专利名称：具备mppt功能的宽电压输入智能光伏充电控制系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及ー种光伏充电系统，具体的涉及ー种具备MPPT功能的宽电压输入智能光伏充电控制系统。
背景技术：
太阳能是一种清洁的可再生能源，取之不尽，用之不竭。相关专家预测，2040年全球的光伏发电量将占世界总发电量的26%左右，2050年后太阳能将成为世界能源的支柱。但目前太阳能电池的光电转换效率较低，加上系统电路的损耗，其综合效率只有11%左右，所以如何提高光伏系统的效率是太阳能利用的关键问题之一。作为光伏充放电系统中的储能元件，蓄电池在恒压或者恒流充电时容易在极板上生成难于转换为活性物质的硫酸铅结晶，致使蓄电池导电性不良、电阻大，溶解度和溶解速度小，严重影响其使用寿命。太阳能电池板是ー种能够吸收太阳光并将其转换为电能的半导体装置，根据其内部结构和输出伏安特性所得到的等效电路如图I所示，它由ー个受光强和温度影响的电流源并联ー个ニ极管再串ー个电阻组成。太阳能电池板的最大功率点受到当时光照強度和电池板工作温度的影响，不同的光照強度下其最大功率点不同，如图2所示。图2中，S表示光照強度，W、V和I分别表示太阳能电池板的输出功率、输出电压和电流。由图2可知，太阳电池板始终工作在最大功率点时，其输出能量达到最大。因而，需要相应的控制算法能在快速变化的天气条件下有效跟踪最大功率点，使得电池板尽可能地工作在最大功率点上，即为MPPT算法。根据戴维南定理，将太阳能电池简单等效为ー个理想的直流电压源i和ー个电源电阻r的串联，如图3所示，当然该直流电压源的电压和串联的电阻是变化的。某ー时刻负载电阻民所获得的功率
r~|2
TJP= ^L R(I)
レ+み」式(I )两边对ち求导可得
dP _ U, -Us 一 U》 tt2 T-R1= - H ITTJjn-+ 7 _ \2 =しぶ 7 TTJ(2)
dRi r+Ri (^+ ) 卜+ ) Cr+
dp由式(2)可知当D 吋^" = G输出功率P达到最大值。
A1 = r UK1由于太阳能电池板受到光强、温度、太阳光入射角等影响时，其输出电压、输出电流和内阻不断变化，因而只有动态改变负载等效电阻，才能使得太阳能电池板的输出功率达到最尚
实用新型内容
[0012]为克服现有技术中光伏充电器转换效率低、蓄电池导电性不良、电阻大，溶解度和溶解速度小及普通光伏充电控制器的其他ー些缺点，本实用新型利用MPPT算法提高系统的整体光电转换效率，脉冲充电模式可以减缓硫酸化结晶过程、修复受损的蓄电池，有效地延长其使用寿命。另外，蓄电池表面温度的实时监测和过温自动停止充电功能，使得充电过程始終处于安全状态。为实现上述技术目的 ，达到上述技术效果，本实用新型采用了以下技术方案一种具备MPPT功能的宽电压输入智能光伏充电控制系统，包括太阳能电池阵列和蓄电池，所述太阳能电池阵列连接有升降压电路，所述升降压电路连接具有脉冲充电功能的充电电路，所述充电电路连接所述蓄电池；还包括单片机控制器，所述单片机控制器连接所述充电电路，用于控制充电电路进行不同功能的充电模式进行充电，包括快速充电、脉冲充电、浮充充电及自动停止充电，所述充电电路的输出端通过电流电压检测电路反馈至所述单片机控制器，所述单片机控制器还通过开关PWM控制电路连接至所述升降压电路，所述开关PWM控制电路通过调节开关管的脉冲占空比改变负载部分的等效电阻。进ー步的，所述蓄电池还连接有用于实时监测蓄电池表面温度的温度传感器，所述温度传感器连接所述单片机控制电路；所述温度传感器实时监测所述蓄电池的表面温度，使充电过程始终处于安全状态，当其表面温度超过45°C时自动停止充电。进ー步的，所述单片机控制电路还连接一用于显示及报警的液晶模块。与现有技术相比，本实用新型具有以下优点(I)本实用新型采用MPPT算法，系统光电转换效率高；(2)通过升降压电路，实现宽电压输入，可在5V-26V输入电压范围内实现充电功倉泛;(3)充电时具有快速充电、脉冲充电、浮充充电功能，有效延迟蓄电池的使用寿命;(4)当蓄电池温度达到设定值时自动关闭充电，安全充电且保护蓄电池；(5)经反复测试，本实用新型的宽电压输入智能光伏充电控制系统工作稳定可靠。