专利名称：汽车全景天窗式太阳电池充电自动控制系统的制作方法
技术领域：
汽车全景天窗式太阳电池充电自动控制系统技术领域[0001]本实用新型涉及新能源及自动控制领域，具体涉及一种新型汽车全景天窗式太 阳电池充电自动控制系统。
背景技术：
[0002]太阳能作为一种新的能源，具有无限性、可与常规电力构架匹配以及无地域应 用限制等特点已经成为各国政府可持续发展新型能源的首选。太阳能电池可以高效率及 直接将太阳能转换为电能，对环境不产生任何污染。汽车全景天窗式太阳电池充电自动 控制系统主要为延长电瓶的使用寿命而对电瓶进行补充充电。[0003]目前汽车电瓶普遍存在使用寿命较短(一般2年左右)和冬天启动困难的问题， 一般小型汽车瞬间启动电流根据车型不同大约在300-400A左右，因此要求电瓶提供足够 的电流。另外，由于现在城市内普遍存在交通道路拥挤问题，尤其在上下班高峰期间汽 车的行驶速度一般不超过60公里/小时。汽车低转速运转走走停停，而且城市内普遍 行驶路途较近，同时存在频繁启动问题，因此汽车发电机很难产生足够的电能向电瓶充 电。如此往复，电瓶长期处于亏电状态，缩短了电瓶的使用时间。发明内容[0004]本实用新型的目的是提供一种可延长汽车电瓶的使用寿命的汽车全景天窗式太 阳电池充电自动控制系统。[0005]本实用新型汽车全景天窗式太阳电池充电自动控制系统，包括太阳电池1、充电 控制2、单片机系统3、电瓶与检测保护4、电瓶过放控制5;[0006]充电控制2由充电电流控制22、PWM放大及驱动21、充电保护23、充电指示 24,防反充25组成。[0007]单片机系统3包括稳压电源31、单片机32;稳压电源31直接和单片机连接，为 单片机提供电源，由单片机32产生的PWM脉冲连接到充电控制2 ；单片机32同时和电 瓶与检测保护4、电瓶过放控制5连接；[0008]电瓶及检测控制包括电瓶41、电压检测42、电流检测43;电瓶41和充电控制2 连接，同时和电压检测42及电瓶过放控制5连接；电压检测42和电流检测43同时连接 到单片机系统3。[0009]充电控制2包括充电电流控制22、PWM放大及驱动21、充电保护23、充电指 示对、防反充25。其中充电电流控制22由MOS大功率管Q2组成见附图3，其中Q2的 源极、漏极并联在太阳电池的输出端，栅极与PWM放大及驱动21连接。PWM放大及 驱动21分四路分别连接充电电流控制22、充电状态指示M、充电保护23和单片机系统 3，防反充25分别连接到太阳电池1、充电单元22、电瓶及检测保护4，充电电流控制22 同时并联在太阳电池1两端，电瓶过放控制5直接控制继电器的通断。[0010]所述的报警驱动电路51和单片机32连接。电路图中由Ul的7脚输出和三极管Q3及蜂鸣器组成，见附图3;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通过三极管 Q4控制汽车点火开关的通断及通过三极管Q3输出报警信号。[0011]过放控制52，过放控制52通过三极管Q4控制继电器的通断见附图3。[0012]太阳电池由固定和开启两部分组成，太阳电池二 6(图4斜线部分所包括的矩形 面积)组成开启式天窗、太阳电池三7组成固定式天窗，整个天窗通过框架8镶嵌在汽车 顶部，大小及功率视汽车尺寸而定。[0013]用太阳电池板代替全景天窗安装在汽车顶部。太阳电池板由固定和开启两部分 组成，既可以作为天窗使用，同时可向汽车电瓶进行补充充电。该系统和汽车发电机供 电系统相互独立，即可同时向电瓶充电，也可单独工作。汽车行驶时汽车发电机和太阳 电池同时向电瓶充电，当汽车停驶熄火后只要有阳光太阳电池就可以通过控制系统继续 向电瓶充电。如果汽车长期停驶在阳光下太阳电池始终向电瓶充电，当电瓶充满时控制 系统自动转为涓流充电，可以抵消电瓶的自放电，大大延长电瓶的使用寿命。[0014]本汽车全景天窗式太阳电池充电自动控制系统由太阳电池板、自动充电控制 器、充电二极管及电瓶组成。