一種自動化充電控制的太陽能節能路燈的製作方法

2023-12-04 09:12:16 2

本發明涉及一種新能源路燈，尤其涉及一種自動化充電控制的太陽能節能路燈。

背景技術：

路燈照明一般採用市政供電，由於路燈數量眾多、分布區域較廣而且照明時間較長，對於市政部門來說，即使採用節能環保的LED路燈，路燈的耗電量也非常大，同時路燈的開關管理也需要市政部門安排專門的工作人員進行管理，人力成本也比較高。

現有技術中，也存在一些採用自然能源進行供電的技術方案，例如，採用太陽能電池作為LED路燈的供電單元，將太陽能轉換為電能以儲存在蓄電池中，並在LED路燈打開時為LED燈管供電。

然而，現有技術中的LED太陽能路燈尚存在以下缺陷：1、太陽能供電單元本身設計不夠合理，能耗比較高；2、在太陽能不充足的時段和地區，容易導致LED路燈供電不足的情況發生；3、仍然沒有解決路燈開關無法自動控制的技術問題。

申請號為201510638402.9的專利提出了一種自動化充電控制的太陽能LED路燈的照明方法，該方法包括提供一種自動化充電控制的太陽能LED路燈，LED路燈包括LED燈管、飛思卡爾工MX6處理器、實時時鐘晶片、光電池和鉛酸蓄電池，光電池為鉛酸蓄電池充電，充電後的鉛酸蓄電池為飛思卡爾工MX6處理器、實時時鐘晶片和LED燈管提供電力供應，飛思卡爾工MX6處理器與實時時鐘晶片連接，根據實時時鐘晶片提供的當前的系統時間控制光電池對鉛酸蓄電池的充電。通過該發明實現在不同的時間段採用最合適的充電方式對LED路燈充電，提高了LED路燈的自動化水準。但是在光照不足的情況下，該系統就無法工作，難以滿足路燈在實際應用中的多樣化需求。

申請號為201510645256.2的專利提出了一種自動化殺蟲的LED太陽能路燈，所述太陽能路燈包括LED燈管、主控制器、目標識別設備、光電池和鉛酸蓄電池，光電池為鉛酸蓄電池充電，充電後的鉛酸蓄電池為主控制器、目標識別設備和LED燈管提供電力供應，主控制器與目標識別設備連接以根據目標識別設備的識別結果確定LED路燈附近樹葉分布情況。通過該發明兼顧樹葉分布檢測和自動充電功能。但是利用該專利無法使路燈實現自動化控制，無法在不同的時間段智能控制路燈，實用性不強。

技術實現要素：

本發明的目的是為了解決現有技術中路燈浪費能源，且智能化程度不夠的缺點，提出了一種自動化充電控制的太陽能節能路燈。

為了實現上述目的，本發明採用了如下技術方案：

一種自動化充電控制的太陽能節能路燈，包括太陽能電池板、升力風機結構、風力發電機、充放電控制器、蓄電池、路燈控制處理器和LED路燈負載，所述太陽能電池板和風力發電機分別與充放電控制器連接，所述充放電控制器依次連接路燈控制處理器和LED路燈負載，充放電控制器還連接有蓄電池；

所述升力風機結構設置在燈架上，包括三個葉片、偏航設備、輪轂和傳動設備；三個葉片在風通過時，由於每一個葉片的正反面的壓力不等而產生升力，升力帶動對應葉片旋轉；偏航設備與三個葉片連接，用於提供三個葉片旋轉的可靠性並解纜；輪轂與三個葉片連接，用於固定三個葉片，以在葉片受力後被帶動進行順時針旋轉，將風能轉化為低轉速的動能；傳動設備包括低速軸、齒輪箱、高速軸、支撐軸承、聯軸器和盤式制動器，齒輪箱通過低速軸與輪轂連接，通過高速軸與風力發電機連接，用於將輪轂的低轉速的動能轉化為風力發電機所需要的高轉速的動能；所述風力發電機與升力風機結構的齒輪箱連接，風力發電機包括定子繞組、轉子繞組、雙向背靠背IGBT電壓源變流器和風力發電機輸出接口，定子繞組直連風力發電機輸出接口，轉子繞組通過雙向背靠背IGBT電壓源變流器與風力發電機輸出接口連接；

