一种光伏充电控制系统的制作方法

本发明涉及光伏发电技术领域，特别涉及一种光伏充电控制系统。

背景技术：

随着能源日益紧缺和环保压力不断增大，光伏发电技术以其资源丰富、清洁环保、受地域限制小等优点，越来越受到人们的重视。根据对现有光伏发电系统的调查分析，储能蓄电池的使用寿命是导致系统故障和失效的重要因素之一。传统的独立光伏发电系统一般采用单个充电控制器控制太阳能电池板对蓄电池进行充电，该方法基本能够满足小容量蓄电池的要求，但不能胜任大容量蓄电池或蓄电池组。大容量的蓄电池或蓄电池组充电时需要的充电电流较大，充电过程中充电控制器投入/切出充电频繁，对蓄电池冲击较大，容易损坏蓄电池。当前，大容量蓄电池和蓄电池组正被逐渐广泛使用，因此，需要更加有效、可靠的充电控制方案。

技术实现要素：

(一)解决的技术问题

为了解决上述问题，本发明提供了一种光伏充电控制系统，通过判断蓄电池的充电状态，采取相应的充电方式，从而适应不同容量的蓄电池，达到延长蓄电池使用寿命的目的。

(二)技术方案

一种光伏充电控制系统，包括控制单元、充电单元、采样单元、按键输入单元、显示单元、存储单元和rs485通信单元；

所述充电单元输入端连接光伏电池，输出端与蓄电池相连，所述光伏电池通过所述充电单元对所述蓄电池进行充电；所述充电单元包括场效应管、第一和第二三极管、第一～第三二极管和第一～第七电阻，其中所述场效应管选用p沟道功率开关管irf4905，所述第一和第二二极管为肖特基二极管；

所述采样单元采集所述蓄电池的充电端电压，输出模拟信号送入所述控制单元的a/d口；所述采样单元包括电流传感器、第一～第三运算放大器、第四～第七二极管、第八～第二十三电阻、第一和第二电容，其中所述电流传感器选用霍尔电流传感器chb_50a，所述第一～第三运算放大器选用四运算放大器lm324，所述第四和第七二极管为肖特基二极管；

所述控制单元对所述采样单元的采集信号进行处理，输出pwm信号控制所述充电单元的所述场效应管的开关占空比，从而调节所述光伏电池对所述蓄电池的充电电流；所述控制单元的输出分别连接所述显示单元、所述存储单元和所述rs485通信单元；

所述按键输入单元用于启停充电过程、设定和修改充电控制参数以及确定上传数据，所述按键输入单元包括键盘扫描芯片、键盘矩阵、石英晶振、第三～第五电容和第二十四～第三十电阻，其中所述键盘扫描芯片选用zlg7289，所述键盘矩阵为四行三列12键键盘；

所述显示单元实时显示所述蓄电池的充电过程参数；

所述存储单元对所述蓄电池的所述充电过程参数进行保存，所述存储单元包括eeprom存储器、第三十一和第三十二电阻，其中所述eeprom存储器选用24c02；

所述控制单元通过所述rs485通信单元将所述蓄电池的所述充电过程参数上传给上位机，所述rs485通信单元包括rs485驱动器、第六电容和第三十三～第三十八电阻，其中所述rs485驱动器选用max485。

进一步的，所述控制单元选用单片机msp430f148。

进一步的，所述显示单元选用lcd12864液晶模块。

作为优选，还包括指示灯单元，所述指示灯单元选用双色指示灯，表示蓄电池的充电状态。

(三)有益效果

本发明提供了一种光伏充电控制系统，结合传感器和单片机控制技术，通过判断蓄电池的充电状态，采取相应的充电方式，从而适应不同容量的蓄电池，可对蓄电池稳定、可靠地进行充电，增强了对蓄电池的保护，达到延长蓄电池使用寿命的目的，其结构简单，成本低廉，系统功耗低，检测精度高，响应速度快，稳定性和可靠性好，控制方便，具有良好的可扩展性。

附图说明

图1为本发明所涉及的一种光伏充电控制系统的功能框图。

图2为本发明所涉及的一种光伏充电控制系统的充电单元电路原理图。

图3为本发明所涉及的一种光伏充电控制系统的采样单元电路原理图。

图4为本发明所涉及的一种光伏充电控制系统的按键输入单元电路原理图。

图5为本发明所涉及的一种光伏充电控制系统的存储单元电路原理图。

图6为本发明所涉及的一种光伏充电控制系统的rs485通信单元电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明所涉及的实施例做进一步详细说明。