上述说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本实用新型的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进ー步理解，构成本申请的一部分，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中图I为太阳能电池板等效电路图。图2为太阳能电池板的输出功率与输出电压电流关系图。图3为线性系统电路图。图4为本实用新型的具备MPPT功能的宽电压输入智能光伏充电系统的总原理图。图5为本实用新型的具备MPPT功能的宽电压输入智能光伏充电系统的升降压电路原理图。[0030]图6为本实用新型的具备MPPT功能的宽电压输入智能光伏充电系统的充电电路
原理图。图7为本实用新型的具备MPPT功能的宽电压输入智能光伏充电系统的电压电流检测电路原理图；其中，图7 (a)为电压检测电路原理图；图7 (b)为电路检测电路原理图。
具体实施方式
下面将參考附图并结合实施例，来详细说明本实用新型。參见图4所示，一种具备MPPT功能的宽电压输入智能光伏充电控制系统，包括太阳能电池阵列8和蓄电池9，所述太阳能电池阵列8连接有升降压电路1，所述升降压电路I连接具有脉冲充电功能的充电电路2，所述充电电路2连接所述蓄电池9 ;还包括单片机控制器6，所述单片机控制器6连接所述充电电路2，用于控制充电电路进行不同功能的充电模式进行充电，包括快速充电、脉冲充电、浮充充电及自动停止充电，所述充电电路2的输出端通过电流电压检测电路3反馈至所述单片机控制器6，所述单片机控制器6还通过开关PWM控制电路4连接至所述升降压电路I，所述开关PWM控制电路4通过调节开关管的脉冲占空比改变负载部分的等效电阻。进ー步的，所述蓄电池9还连接有用于实时监测蓄电池表面温度的温度传感器7，所述温度传感器7连接所述单片机控制电路6 ;所述温度传感器6实时监测所述蓄电池9的表面温度，使充电过程始终处于安全状态，当其表面温度超过45°C时自动停止充电。进ー步的，所述单片机控制电路6还连接一用于显示及报警的液晶模块5，所述液晶模块5连接所述温度传感器7。參见图5所示，所述升降压电路I包括主要由升压稳压器Ul构成的升压稳压器电路101和主要由开关电压调节器U2构成的开关电压调节电路102，所述升压稳压器电路101的输出端连接所述开关电压调节电路102的输入端；所述升压稳压器电路101的输入端连接有第一稳压管D1，输出端连接有由发光二极管D2和电阻串联构成的发光支路；所述开关电压调节电路102的反馈端为一可调电阻R_adj，所述可调电阻R_adj的一端通过电阻接地,另一端通过电容接地。參见图6所示，所述充电电路2主要由可调控输出开关模式同步整流器的电流源U3构成，所述可调控输出开关模式同步整流器的电流源U3的电流检测负比较器输入端CS-与正电流检测比较器输入端CS+之间通过第二开关J2和第三开关J3连接有第一电阻Rl，并通过第四开关J4和第五开关J5连接有第二电阻R2，所述第一电阻Rl上跨接有第一开关Jl，所述第二电阻R2上跨接有第六开关J6。优选的，所述可调控输出开关模式同步整流器的电流源U3为MAX1640集成芯片或MAX1641集成芯片。当所述可调控输出开关模式同步整流器的电流源U3为MAX1640集成芯片时，需要将第一开关J1、第四开关J4、第五J5开关断开，第二开关J2、第三开关J3、第六开关J6闭合；当所述可调控输出开关模式同步整流器的电流源U3为MAX1641集成芯片时，需要将第ー开关J1、第四开关J4、第五J5开关闭合，第二开关J2、第三开关J3、第六开关J6断开。參见图7所示，所述电流电压检测电路3包括电流检测电路、电压检测电路和A/D转换电路，所述A/D转换电路用于电压电流的采集。所述电流检测电路主要包括第一双路差动输入运算放大器U4，如图7 (a)所示。所述电压检测电路主要包括第二双路差动输入运算放大器U5，如图7 (b)所示。以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本 领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
