為解決現有光伏控制器只針對單一種類蓄電池的問題，本發明採取以下技術方案通過對ARM處理器晶片的編程，增加蓄電池選擇模式，通過按鍵設置可以選擇密封電池、開口電池、膠體電池和鋰電池，並可根據不同的蓄電池類型匹配合適的充放電參數，並專門針對鋰電池，在蓄電池通過反接保護後與電壓電流採集電路之間增加了一個均衡電路，從而實現對鋰電池的均衡充電，延長鋰電池的使用壽命。
本發明所述多功能智能光伏控器器大致分為以下四部分
1、電源輸入部分包括對市電輸入、蓄電池輸入、太陽能電池輸入起保護作用的反接保護電路和充放電及供電切換電路。充放電及供電切換電路實現市電供電和蓄電池供電的切換，以及實現太陽能電池對蓄電池的充電控制、蓄電池的放電控制，同時，向輸出部分的 MosFet穩壓及短路保護電路提供電源。2、數據採集顯示控制部分包括控制按鍵、LED顯示電路，電壓電流採集、溫度採集，感光採集和均衡電路。控制按鍵包括測試按鍵、菜單選擇鍵和參數選擇鍵，測試按鍵可使控制器進入測試狀態，菜單選擇鍵用來選擇工作模式，參數選擇鍵用來設置對應模式的運行參數，通過按鍵設置可以選擇密封電池、開口電池、膠體電池和鋰電池，並可根據不同的蓄電池類型匹配合適的充放電參數。LED顯示電路包括二極體的狀態顯示和數碼管的運行參數顯示。電壓採集、電流採集、溫度採集、感光採集分別完成對蓄電池和太陽能電池電壓、放電電流、溫度狀態、光照情況的採集，並將這些信號供ARM處理器運算處理。電壓電流採集電路受ARM處理器的控制，從而控制均衡電路是否工作。當蓄電池設置為是鋰電池時， 均衡電路正常工作，否則均衡電路不工作，蓄電池電壓電流信號經反接保護後直接進入電壓電流採集電路。3、ARM處理器採用飛利浦公司ARM晶片LPC2134，該晶片是高端的32位實時處理器，在整個系統中處於核心地位。對採集模塊採集來的數據進行分析處理，做出相應決策， 控制充放電及供電切換電路、電壓電流採集電路、MosFet穩壓及短路保護電路和軟開關，實現對蓄電池的充放電控制、對控制器的保護控制、對輸出負載的通斷控制。4、輸出部分包括MosFet穩壓及短路保護電路和軟開關。在ARM處理器的控制下，MosFet穩壓及短路保護電路實現短路保護和穩壓輸出，軟開關實現雙路輸出獨立的通斷控制。本發明所述多功能智能光伏控制器的工作原理是
控制器以ARM處理器為核心，通過微處理器對蓄電池電壓、太陽能電池電壓、放電電流、環境溫度等參數進行採集，通過專用控制模型計算，選擇符合蓄電池特性的放電率及溫度補償參數，實現高準確控制，同時，採用智能高效的PWM模糊充電方式對蓄電池進行充電，保證蓄電池工作在最佳狀態。控制器帶有按鍵顯示電路，可以方便的設置運行模式和運行參數，同時顯示電路也可直觀的顯示當前的運行狀態。本發明所述控制電路板上的接線端子分別是蓄電池、開關電源、太陽能電池、光敏電阻的輸入接口及兩路負載的輸出接口。本發明所述多功能智能光伏控制器專為太陽能直流供電系統、太陽能直流路燈系統、小型太陽能電站系統設計，使用ARM晶片實現了智能化控制，所有晶片均採用工業級別，可以在惡劣的環境下使用。系統具有短路、過載和防反接保護，充滿、過放自動關斷、恢復等全功能保護措施，詳細的充電指示、蓄電池狀態、負載、市電及各種故障指示。本發明通過電腦晶片對蓄電池電壓、太陽能電池電壓、放電電流、環境溫度等參數進行採樣，通過專用控制模型計算，實現符合蓄電池特性的放電率、溫度補償修正的高準確控制，並採用了智能高效的PWM模糊充電方式對蓄電池進行充電，保證蓄電池工作在最佳狀態，大大延長了蓄電池的使用壽命。本控制器具有多種工作模式，可滿足不同用戶的需要。


圖1是本發明所述多功能光伏智能控制器原理示意框圖。
具體實施例方式下面結合圖1具體進行說明；
