专利名称：太阳能充放电控制器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种太阳能充放电控制器，具体的说是一种太阳能向蓄电池充电的蓄电池保护电路。
背景技术：
太阳能是一种取之不尽、用之不竭的天然能源，太阳能电池所产生的电力可经由电力转换器，使之成为稳定且可靠之电力来源。太阳能电池的可用功率取决于太阳光辐射密度及太阳能电池本身温度等条件，不对环境产生任何污染，因此成为各国政府开发无污染、可持续发展新型能源的首选。
一个光伏发电系统主要由太阳能电池、蓄电池、逆变器和控制器组成。其中，太阳能电池是通过自身材料的半导体光伏效应，经太阳照射可以产生不稳定、不连续的直流电能；蓄电池可以存储太阳能电池发出的不稳定、不连续的直流电能，从而保证整个光伏系统有比较稳定的输出，并且具有较长的续航能力。在独立的太阳能光伏系统中，蓄电池的投资成本较高，一般为整个系统成本的15～20％左右；逆变器将太阳能电池所产生的直流电力转换成交流电力，以供交流负载使用；控制器具有防止蓄电池过充、过放的功能，保护蓄电池，延长其使用寿命等功能。
可见，充放电控制器在整个光伏系统中至关重要，其性能优劣不但决定蓄电池的使用寿命，而且还直接影响整个光伏系统的正常电力输出。由于铅酸蓄电池本身的特点及使用普通性能的充电控制器，使光伏系统运行中故障率较高，使用寿命较短，同时严重影响负载的正常使用。因为一般的充电控制器当蓄电池电压上升到过充点电压时(此时蓄电池并未真正完全充满)，控制器自动断开充电回路。然而由于蓄电池内阻的作用，断开充电回路后，蓄电池电压会立即下降。而当充电回路接通及控制器断开负载后，同样由于蓄电池内阻的作用，蓄电池电压会立即上升。如此反复，控制器极易产生振荡，不但使控制器工作不正常，而且还容易损坏蓄电池。同时蓄电池充电时，大电流会造成能量损失，而且在充电后期会产生大量气体，使蓄电池寿命缩短，但是以小电流充电就会需要很长的时间，无法做到快速充电。并且充电电流不同，对蓄电池的恢复也会不同。
实用新型内容(一)要解决的技术问题本实用新型的目的是克服现有的技术不足之处，提供一种高效率、电路简单、成本更低、电流电压控制稳定的光伏系统充放电控制器。
(二)技术方案本实用新型的太阳能充放电控制器，包括充电控制、单片机系统、蓄电池及检测控制、负载控制及保护等几个部分。充电控制由MOS大功率管组成，其中源极、漏极并联在太阳电池的输出端，栅极与单片机系统连接，检测控制一端与蓄电池连接，另一端连接单片机系统；负载控制及保护连接单片机系统同时将电能输送到负载，由单片机系统产生的PWM脉冲控制并接在太阳电池输出端的大功率MOS管控制、调整充电电流，同时由单片机输出的数字信号控制串接在输出回路的大功率MOS管控制负载的通断，即将太阳电池和蓄电池直接连接，使用MOS管代替继电器控制负载通断。
上述太阳能充放电控制器的一个优选方案是，充电控制由充电控制、PWM放大及驱动、充电保护、充电状态指示、防反充组成，其中PWM放大及驱动分4路分别连接充电单元、充电状态指示、充电保护和单片机系统，防反充分别连接到太阳电池、充电控制、蓄电池及检测保护，充电控制同时并联在太阳电池两端。
上述的太阳能充放电控制器，其中充电控制还包括纯光控模式控件，具有光控开启+定时延时关闭模式。
单片机系统包括稳压电源、单片机；稳压电源直接和单片机连接，为单片机提供电源，由单片机产生的PWM脉冲连接到充电控制；单片机同时和蓄电池及检测控制、负载控制及保护连接。
蓄电池及检测控制包括蓄电池、温度检测、电压检测、LED报警；蓄电池和充电控制连接，同时和温度检测、电压检测及负载控制及保护连接；温度检测、电压检测和LED报警同时连接到单片机系统。
负载控制及保护包括保护电路、驱动电路、负载控制；保护电路由二极管和继电器组成，串联在蓄电池和负载之间；当蓄电池反接时保护控制器；驱动电路由三极管组成，输入端连接到单片机，输出连接到由大功率MOS管组成的负载控制控制负载的通断，负载控制的输出端连接负载。
