一种多光模式太阳能灯的照明控制方法及系统控制方法与流程

文档序号：11139924阅读：837来源：国知局

本发明涉及太阳能灯的控制方法的技术领域，尤其涉及一种多光模式太阳能灯的照明控制方法及系统控制方法。

背景技术：

独立太阳能灯具是利用太阳能作为能源，将太阳能转换为电能，并通过蓄电池将电能存储起来，在夜间给路灯光源供电。日常使用不受供电影响，不消耗常规电能，节能环保。无需复杂昂贵的管线铺设，安装简便，路灯布局不受管线铺设限制，因而应用前景广阔。

尽管独立太阳能路灯已出现多年，但到目前为止，使用过程中仍然有许多不尽人意的地方，譬如遭遇连续数天阴雨天时，现有的太阳能路灯会有熄灯现象，且天晴后也不能迅速恢复正常亮灯，这极大地影响了太阳能路灯的广泛使用。为解决这一问题，现有的太阳能路灯通过加大储能电池容量及太阳能板尺寸，但此方案存在成本急剧增加，且使得太阳能路灯尺寸和重量都增加许多，难以满足应用需求。

太阳能灯使用具有一个突出的特点，就是能源的补充与消耗是相反的。夏天日照时间长，太阳能电池组件转化给储能电池的电能多，反而灯亮的时间短。冬天日照时间短，储能电池充入的电量少，恰恰相反需要灯亮的时间长。与此同时，人们的活动也具有一些规律，一般夏天在外活动多，冬天在外活动少。一天中，二十三点半前在外活动多，二十三点半后到早上六点前活动少。因此，如何应用太阳能灯的使用特点以及人们的活动规律，在满足国家相关标准的前提下，对太阳能路灯的亮灯控制、充放电控制等进行优化设计是充分发挥太阳能灯效能极其重要的研究内容，将是实现太阳能灯全年能够正常照明的关键所在。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种多光模式太阳能灯的照明控制方法及系统控制方法。

针对的主要问题是，现有的太阳能灯因能源的补充与消耗是相反的特点，在阴雨天气中常无法正常照明，易出现熄灯的问题。本发明解决上述问题的主要思路为：统筹太阳能灯的太阳能电池组件、储能电池及光源的各个模块，依据不同季节、每天的不同时段，优化亮灯策略与充放电策略。

为解决上述技术问题，本发明采用了以下技术措施：

一种多光模式太阳能灯的照明控制方法，根据太阳能灯的用电量情形，采取不同的亮灯策略，包括以下步骤：

步骤1：对高、底用电量情形进行表示：

将高用电量情形表示为：

式中，P_ih(i＝1,2,3,4)为高用电量情形时每天第i亮灯阶段的耗电功率，P_ih(i＝1,2,3,4)是依据分析实验结果为给定的固定参数值，彼此互不相同；t_ih(i＝1,2,3,4)为高用电量情形时每天第i亮灯阶段的时长，t_ih(i＝1,2,3)是依据人们活动特点给出的固定时长；t_4h是个变量，为开始第4阶段照明到天亮熄灯的时长；

将低用电量情形表示为：

式中，P_il(i＝1,2,3,4)为低用电量情形时每天第i亮灯阶段的耗电功率，P_il(i＝1,2,3,4)是依据分析实验结果为给定固定参数值，彼此互不相同；t_il(i＝1,2,3,4)为低用电量情形时每天第i亮灯阶段的时长，t_il(i＝1,2,3)是依据人们活动特点给出的固定时长；t_4l是个变量，为开始第4阶段照明到天亮熄灯的时长；

其中，Q_h＞Q_l，并设定P_ih＞P_il(i＝1,2,3)，以及P_4h＝P_4l＝P₄；

步骤2：第一天亮灯控制：

控制太阳能灯第一天以低用电量情形进行工作，令第1天中第4阶段的用电量情形为Q₄，且有

Q₄＝P₄t_4l (3)

步骤3：第N天亮灯控制，其中N>1，且N为整数：

设定第N-1天中太阳能灯用电量情形的判定值Q_hl，且有

Q_hl＝P₄T₄ (4)

式中，T_S为太阳能灯使用所在地的夏天亮灯时间平均值，T_W为太阳能灯使用所在地的冬天亮灯时间平均值；

令第N-1天中第4阶段的用电量情形为Q₄，且有

Q₄＝P₄t_4l (5)

或者

Q₄＝P₄t_4h (6)

根据第N-1天的用电量情形的具体情况，选择不同的亮灯策略；

第N-1天熄灯后，如果Q₄＞Q_hl，则第N天以低用电量情形进行工作；反之，如果Q₄＜Q_hl，则第N天以高用电量情形进行工作。

其中，还包括步骤4：所述太阳能灯包括储能电池，在亮灯过程中，每隔一段时间检测一次储能电池的实际剩余电量；当储能电池的实际剩余电量小于规定值时，则控制太阳能灯以低功率照明情形进行工作。

