一种太阳能控制器及太阳能充电系统的制作方法_3

文档序号:9080395阅读:来源:国知局
存在充电电压范围窄,充电电流小、充电慢的技术问题,并且只有升压状态或者降压状态,与相关技术中太阳能控制器相比,本实用新型实施例提供的太阳能控制器的输入电压范围为6V-80V,输出电压范围为5v-80v,充电电压范围变大,通过上述MCU处理器101采集并比较太阳能电池板11的输出电压和功率开关电路102的输出电压的大小,以生成相应的控制信号对功率开关电路102中的四个绝缘栅型场效应管(功率开关M0S)的时序状态进行控制,从而控制功率开关电路102的输出电压的大小,保证升压、升降压、降升压和降压操作模式之间的转换是连续的。无论太阳能控制器的输入电压(Vin即太阳能电池板11的输出电压)如何变化,也就是说,无论输入电压高于、低于或者等于输出电压,可以通过控制功率开关电路102的时序状态,实现太阳能控制器的输出电压(Vout)恒压输出,从而提高了太阳能控制器的充电效率。
[0076]考虑到若对充电电池22过充电或充电不足,则均会影响充电电池22的使用寿命,因此,根据充电电池22当前的电量合理的控制充电电池22的充电状态,将延长充电电池22的使用时间,因此,在上述实施方案的基础上做了进一步改进,上述MCU处理器101,还用于采集所述充电电池22的当前电压,对比所述充电电池22的当前电压和预定对比电压的比值与预设值的大小关系,生成相应的充电控制信号;
[0077]若比值介于第一预设值与第二预设值之间,则生成以第一预设恒定电流输入至所述充电电池22的充电控制信号,通过该控制信号控制功率开关电路的占空比,以使功率开关电路的输出电流调整为第一预设恒定电流;
[0078]若比值介于第二预设值与第三预设值之间,则生成以第二预设恒定电流输入至所述充电电池22的充电控制信号,通过该控制信号控制功率开关电路的占空比,以使功率开关电路的输出电流调整为第二预设恒定电流;
[0079]若比值大于第三预设值,则生成以恒定电压输入至所述充电电池22的充电控制信号,通过该控制信号控制功率开关电路的占空比,以使功率开关电路的输出电压调整为恒定电压(预定对比电压);
[0080]其中,所述第一预设值小于第二预设值,第二预设值小于第三预设值;第一预设恒定电流小于第二预设恒定电流,第二预设恒定电流为图中最大充电电流。
[0081]其中,假设在恒定的温度和足够的输入功率条件下,通过上述MCU处理器101采集充电电池22的当前电压,根据采集到的当前电压和预定对比电压值的的比值与预设值的大小关系并按照在上述MCU处理器101中预置的程序或算法(电池充电算法),生成相应的控制信号,利用该控制信号对上述功率开关电路102进行控制,以产生匹配的输出电压给充电电池22充电,使充电电池22保持合理的充电阶段,从而延长充电电池22的使用寿命。
[0082]具体的,如图4所示的理想化的充电曲线示意图,上述充电电池22的充电过程主要分为以下几个阶段:
[0083]阶段O (对应于图中状态O):当采集到充电电池22的当前电压介于预定对比电压值的比值在35%至70% (典型值)之间时,也就是说,此时充电电池22的剩余电量较少,不易大电流充电,需进行小电流充电,充电电池22进入涓流充电阶段即减小的恒定电流的充电方式。
[0084]阶段I (对应于图中状态I):当采集到充电电池22的当前电压介于预定对比电压值的比值在70%至98% (典型值)之间时,需进行快速充电,充电电池22进入恒定电流充电阶段,该充电阶段常被称为大电流充电即全恒定电流的充电方式。
[0085]阶段2 (对应于图中状态2):当采集到充电电池22的当前电压大于预定对比电压值的比值大于98% (典型值)时,充电电池22处于准饱和状态,充电电池22进入恒定电压充电阶段,该充电阶段常被称为“浮充充电”(对于锂离子电池)和“吸收充电“(对于铅酸电池)。
[0086]阶段3(对应于图中状态3):阶段3是可任选的,利用CHARGECFG1引脚来配置,把CHARGECFG1引脚配置成AVDD值的5%到90%之间。
[0087]需要说明的是,其中,上述第一预设值可以是35%,第二预设值可以是70%,第二预设值可以是98%,上述预定对比电压值即为图中状态2电压限值,上述太阳能控制器可以执行一种用于大多数电池类型的恒定电流恒定电压(CCCV)充电模式,包括密封铅酸(SLA)电池、富液电池、锂离子电池等,即上述太阳能控制器适用于多数充电电池,可以实现控制大多数充电电池保持合理的充电阶段,从而延长充电电池的使用寿命。
[0088]进一步的,考虑到充电电池22的最大充电电量的额定值与该充电电池22的温度有关,当充电电池22的温度变化时,电池所承受的实际电流和电压将随之改变,因此需要对上述预定对比电压值VS2的大小进行调整,上述太阳能控制器还包括:NTC温度传感器103,如图5所示,该NTC温度传感器103与太阳能控制器的连接关系及内部结构为:
