专利名称：蓄电池充放电控制器和使用该控制器的控制系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及使用蓄电池供电的领域，具体的讲是一种蓄电池充放电控制器和使用该控制器的控制系统。
背景技术：
铅酸蓄电池作为稳定电源和主要的直流电源，因工艺成熟，性能稳定而占据了二次电池市场的75％，普遍应用于汽车、通讯、电力、金融、能源等各行各业中。在很多领域，铅酸蓄电池是作为启动电源或备用电源使用，如汽车启动电瓶和UPS电源系统。这种情况下，蓄电池处于浮充电状态或充满电的状态，其剩余容量或荷电状态SOC(State of Charge)始终高于90％，而且有高可靠的，一旦蓄电池过放电就能将蓄电池迅速充满的充电电源。蓄电池在这种使用条件下很不容易被过放电。但在另一些领域，如风力发电系统和太阳能光伏发电系统，充电电源的容量一般设计成与系统的标准负荷相匹配，气候的变化和用户的过量用电都很容易造成蓄电池的过放电。
所有使用蓄电池的系统都会配有防止蓄电池过充电和过放电的控制器，如图1所示，为现有的太阳能光伏发电系统(或风力发电系统)所使用的蓄电池控制器的控制原理，在步骤S1，蓄电池的SOC值为正常时为负载供电，即蓄电池的SOC为90％以上，或满容量时为负载供电，该负载为与充电电源的容量相匹配的标准负荷；在步骤S2，当蓄电池的SOC值为10％时，断开负载，由于一直是为该标准负荷供电，太阳能光伏发电系统(或风力发电系统)的充电电源又会因为天气状况而不能保证及时为蓄电池充电，因此蓄电池在放电过程中的放电电流较大，因此容量也就很快下降到10％，此时只能发出过放电警告，同时将负载切断，即蓄电池开始处于亏电状态，而负载处于不能工作状态；在步骤S3时，当具备充电条件时，为蓄电池充电，如在连续阴天之后出现阳光充足的天气时(或在连续无风的情况下，出现风力比较大的天气)，开始为蓄电池充电，由于是在蓄电池处于长时间的亏电状态，因此一般需要3-5天才能将其充满，而为了尽早使负载恢复工作(如当负载是路灯时，需要尽快使路灯恢复照明)，常常在蓄电池的容量仅达到50％时(如对其充电1.5-2.5天后)就又重新使其为负载供电。可见，现有的太阳能光伏发电系统(或风力发电系统)所使用的蓄电池控制器，在避免蓄电池发生过放电的技术上，只采用一点式控制，即仅在蓄电池的剩余容量SOC降到10％以下，或者说是在蓄电池的放电深度DOD(Deep of Discharge，DOD＝1-SOC)超过90％时才发出过放电警告和断开负载。
由于现有的铅酸蓄电池控制器仅在蓄电池已发生了深度放电(SOC≤10％)的情况下，才进行控制，所以会产生以下不足一、蓄电池始终为已设计好的标准负荷供电，从而放电电流一直较大，很容易到达过放电点，导致负载很快就被迫断开，影响负载的正常工作；二、由于蓄电池很容易到达过放电点，又没有高可靠的充电电源，蓄电池处于亏电状态或深度放电状态(SOC≤50％)的时间较长；三、用有限的充电电源，风力发电或太阳能发电等受天气影响较大的充电电源，对已长时间发生深度放电的蓄电池重新充电，一般需要3-5天才能将其充满，为了尽快恢复对负载的供电，常常当蓄电池的容量达到50％时就又重新开始供电，因此蓄电池再次发生深度放电的时间会缩短，从而导致为负载供电的时间会缩短。三、在蓄电池的容量≤50％的条件下使用，还很容易造成蓄电池的不可逆硫酸盐化，从而缩短蓄电池的使用寿命，导致更换蓄电池的频率增加，使用蓄电池的成本上升。
如前所述，现有的太阳能光伏发电和风力发电系统因采用了前述蓄电池控制器而不可避免地也会产生前述不足。
实用新型内容为了解决现有铅酸蓄电池充放电控制器以及使用铅酸蓄电池供电的系统的不足，本实用新型提出了一种防止铅酸蓄电池过放电的蓄电池充放电控制器和控制系统。