所述充放電控制器內設有充放電控制電路，所述充放電控制電路包括有過充控制電路A、過放控制電路B、第一電阻R1、第二電阻R2、第一滑動觸點電位器W1、第一二極體D1、第二二極體D2，第一觸點開關K1的輸入端與電源正極N聯接，第一觸點開關K1輸出端的其中一腳與第一電阻R1一端聯接，第一電阻R1另一端與第一二極體D1一端聯接，第一二極體D1另一端與電源負極S聯接，第一觸點開關K1輸出端的另一腳與第二二極體D2一端聯接，第二二極體D2另一端與第十六電阻R16一端聯接後再分別與第二電阻R2、第三電阻R3、第四電阻R4一端聯接後聯接至第二觸點開關K2一端，第二電阻R2另一端與過充控制電路A、過放控制電路B聯接後再與穩壓二極體DR2一端聯接，穩壓二極體DR2另一端與聯接至電源負極S上；第三電阻R3另一端與過充控制電路A聯接後再聯接至第一滑動觸點電位器W1一端，第一滑動觸點電位器W1另一端與電源負極S聯接；過充控制電路A另一端與第二觸點開關K2輸入端聯接；第四電阻R4另一端與過放控制電路B聯接後再與第二滑動觸點電位器W2一端相聯接，第二滑動觸點電位器W2另一端與電源負極S聯接後接地；過放控制電路B另一端分別與第二觸點開關K2輸入端、第五二極體D5一端相聯接，第五二極體D5另一端與第十四電阻R14一端聯接，第十四電阻R14另一端與第二觸點開關K2其中一個輸出端聯接；第二觸點開關K2另一個輸出端與第三觸點開關K3輸入端聯接，第三觸點開關K3輸出端與LED燈頭聯接。過充控制電路A包括有第一運算放大器U1、第一三極體Q1、第二三極體Q2、第五電阻R5、第十五電阻R15，第一運算放大器U1的輸入端負極聯接在第三電阻R3與第一滑動觸點電位器W1之間，第一運算放大器U1的輸入端正極聯接在第二電阻R2與穩壓二極體DR2之間，第一運算放大器U1的輸出端與第十五電阻R15一端相聯接，第十五電阻R15的另一端與第一三極體Q1的基極聯接；第五電阻R5一端與第一運算放大器U1的輸入端負極聯接，另一端與第一運算放大器U1的輸出端聯接；第一三極體Q1的集電極分別與第七電阻R7、第八電阻R8一端聯接，第八電阻R8一端另一端與第二三極體Q2的基極聯接，第二三極體Q2的集電極分別與第九電阻R9、第三二極體D3一端相連接，第七電阻R7、第九電阻R9、第三二極體D3另一端均聯接至第二觸點開關K2上。過放控制電路B包括有第二運算放大器U2、第三三極體Q3、第四三極體Q4、第六電阻R6、第十三電阻R13，第二運算放大器U2的輸入端負極聯接在第二電阻R2與穩壓二極體DR2之間，第二運算放大器U2的輸入端正極聯接在第四電阻R4與第二滑動觸點電位器W2之間，第二運算放大器U2的輸出端與第十三電阻R13一端相聯接，第十三電阻R13的另一端與第三三極體Q3的基極聯接；第六電阻R6一端與第二運算放大器U2的輸入端負極聯接，另一端與第二運算放大器U2的輸出端聯接；第三三極體Q3的集電極分別與第十電阻R10、第十一電阻R11一端相連接，第十一電阻R11另一端與第四三極體Q4的基極相聯接，第四三極體Q4的集電極分別與第十二電阻R12、第四二極體D4一端相連接，第十電阻R10、第十二電阻R12、第四二極體D4另一端並聯後聯接至第二觸點開關K2輸入端，第四三極體Q4的發射極與第五二極體D4一端相聯接，第五二極體D4另一端與第十四電阻R14一端相聯接，第十四電阻R14另一端與第二觸點開關K2輸出端聯接。

優選地，所述蓄電池為鉛酸蓄電池。

優選地，所述太陽能電池板設置在燈架上，太陽能電池板包括無反射薄膜覆蓋層、N型半導體、P型半導體、基板和電能輸出接口，用於將無反射薄膜覆蓋層接收的太陽能轉化為光學電能，電能輸出接口包括上部電極和下部電極，用於輸出光學電能。

優選地，所述升力風機結構的聯軸器為柔性軸，用於補償齒輪箱輸出軸和發電機轉子的平行性偏差和角度誤差。

優選地，所述升力風機結構的盤式制動器為液壓動作的盤式制動器，用於機械剎車制動。

優選地，所述風力發電機為雙饋異步發電機，用於將接收到的高轉速的動能轉化為風力電能。

優選地，所述風力發電機輸出接口為三相交流輸出接口，用於輸出風力電能。

優選地，所述風力發電機的電能輸出接口的上部電極和下部電極之間還並聯有第一防反二極體，第一防反二極體的正端與下部電極連接，負端與上部電極連接。

優選地，所述風力發電機的電能輸出接口的上部電極連接有，第一開關管為P溝增強型MOS管，其漏極與電能輸出接口的上部電極連接，其襯底與源極相連。

優選地，所述第一開關管的源極連接有第二防反二極體的正端；第二防反二極體的負端和下部電極之間並聯有第一電容和第二電容；第二防反二極體的負端和下部電極之間並聯有第三防反二極體，第三防反二極體的正端與下部電極連接，其負端與第二防反二極體的負端連接。