[0089]该NTC温度传感器103的其一端连接所述MCU处理器101的TEMPSENSE端口和AVDD端口相连,另一端与所述MCU处理器101的接地端口相连,该NTC温度传感器用于采集所述充电电池22外部的温度,以向所述MCU处理器101发送温度补偿信号;
[0090]所述MCU处理器101根据所述温度补偿信号调整所述预定对比电压。
[0091]其中,该NTC温度传感器103包括:NTC热敏电阻1031和电位器1032,所述NTC热敏电阻1031分别与所述MCU处理器101的TEMPSENSE端口和接地端口相连,所述电位器1032分别与所述MCU处理器101的TEMPSENSE端口和AVDD端口相连。具体的,采用一个热耦合至电池组的NTC(负温度系数)电阻为1kQ、β = 3380的热敏电阻1031来测量充电电池22的温度,以及在AVdd和TEMPSENSENS之间连接一个11.5k的电位器1032来启动,该电位器主要起到分压的作用,若不需要电池温度监视功能,则可以使用一个1k电阻器来替换热敏电阻1031。
[0092]具体的,通过一个热耦合至充电电池22周围的热敏电阻1031来测量充电电池22的温度,当该温度变化时,相应的TEMPSENSE端口上的电压也随之变化,上述MCU处理器101的FBOW引脚输出的PffM占空比将相应的改变,以适应充电电池22在不同温度时的电压值,在MCU处理器101中根据预置的程序或算法,自动调整预定对比电压值,实现自动温度补偿的目的。
[0093]为了便于直观的读取充电电池22的充电电流和充电电压,及直观的了解到充电电池22的充电状态并显示错误信息,上述控制器还包括:第一发光二极管、第二发光二极管和数码显示管,
[0094]上述第一发光二极管的输入端与所述MCU处理器101的STATUS端口端连接,输出端与所述充电电池22板的负极和所述充电电池22的负极相连,用于显示充电状态;
[0095]上述第二发光二极管的输入端与所述MCU处理器101的FAULT端口端连接,输出端与所述充电电池22板的负极和所述充电电池22的负极相连,用于显示错误信息;
[0096]与所述MCU处理器101连接的所述数码显示管,用于显示所述充电电池22的电压和电流。
[0097]优选的,充电电池22的充电状态表示形式可以是:当第一发光二极管全灭时,表示充电电池22处于充电阶段O ;当第一发光二极管闪一次时,表示充电电池22处于充电阶段I ;当第一发光二极管闪2次时,表示充电电池22处于充电阶段2,当第一发光二极管闪3次时,表示充电电池22处于充电阶段3,当第一发光二极管闪4次时,表示充电电池22充电完成。充电电池22的错误信息表示形式可以是:当第二发光二极管闪一次时,表示充电电池22断接;当第二发光二极管闪二次时,表示热敏电阻1031断接;当第二发光二极管闪三次时,表示定期故障;当第二发光二极管闪三次时,表示电池欠压。
[0098]上述太阳能控制器还包括:报警单元,该报警单元与上MCU处理器连接,用于当上述第二发光二极管闪烁时,发出报警警报。
[0099]进一步的,为了可以实现实时查看充电电池22的充电情况,并可以实现无线控制太阳能控制器对充电电池22的通断,上述MCU处理器101可以通过无线通信模块与移动终端无线连接,所述MCU处理器101通过所述无线通信模块向所述移动终端发送充电电压和充电电流,以及所述移动终端通过所述无线通信模块向所述MCU处理器101发送通电或断电信号,以触发所述MCU处理器101控制所述充电电池22的通电或断电。
[0100]基于上述装置的结构说明,如图6所示为一种太阳能控制器的优选实施例的结构示意图,其具体处理过程为:
[0101]太阳能电池板11的输出端与太阳能控制器中的MCU处理器101的输入端电连接,该MCU处理器101的输出控制端与功率开关电路102电连接,通过MCU处理器101采集太阳能电池板11的输出电压、输出电流和充电电池22的当前电压,该MCU处理器101根据采集到的电信号按照在上述MCU处理器101中预置的程序或算法,生成相应的控制信号,如通过上述MCU处理器101的输入采集端采集太阳能电池板11的输出电压和输出采集端采集上述功率开关电路102的输出电压,根据采集到的太阳能电池板11的输出电压和功率开关电路102的输出电压的大小关系并按照在上述MCU处理器101中预置的程序或算法,生成相应的控制信号,利用该控制信号对上述功率开关电路102进行控制,以产生恒定的输出电压给充电电池22充电,从而提高太阳能控制器的充电效率,同时,还通过上述MCU处理器101采集太阳能电池板11的输出电压和输出电流,根据采集到的输出电压和输出电流并结合在上述MCU处理器101中预置的程序或算法(MPPT算法),以确定最大输入功率,进一步的提高了太阳能控制器的充电效率;又如通过上述MCU处理器101采集充电电池22的当前电压,根据采集到的当前电压和预定的充电电压的大小关系并按照在上述MCU处理器101中预置的程序或算法,
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