自动充电控制器电路是利用太阳电池内阻大的特点在太阳 电池输出端并接一支大功率场效应MOS开关管Q2后通过充电二极管直接和电瓶连接， 最大限度的提高了充电效率。充电电流的调节是通过调整太阳电池输出端并接开关管Q2 的内阻来控制。系统内部AVR单片机将电瓶的实际电压值通过和预设值比较和计算后调 整PWM脉冲的占空比控制开关管的导通程度来调整充电电流。当电瓶实际电压达到预 设值电压后，PWM脉冲的占空比变为最小，即开关管导通时间长，截止时间短，脉冲充 电电流达到最小。即电瓶充满时控制系统自动转为涓流充电。汽车启动后随着蓄电池电 压的降低，PWM脉冲的占空比不断变大，充电电流也逐渐变大。由于充电回路中不存在 控制充电元件及限流电阻，所以提高了充电效率。[0015]小型汽车瞬间启动电流很大，而电瓶失效主要表现在无法在瞬间提供大电流导 致汽车启动困难。本系统中电瓶的过放控制是在起动机的输入回路连接电流传感器T， 单片机通过将电瓶的电流检测信号和预设值比较，经计算后输出的数字控制信号。当电 瓶实际提供电流值低于过放设定值时，继电器断开汽车点火开关，用以避免无效频繁启 动使电瓶过放电损坏电瓶。当电瓶充电后高于工作预设值时自动接通点火开关，因此可 保护电瓶及延长蓄电池的使用寿命。[0016]主要应用于各种小型汽车的生产和改装。太阳电池板根据汽车尺寸镶嵌在汽车 顶部。主要用于汽车电瓶补充充电，延长电瓶的使用寿命。[0017]本实用新型的有益效果是[0018]1、采用了直充式设计，即太阳电池和电瓶直接连接，使控制系统发挥出最大的 充电效率。[0019]2、通过调整PWM脉冲的占空比改变MOS管的导通和截止时间实现充电电流的调整，使充电电流稳定。[0020]3、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，信号 灯点亮时间控制。电压控制精确，硬件电路简单。[0021]4、该控制系统结构简单，自动化程度高，输出功率可根据太阳电池功率调整。[0022]5、控制电路输出串有低内阻肖特基功率二极管，可防止发电机充电电流流向太 阳电池板，增加了系统的可靠性。
[0023]图1总体结构图[0024]图2原理框图[0025]图3电路原理图[0026]图4太阳电池板安装示意图具体实施方式
[0027]实施例1[0028]结合说明书附图对本实用新型作进一步说明[0029]如图1所示，该控制系统由充电控制2、单片机系统3、电瓶及检测控制4、电瓶 过放控制5组成。[0030]图2为原理框图、图3是电路原理图、图4是太阳电池板安装示意图[0031]本控制系统控制16V太阳电池向12V电瓶充电，太阳电池输出功率视汽车顶部 尺寸而定。太阳电池和电瓶同时向控制系统提供电源。在充电控制2中；由单片机输 出正向的PWM脉冲，经过放大及驱动21后，脉冲占空比的改变使源、漏极直接接在太 阳电池两端的大功率MOS管Q2内阻发生变化。当电瓶实际电压充到单片机的预设过充 值14V时，单片机控制频率为IOHZ的PWM脉冲的占空比变小，使Q2管内阻变小，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，根据电瓶的实际电位在不断调整，始终保持在最佳的充电状态。由 于控制系统实际工作中充电电流控制22中MOS管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MOS管本身存在内阻，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MOS管Q2截止时，太阳电池直接通过防反充25 接在电瓶的正极，以最大的充电电流对电瓶充电。[0032]当电瓶电压下降达到单片机预设过放点10.5V时，单片机将检测到的电瓶41电 压信号和预设电压比较经计算后输出的控制信号使报警驱动电路51中三极管Q4导通，汽 车将发出报警信号同时控制继电器常闭触点断开，切断汽车点火开关使汽车无法启动。 