與現有技術相比，本發明的有益效果是：

1、本發明通過太陽能或者風力進行發電，並將電能儲存在蓄電池中，為LED路燈負載供電，並通過路燈控制處理器對LED路燈負載進行智能控制，節約了能源，同時提高了路燈的自動化水平。

2、通過本發明能夠自動跟蹤太陽能電板的輸出電壓以實現LED太陽能路燈的智能化打開和關閉。

3、本發明具有防蓄電池過放電、過充電功能，在太陽輻照或者風力不足情況下，由於蓄電池的充電狀態通常較低，使蓄電池放電時端電壓也較低，這樣負載工作電流較小、功率小，系統也能夠工作更長的時間，反之在太陽輻照比較充足時，負載工作電流較大、功率大、也更亮。

附圖說明

圖1為本發明提出的一種自動化充電控制的太陽能節能路燈的結構示意圖；

圖2為本發明提出的一種自動化充電控制的太陽能節能路燈中風力發電機的結構示意圖；

圖3為本發明提出的一種自動化充電控制的太陽能節能路燈中充放電控制器的結構示意圖。

具體實施方式

下面將對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。

實施例一

參照圖1-2，一種自動化充電控制的太陽能節能路燈，包括太陽能電池板、升力風機結構、風力發電機、充放電控制器、蓄電池、路燈控制處理器和LED路燈負載，所述太陽能電池板和風力發電機分別與充放電控制器連接，所述充放電控制器依次連接路燈控制處理器和LED路燈負載，充放電控制器還連接有蓄電池；所述蓄電池為鉛酸蓄電池。本發明通過太陽能或者風力進行發電，並將電能儲存在蓄電池中，為LED路燈負載供電，並通過路燈控制處理器對LED路燈負載進行智能控制，節約了能源，同時提高了路燈的自動化水平。

所述太陽能電池板設置在燈架上，太陽能電池板包括無反射薄膜覆蓋層、N型半導體、P型半導體、基板和電能輸出接口，用於將無反射薄膜覆蓋層接收的太陽能轉化為光學電能，電能輸出接口包括上部電極和下部電極，用於輸出光學電能。

所述升力風機結構設置在燈架上，包括三個葉片、偏航設備、輪轂和傳動設備；三個葉片在風通過時，由於每一個葉片的正反面的壓力不等而產生升力，升力帶動對應葉片旋轉；偏航設備與三個葉片連接，用於提供三個葉片旋轉的可靠性並解纜；輪轂與三個葉片連接，用於固定三個葉片，以在葉片受力後被帶動進行順時針旋轉，將風能轉化為低轉速的動能；傳動設備包括低速軸、齒輪箱、高速軸、支撐軸承、聯軸器和盤式制動器，齒輪箱通過低速軸與輪轂連接，通過高速軸與風力發電機連接，用於將輪轂的低轉速的動能轉化為風力發電機所需要的高轉速的動能，聯軸器為一柔性軸，用於補償齒輪箱輸出軸和發電機轉子的平行性偏差和角度誤差，盤式制動器，為一液壓動作的盤式制動器，用於機械剎車制動。

所述風力發電機與升力風機結構的齒輪箱連接，為一雙饋異步發電機，用於將接收到的高轉速的動能轉化為風力電能，風力發電機包括定子繞組、轉子繞組、雙向背靠背IGBT電壓源變流器和風力發電機輸出接口，定子繞組直連風力發電機輸出接口，轉子繞組通過雙向背靠背IGBT電壓源變流器與風力發電機輸出接口連接，風力發電機輸出接口為三相交流輸出接口，用於輸出風力電能。

所述風力發電機的電能輸出接口的上部電極和下部電極之間還並聯有第一防反二極體，第一防反二極體的正端與下部電極連接，負端與上部電極連接；風力發電機的電能輸出接口的上部電極連接有，第一開關管為P溝增強型MOS管，其漏極與電能輸出接口的上部電極連接，其襯底與源極相連；第一開關管的源極連接有第二防反二極體的正端；第二防反二極體的負端和下部電極之間並聯有第一電容和第二電容；第二防反二極體的負端和下部電極之間並聯有第三防反二極體，第三防反二極體的正端與下部電極連接，其負端與第二防反二極體的負端連接。