本实用新型所提出的蓄电池充放电控制器，主要是一种根据蓄电池的剩余容量(SOC)或相应电压对蓄电池进行自动两点或多点放电控制。即不等到蓄电池发生过放电(容量下降到10％以下)时再被迫切断负载，而是在蓄电池的剩余容量(即相应电压)下降到一定程度时，就开始自动将蓄电池的负载适当调小或将负载的工作时间适当缩短，使蓄电池一般情况下不会发生过放电，而负载也始终都在工作中，只不过工作时间或负载的功率在允许范围内有所变化而已。而在特殊的情况下，如在使用本实用新型的蓄电池控制器根据蓄电池的容量逐级调小负荷后，天气情况仍然不允许充电电源为蓄电池充电，则本实用新型也具有现有蓄电池控制器的功能，即在蓄电池发生了深度放电时(容量下降到10％以下)，发出过放电警告，同时断开负载。
本实用新型的技术方案是这样实现的一种蓄电池充放电控制器，包括用以在蓄电池的容量为正常时，控制所述蓄电池给标准负荷供电的控制装置；连接于所述控制装置，用以实时检测所述蓄电池的电性物理量值，并输出到所述控制装置而由所述控制装置得出与之对应的蓄电池的剩余容量的检测装置；以及连接于所述控制装置，用以根据所述控制装置在比较所述剩余容量与第一预设剩余容量值之后输出的控制信号，执行闭合和/或断开动作，以减少负荷为第一预设负荷的控制负载电路。
其中，该控制器还包括连接于所述控制装置，用以实施检测温度并输出到所述控制装置，而由所述控制装置比较所检测的温度值是否等于预设温度值，若比较结果为是，则输出充电信号的温度传感装置；和连接于所述控制装置，用以根据所述充电信号给所述蓄电池充电的充电和防过充控制电路；所述控制装置还用以在所述蓄电池容量正常时，输出控制信号到所述控制负载电路，使其执行闭合和/或断开动作以给标准负荷供电。
其中，检测蓄电池的电性物理量值的检测装置为检测蓄电池的端电压的电压检测装置，包括电压检测电路及与之相连的用以将所检测到的模拟电压信号转换为数字电压信号的A/D转换电路；控制装置为单片机，存储有蓄电池的电压-剩余容量对照表，通过比较电压检测装置检测到的电压与所述的电压-剩余容量对照表而得到蓄电池的剩余容量；控制负载电路为多个开关管，该多个开关管与多组负载一一对应外接；充电和防过充控制电路由MOSFET来实现，且外接逆变器。
本实用新型的蓄电池充放电控制器是这样防止铅酸蓄电池过放电的，该控制器通过控制装置，如单片机，在蓄电池的容量为正常时，控制蓄电池为标准负荷供电；通过检测装置，如电压检测装置，实时检测蓄电池的端电压，并将检测到电压输入到单片机，再由单片机通过比较所检测到的电压与电压-剩余容量对照表而实时得到蓄电池的剩余容量；再判断所检测到的剩余容量是否等于预设剩余容量值，若比较结果是，则输出控制信号以控制负载电路，如多个开关管，使其执行闭合和/或断开动作以减少负荷为预设负荷；单片机还判断蓄电池的剩余容量是否为10％，若比较结果为是，则发出过放电警告，同时通过开关管切断负载。
并且，控制器通过其内部的温度检测装置检测温度来判断是否具备充电条件，若具备充电条件，单片机则输出充电信号到充电和防过充控制电路，并在蓄电池容量正常时，输出控制信号到控制负载电路，如多个开关管，使其执行闭合和/或断开动作以为标准负荷供电。
采用本实用新型的控制器，在蓄电池到达其过放电点前，如SOC降到10％之前，就开始采取措施来降低蓄电池的放电速度，该措施为预设剩余容量值，如预设一个剩余容量值为50％，实时检测蓄电池的SOC，当SOC＝50％，减少所连接的用电负载的数目、功率、工作时间，或者设置多个剩余容量值，分别为70％，50％，20％，实时检测蓄电池的SOC，当其SOC依次为70％，50％，20％，逐级减少所连接的用电负载的数目、功率、工作时间。