如图1所示，一种光伏充电控制系统，包括控制单元、充电单元、采样单元、按键输入单元、显示单元、存储单元和rs485通信单元。

充电单元输入端连接光伏电池，输出端与蓄电池相连，光伏电池通过充电单元对蓄电池进行充电。如图2所示，充电单元包括场效应管q1、三极管q2和q3、二极管d1～d3和电阻r1～r7，其中场效应管q1选用p沟道功率开关管irf4905，二极管d1和d2为肖特基二极管。irf4905具有小导通电阻，ron＝20mω，最大通态电流id＝74a，开关速度快，具有很好的开关性能。当irf4905的栅源电压＜-8.0v时，此管作为开关管具有很好的开关性能。又由于irf4905为p沟道，很容易把基准电压选在一个点上，能够较大提高系统的可靠性。二极管d2的作用是防反充，也就是当蓄电池e2电压高于光伏电池e1电压时，二极管d2截止，防止了蓄电池e2向光伏电池e1反充电。二极管d3防止蓄电池e2正负极性反接，即当蓄电池e2反接时，二极管d3正向导通，电流很大，熔断丝即可烧断，电路断开，从而保护了蓄电池e2和控制部分，提高了系统的可靠性。当控制单元给出充电的控制信号，三极管q3导通，由于三极管q3工作于射极输出状态，其发射极为高电平，三极管q2导通，由于二极管d1的稳压作用，使得irf4905的栅源电压钳位在-10v，irf4905导通，光伏电池e1向蓄电池e2充电。反之，三极管q2和q3均截止，irf4905断开，光伏电池e1不能向蓄电池e2充电。

采样单元采集蓄电池的充电端电压，输出模拟信号送入控制单元的a/d口。如图3所示，采样单元包括电流传感器u1、运算放大器u2a～u2c、二极管d4～d7、电阻r8～r23、电容c1和c2，其中电流传感器u1选用霍尔电流传感器chb_50a，运算放大器u2a～u2c选用四运算放大器lm324，二极管d4和d7为肖特基二极管。霍尔电流传感器chb_50a的工作原理为霍尔磁补偿，额定电流为50a，匝数比为1：1000，工作电压为5v。电流传感器u1采集的光伏电池的工作电流信号首先经过一个功率电阻r17转换为相应的电压信号，再经电阻r19和电容c1组成的rc滤波后与一直流电压给定信号dcin相加后经lm324比例放大，与直流电压给定信号dcin叠加的目的是使输入的电流信号经过直流偏置后在0～5v之间变化，满足控制单元的a/d口对输入信号的要求，rc滤波及比例放大是为了减小干扰。

控制单元对采样单元的采集信号进行处理，当蓄电池充电端电压小于预设快充电压时，控制单元输出pwm信号调节irf4905占空比使其处于几乎连续导通状态，充电单元输出大电流对蓄电池进行快速充电；当蓄电池充电端电压接近预设均衡电压时，控制单元输出pwm信号调节irf4905占空比使其处于断续导通状态，充电单元输出恒压电流对蓄电池进行均衡充电；当蓄电池充电端电压接近预设浮充电压时，控制单元输出pwm信号调节irf4905占空比使其处于几乎关断的状态，充电单元输出涓细电流对蓄电池进行浮充，从而调节光伏电池对蓄电池的充电电流。控制单元的输出分别连接显示单元、存储单元和rs485通信单元。控制单元选用单片机msp430f148，其工作电压为5v，是一款带10位a/d转换的单片机芯片，具有超强抗干扰的特性，并且具有超低的功耗，正常工作时电流仅为4～7ma，空闲时电流＜1ma。它的工作周期仅为一个时钟周期，可以大大降低使用的外部晶振的频率，从而降低电磁干扰。msp430f148具有引脚少、体积小、价格低、使用方便等特点，可降低开发成本，缩短开发周期。

按键输入单元用于启停充电过程，设定和修改充电控制参数如快充电压、均衡电压、浮充电压等充电过程参数以及确定上传数据。如图4所示，按键输入单元包括键盘扫描芯片u3、键盘矩阵、石英晶振x1、电容c3～c5和电阻r24～r30，其中键盘扫描芯片u3选用zlg7289，键盘矩阵为四行三列12键键盘。zlg7289内部含有译码器，具有串行接口，单片即可完成键盘接口的全部功能，外接四行三列12键键盘，当有按键按下时key脚会变为低电平，利用指令可读出所按键值。

显示单元选用lcd12864液晶模块，实时显示蓄电池的充电过程参数，方便及时了解光伏系统的发电情况。

存储单元对蓄电池的充电过程参数进行保存，如图5所示，存储单元包括eeprom存储器u4、电阻r31和r32，其中eeprom存储器u4选用24c02。

控制单元通过rs485通信单元将蓄电池的充电过程参数上传给上位机，以进行进一步的处理分析。如图6所示，rs485通信单元包括rs485驱动器u5、电容c6和电阻r33～r39，其中rs485驱动器u5选用max485。rs485最大的通信距离约为1219m，最大传输速率为10mbps，与上位机之间的连线只需简单的用一对双绞线将“a”、“b”端连接起来即可实现通信，非常方便，完全满足离线测量系统远距离传输的要求。

为了更加直观的显示蓄电池是否充满，还包括指示灯单元，指示灯单元为红绿双色指示灯，红色表示蓄电池处于充电过程中，绿色表示蓄电池已经充满。

本发明提供了一种光伏充电控制系统，结合传感器和单片机控制技术，通过判断蓄电池的充电状态，采取相应的充电方式，从而适应不同容量的蓄电池，可对蓄电池稳定、可靠地进行充电，增强了对蓄电池的保护，达到延长蓄电池使用寿命的目的，其结构简单，成本低廉，系统功耗低，检测精度高，响应速度快，稳定性和可靠性好，控制方便，具有良好的可扩展性。

上面所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的构思和范围进行限定。在不脱离本发明设计构思的前提下，本领域普通人员对本发明的技术方案做出的各种变型和改进，均应落入到本发明的保护范围，本发明请求保护的技术内容，已经全部记载在权利要求书中。