同样电流传感器T将实时检测启动电流，由单片机将电流检测信号和预设值比较。当电 瓶实际提供电流值低于设定值时，继电器也断开汽车点火开关，用以避免无效频繁启动 使电瓶过放电而损坏电瓶。当电瓶充电后高于工作预设值时自动接通点火开关。当汽车 停驶熄火后只要有阳光太阳电池就可以通过控制系统继续向电瓶充电。当电瓶充满时控 制系统自动转为涓流充电，这样可以抵消电瓶的自放电，大大延长电瓶的使用寿命。[0033]单片机是由电瓶通过稳压电源31供电，经过软件设计好的控制信号分别从图3 中单片机的5、7脚输出的控制信号直接控制报警和切断点火开关电路。
权利要求1.一种汽车全景天窗式太阳电池充电自动控制系统，其特征在于它包括太阳电池 (1)、充电控制O)、单片机系统(3)、电瓶与检测保护G)、电瓶过放控制(5)；充电控制O)由充电电流控制02)、PWM放大及驱动01)、充电保护03)、充电 指示(24)、防反充(25)组成；单片机系统C3)包括稳压电源(31)、单片机(3 ；稳压电源(31)直接和单片机连 接，为单片机提供电源，由单片机(32)产生的PWM脉冲连接到充电控制；单片机 (32)同时和电瓶与检测保护G)、电瓶过放控制(5)连接；电瓶及检测控制包括电瓶G1)、电压检测G2)、电流检测03)；电瓶和充电 控制( 连接，同时和电压检测0 及电瓶过放控制( 连接；电压检测0 和电流检 测(43)同时连接到单片机系统(3)。
2.据权利要求1所述的汽车全景天窗式太阳电池自动充电控制系统，其特征在于充电控制(2)包括充电电流控制(22)、PWM放大及驱动01)、充电保护03)、充电指示04)、防反充05)；其中充电电流控制02)由MOS大功率管Q2组成，其中Q2 的源极、漏极并联在太阳电池的输出端，栅极与PWM放大及驱动连接；PWM放大 及驱动分四路分别连接充电电流控制02)、充电状态指示04)、充电保护03)和 单片机系统(3)，防反充05)分别连接到太阳电池(1)、充电单元02)、电瓶及检测保护 (4),充电电流控制0 同时并联在太阳电池(1)两端，电瓶过放控制( 直接控制继电 器的通断。
3.根据权利要求1所述的汽车全景天窗式太阳电池自动充电控制系统，其特征在于 所述的报警驱动电路(51)和单片机(3 连接；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 号通过三极管(Q4)控制汽车点火开关的通断及通过三极管输出报警信号。
4.根据权利要求1所述的汽车全景天窗式太阳电池自动充电控制系统，其特征在于 过放控制(52)，过放控制(52)通过三极管(Q4)控制继电器的通断。
5.根据权利要求1所述的汽车全景天窗式太阳电池自动充电控制系统，其特征在于 太阳电池由固定和开启两部分组成，太阳电池二(6)组成开启式天窗、太阳电池三(7)组 成固定式天窗，整个天窗通过框架8镶嵌在汽车顶部。
专利摘要一种汽车全景天窗式太阳电池充电自动控制系统，本实用新型涉及新能源及自动控制领域，具体涉及一种新型汽车全景天窗式太阳电池充电自动控制系统。本实用新型汽车全景天窗式太阳电池充电自动控制系统，包括太阳电池、充电控制、单片机系统、电瓶与检测保护、电瓶过放控制；充电控制由充电电流控制、PWM放大及驱动、充电保护、充电指示、防反充组成。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；单片机同时和电瓶与检测保护、电瓶过放控制连接。电压控制精确，硬件电路简单。该控制系统结构简单，自动化程度高，输出功率可根据太阳电池功率调整。控制电路输出串有低内阻肖特基功率二极管，可防止发电机充电电流流向太阳电池板，增加了系统的可靠性。
文档编号H02J7/00GK201813175SQ20102022227
公开日2011年4月27日 申请日期2010年6月11日 优先权日2010年6月11日
发明者程如歧, 赵庚申, 赵耀, 郭天勇 申请人:南开大学