权利要求1.具备MPPT功能的宽电压输入智能光伏充电控制系统，包括太阳能电池阵列(8)和蓄电池(9)，其特征在于所述太阳能电池阵列(8)连接有用于实现太阳能电池板输出电压的稳压输入的升降压电路(1)，所述升降压电路(I)连接具有脉冲充电功能的充电电路(2)，所述充电电路(2)连接所述蓄电池(9);还包括单片机控制器(6)，所述单片机控制器(6)连接所述充电电路(2)，用于控制充电电路进行不同功能的充电模式进行充电，包括快速充电、脉冲充电、浮充充电及自动停止充电，所述充电电路(2)的输出端通过电流电压检测电路(3 )反馈至所述单片机控制器(6 )，所述单片机控制器(6 )还通过开关PWM控制电路(4)连接至所述升降压电路(1)，所述开关PWM控制电路(4)通过调节开关管的脉冲占空比改变负载部分的等效电阻。
2.根据权利要求I所述的具备MPPT功能的宽电压输入智能光伏充电控制系统，其特征在于所述蓄电池(9)还连接有用于实时监测蓄电池表面温度的温度传感器(7)，所述温度传感器(7)连接所述单片机控制电路(6)。
3.根据权利要求I所述的具备MPPT功能的宽电压输入智能光伏充电控制系统，其特征在于所述单片机控制电路(6)还连接一用于显示及报警的液晶模块(5)。
4.根据权利要求2所述的具备MPPT功能的宽电压输入智能光伏充电控制系统，其特征在于所述单片机控制电路(6)还连接一用于显示及报警的液晶模块(5)。
5.根据权利要求I所述的具备MPPT功能的宽电压输入智能光伏充电控制系统，其特征在于所述升降压电路(I)包括主要由升压稳压器(Ul)构成的升压稳压器电路(101)和主要由开关电压调节器(U2)构成的开关电压调节电路(102)，所述升压稳压器电路(101)的输出端连接所述开关电压调节电路(102)的输入端；所述升压稳压器电路(101)的输入端连接有第一稳压管(D1)，输出端连接有由发光二极管(D2)和电阻串联构成的发光支路；所述开关电压调节电路(102)的反馈端为一可调电阻(R_adj)，所述可调电阻(R_adj)的一端通过电阻接地，另一端通过电容接地。
6.根据权利要求I所述的具备MPPT功能的宽电压输入智能光伏充电控制系统，其特征在于所述充电电路(2)主要由可调控输出开关模式同步整流器的电流源(U3)构成，所述可调控输出开关模式同步整流器的电流源(U3)的电流检测负比较器输入端(CS-)与正电流检测比较器输入端(CS+)之间通过第二开关(J2)和第三开关(J3)连接有第一电阻(R1)，并通过第四开关(J4)和第五开关(J5)连接有第二电阻(R2)，所述第一电阻(Rl)上跨接有第一开关(J1)，所述第二电阻(R2)上跨接有第六开关(J6)。
7.据权利要求6所述的具备MPPT功能的宽电压输入智能光伏充电控制系统，其特征在于所述可调控输出开关模式同步整流器的电流源(U3)为MAX1640集成芯片或MAX1641集成芯片。
8.根据权利要求I至7中任一项所述的具备MPPT功能的宽电压输入智能光伏充电控制系统，其特征在于所述电流电压检测电路(3)包括电流检测电路和电压检测电路。
9.根据权利要求8所述的具备MPPT功能的宽电压输入智能光伏充电控制系统，其特征在于所述电流检测电路主要包括第一双路差动输入运算放大器(U4)。
10.根据权利要求8所述的具备MPPT功能的宽电压输入智能光伏充电控制系统，其特征在于所述电压检测电路主要包括第二双路差动输入运算放大器(U5)。
专利摘要本实用新型公开了一种具备MPPT功能的宽电压输入智能光伏充电控制系统，包括太阳能电池阵列和蓄电池，太阳能电池阵列连接升降压电路，升降压电路连接充电电路，充电电路连接蓄电池；还包括单片机控制器，单片机控制器连接充电电路，充电电路的输出端通过电流电压检测电路反馈至单片机控制器，单片机控制器还通过开关PWM控制电路连接至升降压电路，蓄电池还连接有用于实时监测蓄电池表面温度的温度传感器，温度传感器连接单片机控制电路；单片机控制电路还连接一用于显示及报警的液晶模块。本实用新型可在5V-26V范围内对12V蓄电池进行预设模式充电，系统工作稳定可靠。
文档编号H02J7/00GK202495780SQ20122003586
公开日2012年10月17日 申请日期2012年2月6日 优先权日2012年2月6日
发明者吴迪, 季晶晶, 张晓俊, 许宜申, 陶智 申请人:苏州大学