基于arm控制的太阳能充放电控制系统及控制方法
【专利摘要】本发明提供了一种基于ARM控制的太阳能充放电控制系统及控制方法，利用太阳能为储能设备充电，通过合理的充电电路拓扑结构以及相应的控制策略使储能设备在最短的时间里储存最大的能量。从充电控制方法和充电电路结构的角度出发，通过合理的拓扑变换和控制方法，解决了一些在太阳能充电过程存在的问题，实现了高效充电和存储，并可获得比太阳能电池电压高数倍的储能设备端电压，可以为多种不同需求的用电设备提供相应的电源。
【专利说明】基于ARM控制的太阳能充放电控制系统及控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及太阳能的高效利用和开关电源领域，具体来说就是一种利用新颖的拓扑结构和智能控制方法使太阳能电池板在最短的时间里为超级电容器充电并存储足够功率，保证了在突发情况下某些特殊装置的用电安全。
【背景技术】
[0002]光伏发电有无污染，无噪声，取之不尽，用之不竭的特点，是一种有广阔前景的绿色能源，在未来的供电系统中将占有重要的地位。在边远的荒漠或海洋、太空等电缆无法延伸的地域只能依靠自然能源为用电设备提供电能。而在夜晚或某些突发情况下，太阳能电池无法直接供电，因此需要将太阳能高效迅速的存储在储能设备中，待用电设备需要供电时便将电能释放给用电设备。
[0003]利用太阳能为储能设备充电的关键是根据太阳能电池板的输出功率特性，通过合理的充电电路拓扑结构以及相应的控制策略使储能设备在最短的时间里储存最大的能量。在这方面，已经进行了很多的研究和实验。已有的研究成果主要是结合太阳能电池板输出功率特性而制定的最大功率点跟踪(MPPT)的算法研究，充电电路主要采用开关变换器进行恒流充电和恒压充电相结合的方法。
[0004]在开关变换器的拓扑方面，当储能设备的最终输出电压大于太阳能电池板输出电压的情况下采用Boost升压电路充电；也有直接采用BUCK-B00ST升降压电路为储能设备充电的方法。
[0005]在充电控制方法方面，通常采用改变开关占空比来实现太阳能电池的最大功率点跟踪(MPPT)的方式。但是，充电过程是个全动态过程，随着储能设备的端电压的变化，需要改变充电方式，如前面所说恒流充电和恒压充电相结合。可是在不改变电路拓扑的情况下，很难保证在充电全过程中实现最大功率点跟踪(MPPT)，从而影响了充电效率，甚至无法充到期望电压值。也有提出采用Boost变换器和Buck-Boost变换器作为充电电路，并利用最大功率点跟踪(MPPT)来实现充电的。但是在实际充电过程中，在充电初始阶段，太阳能电池板输出电压高于储能设备端电压时，Boost升压充电电路无法正常工作，使得Boost升压电路中的电感很快饱和，无法实现MPPT控制和快速充电；同样采用Buck-Boost充电电路充电时，由于在不同的充电过程中需要进行工作模式的转换，对开关占空比的特殊要求妨碍了MPPT的有效实现，使得充电控制变得十分复杂，而且没有取得良好的效果，很难充到远高于太阳能电池板输出电压的期望值。
【发明内容】
[0006]本发明的目的是提供一种基于ARM控制的太阳能充放电控制系统及控制方法，该方法不仅在太阳能电池板输出电压高于储能设备端电压时实现最大功率点跟踪(MPPT)充电，还可以在太阳能电池板输出电压低于储储能设备端电压时实现最大功率点跟踪(MPPT)充电，在短时间内小功率太阳能电池可以为大容量储能设备快速充电，获得更多的能量和关系，设计合理的充电电路拓扑结构，即采沟，并根据太阳能板的输出功率，选择不同:个充电过程中通过调节驱动两个开关管的 ；
[制开关的状态实现充电电路拓扑的改变，豈级电容器所存储电压时，米用80081:与开:5电压小于超级电容器所存储电压时，采用裔整体充电时间；
系统；:压过热保护，及欠压报警。
能电池板输出功率特性而制定的最大功率:关变换器进行恒流充电和恒压充电相结合成所需的充电容量或获得远高于太阳能电发明的优点是:(1)可以选择超级电容器作2急设备的供电；(2)利用转移电容在太阳包电压值为307，系统工作频率为50纽2。当突换器与转移电容相结合的方式充电，开关錢及电容器充电；当超级电容器所存储电压平，使开关32 —直保持导通状态，使8008七卜，处理器控制31，32使其保持关断状态，充之输出所需的电压，同时检测超级电容器的及过热保护。
率，控制开关导通的时间来实现1？？1，当充制，此时实际上是8000电路与开关电容相于207时，开关32将始终闭合，此时实际上充电模式的相互转换实现了对超级电容器
出电压、电流以及超级电容器所存储电压；次，用本次采样计算出的？。与上一次所计户上一次采集功率？工，则看本次太阳能输出二'则这一次的占空比减去一个步长值厶，
【权利要求】
1.基于ARM控制的太阳能充放电控制系统，包括太阳能电池板和用电设备，其特征是还包括充电电路、处理器、超级电容器、稳压器和继电器，其中稳压器为输出可调的Buck变换器，充电电路采用Boost电路与开关电容电路相结合的电路结构，转移电容（Cl)接在续流二极管（Dl)与地之间，防反充二极管（D2)连接在超级电容器和用电设备之间；处理器ARM的PWMl和PWM2分别控制开关（SI)和（S2)的断开与闭合；继电器连接在太阳能电池板输出端与储能电感（L)之间；储能电感（L)接在继电器和开关（SI)之间；续流二极管（Dl)接在储能电感（L)与开关（S2)之间；超级电容器连接在防反充二极管（D2)与地之间。
2.如权利要求1所述的基于ARM控制的太阳能充放电控制系统的控制方法，其特征是采用如下步骤： . 1)分析太阳能电池板和储能设备电压关系，设计合理的充电电路拓扑结构，即采用Boost电路与开关电容电路相结合的电路结构，并根据太阳能电池板的输出功率，选择不同容值和耐压的中间小电容； .2)根据太阳能电池板的输出特性，在整个充电过程中通过调节驱动两个开关管的脉冲宽度实现太阳能电池板的最大功率输出； .3)在不同的充电阶段由处理器通过控制开关的状态实现充电电路拓扑的改变，即充电起始阶段太阳能电池板的输出电压大于超级电容器所存储电压时，采用Boost与开关电容电路相结合的拓扑，当太阳能电池板输出电压小于超级电容器所存储电压时，采用Boost变换器电路直接为超级电容器充电，以缩短整体充电时间； . 4)为用户提供一个多智能输出的稳压系统； .5 )对超级电容器进行实时监测，进行过压过热保护，及欠压报警。
【文档编号】H02J7/00GK103840529SQ201410103396
【公开日】2014年6月4日 申请日期:2014年3月19日 优先权日:2014年3月19日
【发明者】程红丽, 吴军营, 孙帅, 夏军, 贾龙飞, 田华, 张婷 申请人:西安科技大学