具備mppt功能的寬電壓輸入智能光伏充電控制系統的製作方法

2023-09-19 18:44:10 1

專利名稱：具備mppt功能的寬電壓輸入智能光伏充電控制系統的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及ー種光伏充電系統，具體的涉及ー種具備MPPT功能的寬電壓輸入智能光伏充電控制系統。
背景技術：
太陽能是一種清潔的可再生能源，取之不盡，用之不竭。相關專家預測，2040年全球的光伏發電量將佔世界總發電量的26%左右，2050年後太陽能將成為世界能源的支柱。但目前太陽能電池的光電轉換效率較低，加上系統電路的損耗，其綜合效率只有11%左右，所以如何提高光伏系統的效率是太陽能利用的關鍵問題之一。作為光伏充放電系統中的儲能元件，蓄電池在恆壓或者恆流充電時容易在極板上生成難於轉換為活性物質的硫酸鉛結晶，致使蓄電池導電性不良、電阻大，溶解度和溶解速度小，嚴重影響其使用壽命。太陽能電池板是ー種能夠吸收太陽光並將其轉換為電能的半導體裝置，根據其內部結構和輸出伏安特性所得到的等效電路如圖I所示，它由ー個受光強和溫度影響的電流源並聯ー個ニ極管再串ー個電阻組成。太陽能電池板的最大功率點受到當時光照強度和電池板工作溫度的影響，不同的光照強度下其最大功率點不同，如圖2所示。圖2中，S表示光照強度，W、V和I分別表示太陽能電池板的輸出功率、輸出電壓和電流。由圖2可知，太陽電池板始終工作在最大功率點時，其輸出能量達到最大。因而，需要相應的控制算法能在快速變化的天氣條件下有效跟蹤最大功率點，使得電池板儘可能地工作在最大功率點上，即為MPPT算法。根據戴維南定理，將太陽能電池簡單等效為ー個理想的直流電壓源i和ー個電源電阻r的串聯，如圖3所示，當然該直流電壓源的電壓和串聯的電阻是變化的。某ー時刻負載電阻民所獲得的功率
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dp由式(2)可知當D 吋^" = G輸出功率P達到最大值。
A1 = r UK1由於太陽能電池板受到光強、溫度、太陽光入射角等影響時，其輸出電壓、輸出電流和內阻不斷變化，因而只有動態改變負載等效電阻，才能使得太陽能電池板的輸出功率達到最尚
實用新型內容
[0012]為克服現有技術中光伏充電器轉換效率低、蓄電池導電性不良、電阻大，溶解度和溶解速度小及普通光伏充電控制器的其他ー些缺點，本實用新型利用MPPT算法提高系統的整體光電轉換效率，脈衝充電模式可以減緩硫酸化結晶過程、修復受損的蓄電池，有效地延長其使用壽命。另外，蓄電池表面溫度的實時監測和過溫自動停止充電功能，使得充電過程始終處於安全狀態。為實現上述技術目的 ，達到上述技術效果，本實用新型採用了以下技術方案一種具備MPPT功能的寬電壓輸入智能光伏充電控制系統，包括太陽能電池陣列和蓄電池，所述太陽能電池陣列連接有升降壓電路，所述升降壓電路連接具有脈衝充電功能的充電電路，所述充電電路連接所述蓄電池；還包括單片機控制器，所述單片機控制器連接所述充電電路，用於控制充電電路進行不同功能的充電模式進行充電，包括快速充電、脈衝充電、浮充充電及自動停止充電，所述充電電路的輸出端通過電流電壓檢測電路反饋至所述單片機控制器，所述單片機控制器還通過開關PWM控制電路連接至所述升降壓電路，所述開關PWM控制電路通過調節開關管的脈衝佔空比改變負載部分的等效電阻。進ー步的，所述蓄電池還連接有用於實時監測蓄電池表面溫度的溫度傳感器，所述溫度傳感器連接所述單片機控制電路；所述溫度傳感器實時監測所述蓄電池的表面溫度，使充電過程始終處於安全狀態，當其表面溫度超過45°C時自動停止充電。進ー步的，所述單片機控制電路還連接一用於顯示及報警的液晶模塊。與現有技術相比，本實用新型具有以下優點(I)本實用新型採用MPPT算法，系統光電轉換效率高；(2)通過升降壓電路，實現寬電壓輸入，可在5V-26V輸入電壓範圍內實現充電功倉泛;(3)充電時具有快速充電、脈衝充電、浮充充電功能，有效延遲蓄電池的使用壽命;(4)當蓄電池溫度達到設定值時自動關閉充電，安全充電且保護蓄電池；(5)經反覆測試，本實用新型的寬電壓輸入智能光伏充電控制系統工作穩定可靠。上述說明僅是本實用新型技術方案的概述，為了能夠更清楚了解本實用新型的技術手段，並可依照說明書的內容予以實施，以下以本實用新型的較佳實施例並配合附圖詳細說明如後。