本实用新型的控制器还可以实时判断是否具备充电条件，若判断结果为是，则为蓄电池充电，并在蓄电池容量为正常时为标准负荷供电。
通过上述控制器，在蓄电池容量减少时及时调小了负荷，而充电条件和以前一样，使得蓄电池的容量得以迅速恢复，并能够为标准负荷继续供电，避免了蓄电池的过放电和不可逆硫酸盐化，使蓄电池一直处于浅放电或浮充电状态，从而大大延长了蓄电池的使用寿命；另一方面，控制过程中只在允许范围内对负载的数目、功率和工作时间进行了调整，并没有由于蓄电池过放电而强制性切断负载，可以说供电始终都没有中断，提高了系统的可靠性。
本实用新型还提供了一种使用上述控制器的控制系统，包括控制器，蓄电池及至少一组负载；所述控制器连接于所述蓄电池及所述负载，所述控制器包括检测电路，用以检测处于未过放电状态的蓄电池的电性物理量值；控制装置，连接于所述检测电路，用以根据所述检测电路输出的电性物理量值得出与之对应的蓄电池的剩余容量值，以及比较所述剩余容量值是否等于预设剩余容量值，该预设剩余容量值为一个以上并依次减少，但大于所述蓄电池的过放电点容量值，若比较结果为是，则输出控制信号；控制负载电路，连接于所述控制装置，用以根据所述控制信号执行闭合和/或断开动作，以减少负荷为预设负荷，该预设负荷为一个以上，并与所述预设剩余容量值一一对应的。
本实用新型的控制系统还包括充电电源与逆变器，分别连接于控制器，所述控制器还包括分别连接于控制装置的温度传感器与充电和防过充控制电路；控制装置比较温度传感器检测到的系统的环境温度是否等于预设温度值，若比较结果为是，则输出充电信号到充电和防过充控制电路以通过充电电源为蓄电池充电；以及在蓄电池容量正常时，输出控制信号到控制负载电路，使其执行闭合和/或断开动作以为标准负荷供电。
其中，检测电路为电压检测电路，控制装置为单片机，其存储有蓄电池的电压-剩余容量对照表，根据电压检测电路输出的蓄电池的端电压值得出与之对应的蓄电池的剩余容量值。充电电源为太阳电池，负载为一个以上的路灯，控制负载电路为一个或多个开关管，并与该一个以上的路灯一一对应连接，充电和防过充控制电路由MOSFET来实现，且连接于与所述路灯连接的逆变器。
通过本实用新型提供的蓄电池放电过程自动控制器以及控制系统可以广泛适用如下有蓄电池，蓄电池负载可以分成2级或2组以上，工作时间允许适当调整，或者尽管只有一组固定负载，而工作时间允许调整的场合；有蓄电池，但蓄电池的充电电源的保证率不高的场合，如太阳能发电系统，风力发电系统，用柴油发电机作为蓄电池充电电源的系统，用不可靠交流电作为充电电源的系统等等。
本实用新型的蓄电池控制器最典型的应用是太阳能路灯控制器。蓄电池放电过程的自动控制可以采用单片机、PIC等智能芯片，也可以采用模拟电路或数字电路实现。
通过本实用新型所提供的防止铅酸蓄电池过放电蓄电池控制器和控制系统，可以有效解决现有技术的不足，并实现以下有益的技术效果一、蓄电池在满容量或其容量为90％以上为已设计好的标准负荷供电，而在其剩余容量依次等于预设的剩余容量值时，依次减少负荷为预设的负荷，从而放电电流逐渐减少，就不会很快到达过放电点，使得负载可以始终在工作状态；二、由于蓄电池不会很快到达过放电点，因此虽然风力发电或太阳能发电不是高可靠的充电电源，蓄电池处于亏电状态的时间也会较短；三、同时本实用新型还实时检测是否具备充电条件，一旦具备，即为蓄电池重新充电，由于蓄电池未发生深度放电，因此很快就可将其充满，不会发生如现有技术的在蓄电池的容量达到50％时就使其重新开始供电的情况，从而蓄电池再次发生深度放电的时间会延长，为负载供电的时间也会延长。三、本实用新型使得一般情况下，不会蓄电池长期处于亏电状态以及在其容量仅达到50％时的条件下使用，因此不会造成蓄电池的不可逆硫酸盐化，从而大大延长蓄电池的使用寿命，减少了更换蓄电池的频率，和使用蓄电池的成本。