本發明所述多功能智能光伏控制器包括盒體、配裝在盒體內的控制電路板及控制電路板上的接口(接線端子)，圖1中虛線部份為控制器控制電路板的原理示意框圖，所述控制電路板包括對輸入電源起反接保護作用的反接保護電路，所述反接保護電路設有和開關電源、蓄電池、太陽能電池分別連接的三個接口(A、B、C三個接線端子)，所述開關電源與市電相連，所述穩壓及短路保護電路為MosFet穩壓及短路保護電路，太陽能電池與控制器之間的接口 C電路中還集成了由二極體組成的光伏組件接線盒電路，所述開關電源、蓄電池和太陽能電池經A、B、C接口與反接保護電路相連後再與充放電及供電切換電路相連，蓄電池和太陽能電池經B、C接口與反接保護電路相連後再與電壓電流採集電路相連。在保持蓄電池和太陽能電池經B、C接口與反接保護電路相連後再與電壓電流採集電路相連的同時， 為了更好地實現對鋰電池的均衡充電，延長鋰電池的使用壽命，本發明還在反接保護電路與電壓電流採集電路之間增加了一個一端與反接保護電路相連、另一端與電壓電流採集電路相連的均衡電路，因而可將蓄電池電壓信號、放電電流和太陽能電池電壓信號更好的引入電壓電流採集電路。所述充放電及供電切換電路與MosFet穩壓及短路保護電路相連， 將電源信號引入MosFet穩壓及短路保護電路，所述MosFet穩壓及短路保護電路與軟開關相連，所述ARM處理器分別與電壓電流採集電路、按鍵顯示電路、光敏傳感器、溫度傳感器、 充放電及供電切換電路、MosFet穩壓及短路保護電路、軟開關相連，接收並處理電壓、電流、 溫度、光照度、溫度、按鍵輸入信號，同時完成對顯示電路、電壓電流採集電路、充放電及供電切換電路、MosFet穩壓及短路保護電路和軟開關的控制，所述按鍵顯示電路包括控制按鍵、LED顯示電路，控制按鍵包括測試按鍵、菜單選擇鍵和參數選擇鍵，測試按鍵可使控制器進入測試狀態，菜單選擇鍵用來選擇工作模式，參數選擇鍵用來設置對應模式的運行參數， LED顯示電路包括五個發光二極體的狀態顯示和兩個數碼管的運行參數顯示，五個LED發光二極體用來顯示太陽能電池、蓄電池、市電、負載1、負載2的工作狀態，兩個數碼管在進
5行參數設置時分別顯示模式和改模式下的參數，在沒有進行參數設置時顯示溫度。所述ARM處理器晶片為LPC2134，通過ARM處理器對蓄電池電壓、太陽能電池電壓、 放電電流和環境溫度等參數進行採集，通過專用控制模型計算，選擇符合蓄電池特性的放電率及溫度補償參數，實現高準確控制。同時，採用PWM模糊充電方式對蓄電池進行充電， 保持蓄電池工作在最佳狀態。通過按鍵和顯示電路，可方便的設置運行模式和運行參數，並可直接觀察到當前的各種運行狀態。下面分別說明各種功能是如何實現的
1、參數瀏覽、參數調節和掉電保持功能控制器面板上的兩位數碼管，第一位顯示模式、第二位顯示該模式下的參數；正常工作時，按下控制器面板上的菜單選擇按鍵，系統模式和控制參數會顯示出來，每按一下菜單選擇按鍵，模式值將會變換一次，同時也會顯示該模式下的對應參數，此時，按下參數選擇按鍵則可設置改模式下的運行參數；系統的運行模式和參數等重要數據均保存在晶片內部，掉電後不丟失，使調節更加方便，系統工作更可罪。2、LED顯示LED顯示電路包括五個發光二極體的狀態顯示和兩個數碼管的運行參數顯示，五個LED發光二極體用來顯示太陽能電池、蓄電池、市電、負載1、負載2的工作狀態，兩個數碼管在進行參數設置時分別顯示模式和改模式下的參數，在沒有進行參數設置時顯示溫度。市電和蓄電池供電自動切換功能
3、當太陽能電池不能正常向負載供電時，市電通過控制器上的充放電及供電切換電路、穩壓及短路保護電路和軟開關，可自動單獨給負載供電而非市電直接加到蓄電池上面的接入方式，可減小市電對蓄電池和市電電源造成的損壞，能有效減少市電電源功率配置， 整個切換過程實現軟切換，不會對負載和蓄電池造成衝擊，負載工作不受影響。當出現過放時，對蓄電池進行提升充電，進行一次補償維護；當太陽能電池正常供電負載正常使用時，使用直充充電和浮充結合的充電方式，每隔7天市電就會加載到蓄電池上，對蓄電池進行一次提升充電，防止蓄電池硫化，大大延長了蓄電池的使用壽命；同時具有高精度溫度補償；當蓄電池過放後自動切斷與負載的連接。4、雙路穩壓輸出功能本發明通過MosFet穩壓及短路保護電路提供了兩路獨立的穩壓輸出，可獨立的對每一路輸出進行控制。5、雙時段功能本發明在進行軟體程序設計時也可對增加了兩路負載的雙時段控制功能，雙時段控制是指兩路負載的晚上亮燈時間和早晨亮燈時間均可設置，設置為雙時段功能後，負載晚上亮燈一段時間後關閉，天亮之前再次亮燈，等到白天時再關閉，並且亮燈時間可調。