还包括步骤5：根据人们的活动规律，将每天的亮灯时间划分为四个时段，不同时段采用不同的亮度状态，每个时段的高低亮度规律与人们的活动规律相匹配。

另外，本发明还提供了一种多光模式太阳能灯的系统控制方法，应用上述的亮灯控制方法，所述太阳能灯的系统包括太阳能电池组件、储能电池、充放电控制器及LED光源，所述充放电控制器分别与所述太阳能电池组件、所述储能电池、所述LED光源电连接，所述太阳能电池组件向所述储能电池充电，所述储能电池向所述LED光源供电；包括以下步骤：

A、给V_o、V_C、Q_B、Q₄赋值，并判定太阳能灯是否亮灯的步骤：

当u_s＜V_o时，延长T₁时间后，并进入亮灯策略选择，

当u_s≥V_o时，所述太阳能灯不亮，并进入充电策略选择；

其中，V_o为开灯阈值电压，V_C为关灯阈值电压，Q_R为电池实际容量，Q_B为电池容量阈值，Q₄为确保第一天低用电量情形工作参数值；

B、亮灯策略选择的步骤：

当Q_R＜Q_B时，则控制太阳能灯以低功率照明情形进行工作，

反之，当Q_R≥Q_B时，则控制太阳能灯以高、低用电量情形进行工作，并进一步依据Q₄与Q_hl的关系选择高用电量情形或者低用电量情形进行工作；

C、充电策略选择的步骤：

当u_s＜u_b时，控制太阳能电池组件向储能电池充电，

反之，当u_s≥u_b时，控制太阳能电池组件处于空闲状态，不向储能电池充电；

其中，u_s为太阳能电池组件的工作电压值，u_b为储能电池的工作电压值，且在充电策略选择结束后返回步骤A中，判定太阳能灯是否亮灯；

D、当B步骤结束后，则进入判定是否关灯的步骤：

当u_s＜V_c时，返回步骤B中，进入亮灯策略的选择，

反之，当u_s≥V_c时，延长T₂时间后，熄灯并对Q₄赋新值，然后返回步骤C中，进入充电策略的选择。

将所述T₁的范围设为3min≤T₁≤8min，所述T₂的范围设为0min≤T₂≤3min。优选的，所述T₁为5min，所述T₂为1min。

还包括CN3722充电IC，所述充放电控制器与CN3722充电IC连接，所述CN3722充电IC具有MPPT跟踪端，用于最大功率点跟踪，依据太阳能电池组件的电量情况自动选择恒压充电模式或者恒流充电模式或者涓流充电模式。

与现有技术相比较，本发明具有以下优点：

1、采用双重多光模式的亮灯策略，双重多光模式具有多个方面的内容：一是不同的季节，有高用电量情形和低用电量情形；再者是依据人们的活动规律，将一天划分为多个不同的亮灯时段，每个时段发出不同光功率；连续阴雨天几天后采用低功率照明情形。通过采用双重多光模式，既节能，又不影响照明需求，确保了太阳能灯能在阴雨天连续工作15天。

2、太阳能灯的系统依据太阳能电池组件的工作电压与储能电池工作电压的关系，选择合理的充电模式，减少太阳能电池组件的电量损耗。更进一步的，通过应用CN3722充电IC中MPPT跟踪端的特性，能够自动选择恒压充电模式或者恒流充电模式或者涓流充电模式。使得太阳能电池组件在很低的电量情况下也能够对储能电池进行充电。

附图说明

附图1是本发明所使用的多光模式太阳能灯系统的功能模块的结构框图；

附图2是本发明的多光模式太阳能灯系统的控制流程图。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。

为克服太阳能灯能源的补充与消耗是相反的缺陷，需优化亮灯策略与充放电策略，以达到节能、延长灯具在阴雨天的照明时间。本发明采用双重多光模式，一是不同的季节，有高用电量情形和低用电量情形；再者是依据人们的活动规律，将一天划分为多个不同的亮灯时段，每个时段发出不同光功率；连续阴雨天几天后采用低功率照明情形。具体思路为：灯亮时首先会依据第一天上杆工作的情况，判断从第二天起太阳能灯工作在哪个季节，即是采用高用电量情形还是低用电量情形；再者是依据人们的活动规律，不管是高用电量情形还是低用电量情形，会将一天划分为多个不同的亮灯时段，让每个时段的发光功率不同。亮灯过程中会实时检测电池容量，一旦低于设定阈值，太阳能灯即刻进入低功率照明情形。