图1为现有的蓄电池控制器的控制原理图；图2为本实用新型的蓄电池控制器的一个实施例的控制原理图；图3为本实用新型的蓄电池充放电控制器的一个实施例的方框图；图4为本实用新型的蓄电池控制系统的一个实施例的方框图；图5为对应于图4所示系统的电路原理图；图6为图4的系统的双灯蓄电池剩余容量控制流程图；图7为图4的系统的单灯蓄电池剩余容量控制流程图。
具体实施方式
以下结合附图，对本实用新型的具体实施方式
作进一步的说明。
如图2所示，为本实用新型的蓄电池放电过程控制器的控制原理图，包括以下步骤开始，进入步骤S11，蓄电池的SOC值为正常时为标准负荷供电，这里的标准负荷代表与充电电源的容量相匹配的标准负荷；在步骤S12，实时检测蓄电池的剩余容量；在步骤S13，比较步骤S12所检测到的剩余容量是否等于预设剩余容量值，如50％，若比较结果为否，则返回到步骤S12；在步骤S14，若步骤S13的比较结果为是，则减少负荷为预设负荷，如使负荷为对应于剩余容量值50％的预设负荷，其可通过改变负载的类别和/或减少负载的数目、或功率或工作时间来实现，此时蓄电池的放电电流减小，其容量的下降速度相应地降低，从而使得负载还能工作较长的时间(如负载是路灯时，就可以在较长的时间内照明)；在步骤S15，判断剩余容量是否为10％，若比较结果为否，则返回步骤S12；在步骤S16，若步骤S15的判断结果为是，则发出过放电警告，同时切断负载。
其中步骤S12检测处于未过放电状态的蓄电池的剩余容量值是通过检测蓄电池的端电压以及该端电压与蓄电池的容量值的对应关系得到的，如表1(表2为当电压采集点为11点时对应的容量)所示表1蓄电池放电过程容量—电压对应值
图2所述的控制可以为2点控制，以工业密封电池(2V)为例，除了过放点即单体电压下降到1.8V(相当SOC下降到10％)之外，再在蓄电池正常工作电压和过放点之间增加一点，如单体2.0V(相当SOC下降到50％)时，就开始减少负荷或缩短工作时间，而充电条件与满负荷时相同，使蓄电池的容量不会再继续下降，而且能够很快得以恢复。而当蓄电池的电压又恢复到一定值时，如单体电压2.13V(相当于蓄电池SOC达到90％)时，再自动恢复到满功率负荷或正常工作时间。
控制过程还可以是多点控制，即这样的控制点再增加几个，仍以工业密封电池(2V)为例，除了过放点即单体电压下降到1.8V(相当SOC下降到10％)之外，再在蓄电池正常工作电压和过放点之间增加三点，如单体电压2.06V，2.0V，1.88V(相当于蓄电池的剩余容量70％，50％，20％)等，当所检测到的蓄电池的电压依次等于2.06V，2.0V，1.88V时，逐级减少负荷。控制得越早，对蓄电池的保护就越好，蓄电池就越不容易发生过放电。同样，当蓄电池的电压由于及时调整而再度恢复时，控制电路再自动恢复到满负荷或正常工作时间。
由于在太阳能光伏发电系统(或风力发电系统)中，充电条件受天气影响很大，如让蓄电池为标准负荷供电，并在容量到了10％时切断负载，则在天气条件不可能即时为蓄电池充电的情况下，负载将会很长时间不能工作，而蓄电池也会长时间处于亏电状态；而到了天气条件允许充电电源为蓄电池充电的情况下，由于为发生了深度放电的蓄电池充满往往需要3-5天，而负载又急等着用电，所以常常不等到蓄电池充满就开始使其为负载供电，如在其容量为50％时就开始为负载供电，又因为负载为标准负荷，使得蓄电池的容量下降地更快，因此很快又发生了深度放电，负载又必须被迫切断，这种不良循环不仅影响负载的正常工作，而为人们的生产生活带来很大的不便，而且如前所述，还容易造成蓄电池的不可逆硫酸盐化，从而大大减少蓄电池的使用寿命。