6、蓄電池的選擇功能為了實現這一功能在控制器軟體程序設計時增加了蓄電池選擇程序，本發明支持密封電池、開口電池、膠體電池、鋰電池等蓄電池的使用，使用前，需選擇正確的蓄電池類型，通過按壓設置在控制電路板上的菜單選擇鍵來進入蓄電池類型選擇模式，再通過按壓設置在控制電路板上的參數選擇鍵來選定蓄電池類型，設定完畢後等待30秒，參數將自動保存，控制器在運行時將根據設定的蓄電池參數在ARM處理器程序的作用下自動選擇的匹配的參數運行。當設定的蓄電池為鋰電池是，ARM處理器會發出控制信號讓均衡電路有效，使鋰電池各電芯的容量保持均衡，延長鋰電池的使用壽命。
7、光控時控配合控制本發明通過監測光控點可以實現純光控，也可以實現光控和雙時段定時配合控制。8、光控點調整光控點指晚上亮燈時太陽能電池板的電壓值，用戶可以根據實際環境調整光控開啟電壓，比如晚上太陽能電池板有其他光線幹擾而開不了燈時，可調高此值，濾除雜光幹擾，但開燈時間可能提前。9、光控判斷時間調整光控判斷時間指電池板電壓達到光控點時需要判斷的時間，時間越長濾波效果越好，調小此值可以達到提前開燈的目的，但容易受外界雜光幹擾。10、開燈延時時間調整延時開燈指晚上延時一定時間再開燈，調節此時間，可以達到推遲開燈的目的。11、測試功能白天時，按下控制器上的測試按鍵，可以直接打開負載，再次按下則關閉負載，打開後沒有再按鍵關閉負載，則1分鐘後自動關閉，方便現場施工測試使用。12、溫度補償通過控制器上的溫度傳感器，控制器會根據環境溫度自動調節充電電壓，以達到最佳充電效果。13、自我保護功能具有過充、過放、過載保護以及獨特電子短路保護與防反接保護，所有保護均不損害任何部件，不燒保險；具有TVS防雷保護，無跳線設計，可提高系統的可靠性、耐用性。下面表格是適用電壓為24V的控制器的系統基本電氣參數
權利要求
1.多功能智能光伏控制器，它包括盒體和控制電路板，所述控制電路板包括反接保護電路、充放電及供電切換電路、穩壓及短路保護電路、軟開關、電壓電流採集電路、按鍵顯示電路、光敏傳感器、溫度傳感器和ARM處理器；其特徵是所述太陽能電池與控制電路板之間設置有由二極體組成的光伏組件接線盒電路，所述反接保護電路通過接口分別與外部的開關電源、蓄電池和太陽能電池相連，所述開關電源、蓄電池和太陽能電池分別通過反接保護後與充放電及供電切換電路相連，所述蓄電池和太陽能電池分別通過反接保護後與電壓電流採集電路相連，所述充放電及供電切換電路與穩壓及短路保護電路相連，所述穩壓及短路保護電路與軟開關相連，所述ARM處理器分別與電壓電流採集電路、按鍵顯示電路、光敏傳感器、溫度傳感器、充放電及供電切換電路、穩壓及短路保護電路和軟開關分別相連， 所述按鍵顯示電路包括控制按鍵和LED顯示電路，所述控制按鍵包括測試按鍵、菜單選擇鍵和參數選擇鍵。
2.根據權要求1所述的多功能智能光伏控制器，其特徵是在保持蓄電池和太陽能電池經B、C接口與反接保護電路相連後再與電壓電流採集電路相連的同時，在反接保護電路與電壓電流採集電路之間增加了一個一端與反接保護電路相連、另一端與電壓電流採集電路相連的均衡電路。
全文摘要
本發明公開了多功能智能光伏控制器，它包括盒體和控制電路板，所述控制電路板上反接保護電路通過接口分別與開關電源、蓄電池和太陽能電池相連，開關電源、蓄電池和太陽能電池分別通過反接保護後與充放電及供電切換電路相連，蓄電池和太陽能電池分別通過反接保護後與電壓電流採集電路相連，所述充放電及供電切換電路與穩壓及短路保護電路相連，所述穩壓及短路保護電路與軟開關相連，所述ARM處理器分別與電壓電流採集電路、按鍵顯示電路、光敏傳感器、溫度傳感器、充放電及供電切換電路、穩壓及短路保護電路和軟開關分別相連，本發明具有多種功能和工作模式，增強了控制器的通用性，可滿足不同用戶的需要，增強了控制器的通用性，安裝方便，使用可靠。
文檔編號H02J7/00GK102157966SQ20111008979
公開日2011年8月17日 申請日期2011年4月12日 優先權日2011年4月12日
發明者陸明, 陳立 申請人:江西日普升太陽能光伏產業有限公司