(三)有益效果采用本实用新型的太阳能充放电控制器，具有以下有益效果1、太阳电池和蓄电池直接连接，控制器能发挥出最大的充电效率。
2、通过调整PWM脉冲的占空比改变MOS管的导通和截止时间，从而实现对充电电流的调整，使充电电流稳定，省去了稳压和电流调整模块。
3、使用MOS管控制负载通断，驱动电路简单。由于通态下MOS管源漏极电压只有0.3V左右，因此功耗极低。而MOS管的截止电阻在兆欧级，从而可实现可靠关断。
4、采用了内置A/D转换的单片机控制，软件实现了电压比较，报警控制，省去了基准电压和电压比较电路，电压控制精确，硬件电路简单，节省成本。
图1本控制器总体结构示意图图2本控制器结构原理框图图3本控制器电路图图中A、太阳电池；B、充电控制；C、单片机系统；D、蓄电池及检测控制；E、负载控制及保护；F、负载；B1、PWM放大及MOSFET驱动；B2、充电控制；B3、充电保护；B4、充电状态指示；B5、防反充；C1、稳压电源；C2、PWM输出单片机；D1、蓄电池；D2、温度检测；D3、电压检测；D4、LED报警；E1、保护电路；E2、驱动电路；E3、负载控制。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型作进一步说明如图1所示，本实用新型的太阳能充放电控制器，包括充电控制B、单片机系统C、蓄电池及检测控制D、负载控制及保护E；充电控制由MOS大功率管组成，其中源极、漏极并联在太阳电池的输出端，栅极与单片机系统连接，检测控制一端与蓄电池连接，另一端连接单片机系统；负载控制及保护连接单片机系统同时将电能输送到负载F。下面进行具体说明由单片机系统中产生的PWM脉冲控制并接在太阳电池输出端的大功率MOS管控制、调整充电电流，同时由单片机输出的数字信号控制串接在输出回路的大功率MOS管控制负载的通断，即将太阳电池和蓄电池直接连接，使用MOS管代替继电器控制负载通断。
充电控制包括充电控制B2、PWM放大及驱动B1、充电保护B3、充电状态指示B4、防反充B5，其中PWM放大及驱动分4路分别连接充电单元、充电状态指示、充电保护和单片机系统C，防反充分别连接到太阳电池A、充电控制B2、蓄电池及检测保护D，充电控制B2同时并联在太阳电池A两端。
单片机系统包括稳压电源C1、单片机C2；稳压电源直接和单片机连接，为单片机提供电源，由单片机产生的PWM脉冲连接到充电控制；单片机同时和蓄电池及检测控制、负载控制及保护连接。
蓄电池及检测控制包括蓄电池D1、温度检测D2、电压检测D3、LED报警D4；蓄电池和充电控制连接，同时和温度检测、电压检测及负载控制及保护连接；温度检测、电压检测和LED报警同时连接到单片机系统。
负载控制及保护包括保护电路E1、驱动电路E2、负载控制E3；保护电路由二极管和继电器组成，串联在蓄电池D1和负载F之间；当蓄电池反接时保护控制器；驱动电路E2由三极管组成，输入端连接到单片机，输出连接到由大功率MOS管组成的负载控制E3控制负载的通断，负载控制E3的输出端连接负载F。
图2是控制器原理框图，在充电控制B2中由单片机输出正向的初始为低电平、最大幅度为5V的PWM波，经过PWM放大及驱动B1后，PWM脉冲占空比的改变使Q2(见图3)开关时间比例发生变化。由于充电控制中Q2的源、漏极直接接在太阳电池的两端，当蓄电池实际电压充到单片机的预设过充值14.1V时，单片机控制频率为10HZ的PWM脉冲的占空比变小，使Q2内阻变小，导通程度变大，充电电流减小，使蓄电池处于维持充电状态。因此，PWM脉冲的占空比在单片机的控制下，根据蓄电池的实际电位在不断调整，始终保持在最佳的充电状态。若Q2用位控信号驱动，高电平时完全导通，太阳电池被短路，将会没有充电电流。低电平时完全截止，充电电流最大。但本控制器实际工作中由于Q2受PWM脉冲占空比控制始终处于导通、截止的不断转换中以及Q2本身存在内阻，所以太阳电池不会被短路，但充电电流将变小，即处于维持充电状态。在Q2截止时，太阳电池直接通过防反充B5接在蓄电池的正极，以最大的充电电流对蓄电池充电。随着Q2的导通情况，充电指示灯闪烁指示充电正在进行。防反充B5中MBR二极管(见图3)的作用是将蓄电池和太阳电池隔离，防止在Q2导通时蓄电池短路以及防止反充电的作用。