此處所說明的附圖用來提供對本實用新型的進ー步理解，構成本申請的一部分，本實用新型的示意性實施例及其說明用於解釋本實用新型，並不構成對本實用新型的不當限定。在附圖中圖I為太陽能電池板等效電路圖。圖2為太陽能電池板的輸出功率與輸出電壓電流關係圖。圖3為線性系統電路圖。圖4為本實用新型的具備MPPT功能的寬電壓輸入智能光伏充電系統的總原理圖。圖5為本實用新型的具備MPPT功能的寬電壓輸入智能光伏充電系統的升降壓電路原理圖。[0030]圖6為本實用新型的具備MPPT功能的寬電壓輸入智能光伏充電系統的充電電路
原理圖。圖7為本實用新型的具備MPPT功能的寬電壓輸入智能光伏充電系統的電壓電流檢測電路原理圖；其中，圖7 (a)為電壓檢測電路原理圖；圖7 (b)為電路檢測電路原理圖。
具體實施方式
下面將參考附圖並結合實施例，來詳細說明本實用新型。參見圖4所示，一種具備MPPT功能的寬電壓輸入智能光伏充電控制系統，包括太陽能電池陣列8和蓄電池9，所述太陽能電池陣列8連接有升降壓電路1，所述升降壓電路I連接具有脈衝充電功能的充電電路2，所述充電電路2連接所述蓄電池9 ;還包括單片機控制器6，所述單片機控制器6連接所述充電電路2，用於控制充電電路進行不同功能的充電模式進行充電，包括快速充電、脈衝充電、浮充充電及自動停止充電，所述充電電路2的輸出端通過電流電壓檢測電路3反饋至所述單片機控制器6，所述單片機控制器6還通過開關PWM控制電路4連接至所述升降壓電路I，所述開關PWM控制電路4通過調節開關管的脈衝佔空比改變負載部分的等效電阻。進ー步的，所述蓄電池9還連接有用於實時監測蓄電池表面溫度的溫度傳感器7，所述溫度傳感器7連接所述單片機控制電路6 ;所述溫度傳感器6實時監測所述蓄電池9的表面溫度，使充電過程始終處於安全狀態，當其表面溫度超過45°C時自動停止充電。進ー步的，所述單片機控制電路6還連接一用於顯示及報警的液晶模塊5，所述液晶模塊5連接所述溫度傳感器7。參見圖5所示，所述升降壓電路I包括主要由升壓穩壓器Ul構成的升壓穩壓器電路101和主要由開關電壓調節器U2構成的開關電壓調節電路102，所述升壓穩壓器電路101的輸出端連接所述開關電壓調節電路102的輸入端；所述升壓穩壓器電路101的輸入端連接有第一穩壓管D1，輸出端連接有由發光二極體D2和電阻串聯構成的發光支路；所述開關電壓調節電路102的反饋端為一可調電阻R_adj，所述可調電阻R_adj的一端通過電阻接地,另一端通過電容接地。參見圖6所示，所述充電電路2主要由可調控輸出開關模式同步整流器的電流源U3構成，所述可調控輸出開關模式同步整流器的電流源U3的電流檢測負比較器輸入端CS-與正電流檢測比較器輸入端CS+之間通過第二開關J2和第三開關J3連接有第一電阻Rl，並通過第四開關J4和第五開關J5連接有第二電阻R2，所述第一電阻Rl上跨接有第一開關Jl，所述第二電阻R2上跨接有第六開關J6。優選的，所述可調控輸出開關模式同步整流器的電流源U3為MAX1640集成晶片或MAX1641集成晶片。當所述可調控輸出開關模式同步整流器的電流源U3為MAX1640集成晶片時，需要將第一開關J1、第四開關J4、第五J5開關斷開，第二開關J2、第三開關J3、第六開關J6閉合；當所述可調控輸出開關模式同步整流器的電流源U3為MAX1641集成晶片時，需要將第ー開關J1、第四開關J4、第五J5開關閉合，第二開關J2、第三開關J3、第六開關J6斷開。參見圖7所示，所述電流電壓檢測電路3包括電流檢測電路、電壓檢測電路和A/D轉換電路，所述A/D轉換電路用於電壓電流的採集。所述電流檢測電路主要包括第一雙路差動輸入運算放大器U4，如圖7 (a)所示。所述電壓檢測電路主要包括第二雙路差動輸入運算放大器U5，如圖7 (b)所示。以上所述僅為本實用新型的優選實施例而已，並不用於限制本實用新型，對於本 領域的技術人員來說，本實用新型可以有各種更改和變化。凡在本實用新型的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本實用新型的保護範圍之內。