此外，本发明还依据太阳能电池组件的工作电压与储能电池工作电压的关系，选择合理的充电模式，减少太阳能电池组件的电量损耗。更进一步的，通过应用CN3722充电IC中MPPT跟踪端的特性，能够自动选择恒压充电模式或者恒流充电模式或者涓流充电模式。使得太阳能电池组件在很低的电量情况下也能够对储能电池进行充电。

请参考图1，所述太阳能灯的系统包括太阳能电池组件、储能电池、充放电控制器及LED光源，所述充放电控制器分别与所述太阳能电池组件、所述储能电池、所述LED光源电连接，所述太阳能电池组件向所述储能电池充电，所述储能电池向所述LED光源供电。

实施例1：

一种多光模式太阳能灯的照明控制方法，根据太阳光照情形从而确定太阳能灯的用电量情形，采取不同的亮灯策略，包括以下步骤：

步骤1：对高、底用电量情形进行表示：

将高用电量情形表示为：

将低用电量情形表示为：

其中，Q_h＞Q_l，并设定P_ih＞P_il(i＝1,2,3)，以及P_4h＝P_4l＝P₄。

步骤2：第一天亮灯控制：

控制太阳能灯第一天以低用电量情形进行工作，令第1天中第4阶段的用电量情形为Q₄，且有

Q₄＝P₄t_4l (3)

步骤3：第N天亮灯控制，其中N>1，且N为整数：

设定第N-1天中太阳能灯用电量情形的判定值Q_hl，且有

Q_hl＝P₄T₄ (4)

式中，T_S为太阳能灯使用所在地的夏天亮灯时间平均值，T_W为太阳能灯使用所在地的冬天亮灯时间平均值；其中，T_S与T_W的数据在最初可以参考使用所在地的日落日出的气象资料，在太阳能灯使用一段时间后，则相关数据可以参考太阳能灯自身使用情况的资料。

令第N-1天中第4阶段的用电量情形为Q₄，

Q₄＝P₄t_4l (5)

或者

Q₄＝P₄t_4h (6)

根据第N-1天的用电量情形的具体情况，选择不同的亮灯策略；

第N-1天熄灯后，如果Q₄＞Q_hl，则第N天以低用电量情形进行工作；反之，如果Q₄＜Q_hl，则第N天以高用电量情形进行工作。

上述步骤中，在不同季节中由于日照时间不同，并将日照时间的变化通过t_4l表现出来，使得t_4l是个变量，相应的Q₄与Q_hl也是变量。因此能够通过上述步骤判定所处季节，并在不同季节中采用不同的亮灯策略，在夏季采用高用电量情形，在冬季采用低用电量情形。

其中，还包括步骤4：所述太阳能灯包括储能电池，在亮灯过程中，每隔一段时间检测一次储能电池的实际剩余电量；当储能电池的实际剩余电量小于规定值时，则控制太阳能灯以低功率照明情形进行工作。确保了太阳能灯能在阴雨天连续工作15天。

还包括步骤5：根据人们的活动规律，将每天的亮灯时间划分为四个时段，不同时段采用不同的亮度状态，每个时段的高低亮度规律与人们的活动规律相匹配。例如，划分为傍晚、夜晚、凌晨和早晨四个时段，在傍晚使用中亮度、夜晚使用高亮度、凌晨使用低亮度、早晨使用中亮度。无论是高用电量情形还是低用电量情形，都进行时段的划分，每个时段的高低亮度不同。且高用电量情形的各个时段高低亮度情况与低用电量情形在各个时段的高低亮度情况不相同。

关于上述多光模式太阳能灯的照明控制方法，实施例中，还做了相应的仿真实验，具体实现结果与分析如下：

表1：模拟条件为，储能电池充满电后，模拟第一天以低用电量情形进行照明，t_4l等于6.5h。充放电控制器判断第二天应继续按低用电量情形照明时，不同时段储能电池及LED光源的工作电流及电压参数值。

表1，第一天以低用电量情形照明后再以低用电量情形照明的电路参数

表2：模拟条件为，储能电池充满电后，模拟第一天以低用电量情形进行照明，t_4l等于4.5h。充放电控制器判断第二天应改为按高用电量情形照明时，不同时段储能电池及LED光源的工作电流及电压参数值。

表2，第一天以低用电量情形照明后改为以高用电量情形照明的电路参数

表3：模拟条件为，储能电池的剩余电量小于某一给定电量值后。太阳能灯以低功率照明情形工作时，不同时段储能电池及LED光源的工作电流及电压参数值。

表3，太阳能灯以低功率照明情形的电路参数

实施例2：

实施例2应用了实施例1中的多光模式太阳能灯的照明控制方法，还增加了充放电控制的策略。具体如下：

一种多光模式太阳能灯的系统控制方法，包括以下步骤：