實施例二

參照圖3，所述充放電控制器內設有充放電控制電路，所述充放電控制電路包括有過充控制電路A、過放控制電路B、第一電阻R1、第二電阻R2、第一滑動觸點電位器W1、第一二極體D1、第二二極體D2，第一觸點開關K1的輸入端與電源正極N聯接，第一觸點開關K1輸出端的其中一腳與第一電阻R1一端聯接，第一電阻R1另一端與第一二極體D1一端聯接，第一二極體D1另一端與電源負極S聯接，第一觸點開關K1輸出端的另一腳與第二二極體D2一端聯接，第二二極體D2另一端與第十六電阻R16一端聯接後再分別與第二電阻R2、第三電阻R3、第四電阻R4一端聯接後聯接至第二觸點開關K2一端，第二電阻R2另一端與過充控制電路A、過放控制電路B聯接後再與穩壓二極體DR2一端聯接，穩壓二極體DR2另一端與聯接至電源負極S上；第三電阻R3另一端與過充控制電路A聯接後再聯接至第一滑動觸點電位器W1一端，第一滑動觸點電位器W1另一端與電源負極S聯接；過充控制電路A另一端與第二觸點開關K2輸入端聯接；第四電阻R4另一端與過放控制電路B聯接後再與第二滑動觸點電位器W2一端相聯接，第二滑動觸點電位器W2另一端與電源負極S聯接後接地；過放控制電路B另一端分別與第二觸點開關K2輸入端、第五二極體D5一端相聯接，第五二極體D5另一端與第十四電阻R14一端聯接，第十四電阻R14另一端與第二觸點開關K2其中一個輸出端聯接；第二觸點開關K2另一個輸出端與第三觸點開關K3輸入端聯接，第三觸點開關K3輸出端與LED燈頭聯接。過充控制電路A包括有第一運算放大器U1、第一三極體Q1、第二三極體Q2、第五電阻R5、第十五電阻R15，第一運算放大器U1的輸入端負極聯接在第三電阻R3與第一滑動觸點電位器W1之間，第一運算放大器U1的輸入端正極聯接在第二電阻R2與穩壓二極體DR2之間，第一運算放大器U1的輸出端與第十五電阻R15一端相聯接，第十五電阻R15的另一端與第一三極體Q1的基極聯接；第五電阻R5一端與第一運算放大器U1的輸入端負極聯接，另一端與第一運算放大器U1的輸出端聯接；第一三極體Q1的集電極分別與第七電阻R7、第八電阻R8一端聯接，第八電阻R8一端另一端與第二三極體Q2的基極聯接，第二三極體Q2的集電極分別與第九電阻R9、第三二極體D3一端相連接，第七電阻R7、第九電阻R9、第三二極體D3另一端均聯接至第二觸點開關K2上。過放控制電路B包括有第二運算放大器U2、第三三極體Q3、第四三極體Q4、第六電阻R6、第十三電阻R13，第二運算放大器U2的輸入端負極聯接在第二電阻R2與穩壓二極體DR2之間，第二運算放大器U2的輸入端正極聯接在第四電阻R4與第二滑動觸點電位器W2之間，第二運算放大器U2的輸出端與第十三電阻R13一端相聯接，第十三電阻R13的另一端與第三三極體Q3的基極聯接；第六電阻R6一端與第二運算放大器U2的輸入端負極聯接，另一端與第二運算放大器U2的輸出端聯接；第三三極體Q3的集電極分別與第十電阻R10、第十一電阻R11一端相連接，第十一電阻R11另一端與第四三極體Q4的基極相聯接，第四三極體Q4的集電極分別與第十二電阻R12、第四二極體D4一端相連接，第十電阻R10、第十二電阻R12、第四二極體D4另一端並聯後聯接至第二觸點開關K2輸入端，第四三極體Q4的發射極與第五二極體D4一端相聯接，第五二極體D4另一端與第十四電阻R14一端相聯接，第十四電阻R14另一端與第二觸點開關K2輸出端聯接。在採用了上述方案後，過充控制，就是在蓄電池處於過充狀態時斷開充電電路，過放控制電路就是在蓄電池處於過放狀態時斷開放電電路。過充、過放控制都是為了保護蓄電池，延長蓄電池的使用壽命。過充、過放判斷的依據主要是蓄電池電壓的高低，過充控制電路中將觸點開關的開關串聯在充電電路中，當白天有太陽光時處於正常充電狀態時，由太陽能板吸熱經觸點開關開關常閉點向蓄電池充電，當蓄電池的電壓高於26V時，認為蓄電池處於過充狀態，U1A「-」端電壓高於「+」端電壓時U1A輸出「-」，低電平，使第一三極體Q1截止，同時第二三極體Q2導通，觸點開關線圈通電，則觸點開關常閉點斷開，常開點閉合，充電電路斷開過充指示燈亮，停止向蓄電池充電，實現過充保護功能。

以上所述，僅為本發明較佳的具體實施方式，但本發明的保護範圍並不局限於此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明揭露的技術範圍內，根據本發明的技術方案及其發明構思加以等同替換或改變，都應涵蓋在本發明的保護範圍之內。