權利要求1.具備MPPT功能的寬電壓輸入智能光伏充電控制系統，包括太陽能電池陣列(8)和蓄電池(9)，其特徵在於所述太陽能電池陣列(8)連接有用於實現太陽能電池板輸出電壓的穩壓輸入的升降壓電路(1)，所述升降壓電路(I)連接具有脈衝充電功能的充電電路(2)，所述充電電路(2)連接所述蓄電池(9);還包括單片機控制器(6)，所述單片機控制器(6)連接所述充電電路(2)，用於控制充電電路進行不同功能的充電模式進行充電，包括快速充電、脈衝充電、浮充充電及自動停止充電，所述充電電路(2)的輸出端通過電流電壓檢測電路(3 )反饋至所述單片機控制器(6 )，所述單片機控制器(6 )還通過開關PWM控制電路(4)連接至所述升降壓電路(1)，所述開關PWM控制電路(4)通過調節開關管的脈衝佔空比改變負載部分的等效電阻。
2.根據權利要求I所述的具備MPPT功能的寬電壓輸入智能光伏充電控制系統，其特徵在於所述蓄電池(9)還連接有用於實時監測蓄電池表面溫度的溫度傳感器(7)，所述溫度傳感器(7)連接所述單片機控制電路(6)。
3.根據權利要求I所述的具備MPPT功能的寬電壓輸入智能光伏充電控制系統，其特徵在於所述單片機控制電路(6)還連接一用於顯示及報警的液晶模塊(5)。
4.根據權利要求2所述的具備MPPT功能的寬電壓輸入智能光伏充電控制系統，其特徵在於所述單片機控制電路(6)還連接一用於顯示及報警的液晶模塊(5)。
5.根據權利要求I所述的具備MPPT功能的寬電壓輸入智能光伏充電控制系統，其特徵在於所述升降壓電路(I)包括主要由升壓穩壓器(Ul)構成的升壓穩壓器電路(101)和主要由開關電壓調節器(U2)構成的開關電壓調節電路(102)，所述升壓穩壓器電路(101)的輸出端連接所述開關電壓調節電路(102)的輸入端；所述升壓穩壓器電路(101)的輸入端連接有第一穩壓管(D1)，輸出端連接有由發光二極體(D2)和電阻串聯構成的發光支路；所述開關電壓調節電路(102)的反饋端為一可調電阻(R_adj)，所述可調電阻(R_adj)的一端通過電阻接地，另一端通過電容接地。
6.根據權利要求I所述的具備MPPT功能的寬電壓輸入智能光伏充電控制系統，其特徵在於所述充電電路(2)主要由可調控輸出開關模式同步整流器的電流源(U3)構成，所述可調控輸出開關模式同步整流器的電流源(U3)的電流檢測負比較器輸入端(CS-)與正電流檢測比較器輸入端(CS+)之間通過第二開關(J2)和第三開關(J3)連接有第一電阻(R1)，並通過第四開關(J4)和第五開關(J5)連接有第二電阻(R2)，所述第一電阻(Rl)上跨接有第一開關(J1)，所述第二電阻(R2)上跨接有第六開關(J6)。
7.據權利要求6所述的具備MPPT功能的寬電壓輸入智能光伏充電控制系統，其特徵在於所述可調控輸出開關模式同步整流器的電流源(U3)為MAX1640集成晶片或MAX1641集成晶片。
8.根據權利要求I至7中任一項所述的具備MPPT功能的寬電壓輸入智能光伏充電控制系統，其特徵在於所述電流電壓檢測電路(3)包括電流檢測電路和電壓檢測電路。
9.根據權利要求8所述的具備MPPT功能的寬電壓輸入智能光伏充電控制系統，其特徵在於所述電流檢測電路主要包括第一雙路差動輸入運算放大器(U4)。
10.根據權利要求8所述的具備MPPT功能的寬電壓輸入智能光伏充電控制系統，其特徵在於所述電壓檢測電路主要包括第二雙路差動輸入運算放大器(U5)。
專利摘要本實用新型公開了一種具備MPPT功能的寬電壓輸入智能光伏充電控制系統，包括太陽能電池陣列和蓄電池，太陽能電池陣列連接升降壓電路，升降壓電路連接充電電路，充電電路連接蓄電池；還包括單片機控制器，單片機控制器連接充電電路，充電電路的輸出端通過電流電壓檢測電路反饋至單片機控制器，單片機控制器還通過開關PWM控制電路連接至升降壓電路，蓄電池還連接有用於實時監測蓄電池表面溫度的溫度傳感器，溫度傳感器連接單片機控制電路；單片機控制電路還連接一用於顯示及報警的液晶模塊。本實用新型可在5V-26V範圍內對12V蓄電池進行預設模式充電，系統工作穩定可靠。
文檔編號H02J7/00GK202495780SQ20122003586
公開日2012年10月17日 申請日期2012年2月6日 優先權日2012年2月6日
發明者吳迪, 季晶晶, 張曉俊, 許宜申, 陶智 申請人:蘇州大學