负载工作后当蓄电池电压下降达到单片机预设过放点10.5V时，单片机将检测到的蓄电池D1电压信号和预设电压比较后，经计算后输出的控制信号首先控制报警电路43发出报警信号，延时1分钟后停止同时控制驱动电路E2中MOS管Q3截止(见图3)，从而使负载断电。以防止蓄电池发生过放电，延长蓄电池的使用寿命。负载断电后太阳电池继续向蓄电池充电，当蓄电池电压上升到蓄电池工作电压12.5V时单片机控制MOS管Q3导通，负载接通，系统处于浮冲状态。二极管D2和D3(见图3)在蓄电池反接时，使蓄电池瞬间短路，熔断保险丝，起到反接保护的作用。单片机是由太阳电池或蓄电池通过7805稳压块C1供电，只要有蓄电池或太阳电池控制器即可工作。保护电路E1中的继电器(见图3)起到了反接保护的作用，在蓄电池反接时，常闭开关断开，电路不工作，保护蓄电池。温度检测D2中温度传感器RT将温度信号转换为电压信号输入到单片机，单片机根据该信号判断蓄电池表面温度是否超出设定范围，决定继续充电与否，在开始充电之前，单片机根据检测到的电压信号，自动计算出蓄电池电压值。
权利要求1.一种太阳能充放电控制器，包括充电控制(B)、单片机系统(C)、蓄电池及检测控制(D)、负载控制及保护(E)部分，其特征在于，充电控制由MOS大功率管组成，其中源极、漏极并联在太阳能电池(A)的输出端，栅极与单片机系统(C)连接；负载控制及保护(E)连接单片机系统同时将电能输送到负载，单片机系统(C)产生的PWM脉冲控制并接在太阳电池输出端的大功率MOS管控制、调整充电电流，同时由单片机输出的数字信号控制串接在输出回路的大功率MOS管控制负载的通断。
2.如权利要求1所述的太阳能充放电控制器，其特征在于，充电控制(B)包括充电控制B2、PWM放大及驱动B1、充电保护B3、充电状态指示B4、防反充B5，其中PWM放大及驱动分4路分别连接充电单元、充电状态指示、充电保护和单片机系统C，防反充分别连接到太阳电池A、充电控制B2、蓄电池及检测保护D，充电控制B2同时并联在太阳电池A两端。
3.如权利要求1所述的太阳能充放电控制器，其特征在于，单片机系统(C)包括稳压电源C1、单片机C2；稳压电源直接和单片机连接，为单片机提供电源，由单片机产生的PWM脉冲连接到充电控制；单片机同时和蓄电池及检测控制、负载控制及保护连接。
4.如权利要求1所述的太阳能充放电控制器，其特征在于，蓄电池及检测控制(D)包括蓄电池D1、温度检测D2、电压检测D3、LED报警D4；蓄电池和充电控制连接，同时和温度检测、电压检测及负载控制及保护连接；温度检测、电压检测和LED报警同时连接到单片机系统。
5.如权利要求1所述的太阳能充放电控制器，其特征在于，负载控制及保护(E)包括保护电路E1、驱动电路E2、负载控制E3；保护电路由二极管和继电器组成，串联在蓄电池D1和负载F之间；当蓄电池反接时保护控制器；驱动电路E2由三极管组成，输入端连接到单片机，输出连接到由大功率MOS管组成的负载控制E3控制负载的通断，负载控制E3的输出端连接负载F。
6.如权利要求2至5之一所述的太阳能充放电控制器，其特征在于，充电控制(B)包括纯光控模式控件，具有光控开启+定时延时关闭模式。
专利摘要一种太阳能充放电控制器，包括充电控制(B)、单片机系统(C)、蓄电池及检测控制(D)、负载控制及保护(E)部分，其中，充电控制由MOS大功率管组成；单片机系统(C)产生的PWM脉冲控制并接在太阳电池输出端的大功率MOS管控制、调整充电电流，同时由单片机输出的数字信号控制串接在输出回路的大功率MOS管控制负载的通断。采用本实用新型，能获得高效率、电路简单、成本更低、电流电压控制稳定的光伏系统充放电控制效果。
文档编号H02J7/00GK2852393SQ20052002327
公开日2006年12月27日 申请日期2005年9月16日 优先权日2005年9月16日
发明者王军 申请人:北京天恒华意科技发展有限公司