而使用本实用新型的控制器，即在蓄电池正常容量时，按照所设计的标准负荷为负载供电，而在蓄电池的剩余容量下降到一定值时(如70％，50％，20％)，相应的减少负荷，如当负载为路灯时，减少路灯的功率，使路灯可以工作较长的时间，在此期间内，天气条件恢复到可为蓄电池充电时，蓄电池就可以迅速的被充满，并再恢复为为标准负荷供电。更具体的讲，当蓄电池的容量下降到70％时，减少一定的负荷，一段时间后，若天气条件恢复到可为蓄电池充电时，则为蓄电池充电；若减少了负荷后，天气条件还是不允许为蓄电池充电时，则当蓄电池的容量下降到50％时，再减少一定的负荷，一段时间后，若天气条件恢复到可为蓄电池充电时，则为蓄电池充电；若减少了负荷后，天气条件还是不允许为蓄电池充电时，则当蓄电池的容量下降到20％时，再减少一定的负荷，一段时间后，若天气条件恢复到可为蓄电池充电时，则为蓄电池充电。一般情况下，这种不适宜为蓄电池充电的天气不会很久，因此，本实用新型基本上可以保证始终能为负载供电，而又在较高的蓄电池的容量基础上进行充电，从而能够较快地将蓄电池充满，较快地恢复负载全功率或满负荷工作。
当然也不排除例外情况，即经过本实用新型的逐步检测容量，逐级减少负荷后，天气情况仍然不适宜为蓄电池充电，此时当蓄电池的容量为10％时，本实用新型也具有现有的蓄电池控制器的功能，即在蓄电池发生了深度放电时(容量下降到10％以下)，发出过放电警告，同时断开负载。但即使是在这种情况，由于本实用新型的控制器，使得蓄电池处于过放电状态的时间比现有技术大大缩短，从而一待天气好转，就可以更快地被充满，而负载中断工作的时间也就大大缩短。
下面具体描述本实用新型的蓄电池充放电控制器，该控制器包括控制装置，用以在蓄电池的容量为正常时，控制所述蓄电池给标准负荷供电；检测装置，连接于所述控制装置，用以实时检测所述蓄电池的电性物理量值，并输出到所述控制装置而由所述控制装置得出与之对应的蓄电池的剩余容量；所述控制装置比较所述剩余容量是否等于第一预设剩余容量值，若比较结果为是，则输出控制信号；控制负载电路，连接于所述控制装置，用以根据所述控制信号执行闭合和/或断开动作，以减少负荷为第一预设负荷。
如图3所示，为本实用新型的蓄电池充放电控制器的一个实施例的电路方框图；在本实施例中，本实用新型的控制器为太阳能路灯控制器，该太阳能路灯控制器包括单片机，即为本实用新型的控制装置，连接于A/D转换模块及电压检测电路，该A/D转换模块及电压检测电路即为本实用新型的检测装置；以及18W灯控制电路与9W灯控制电路，即为本实用新型的控制负载电路。由电压检测电路实时检测处于蓄电池的端电压值，再由A/D转换模块将其转换为数字信号，再由单片机根据检测到的端电压值得出与之对应的蓄电池的剩余容量，以及比较所述剩余容量是否等于第一预设剩余容量值，若比较结果为是，则输出控制信号到18W灯控制电路与9W灯控制电路，使其执行闭合和/或断开动作以减少提供给与其外接的路灯的电能。
该控制器还包括温度传感器与充电和防过充控制电路、电源和复位电路，单片机比较温度传感器检测的温度值是否等于预设温度值，若比较结果为是，则输出充电信号到所述充电和防过充控制电路，以及根据检测到的端电压值得出与之对应的蓄电池的剩余容量，再比较所述的剩余容量是否等于蓄电池的正常工作点容量值，若比较结果为是，则输出控制信号到控制负载电路，即输出控制信号到18W灯控制电路与9W灯控制电路，使其执行闭合和/或断开动作以使路灯全功率工作。
在本实施例中优选的是，用一片AT89s52微处理器作为系统的单片机13，当然其他类型的单片机芯片如PIC芯片等可替换使用；用NationalSemiconductor公司的LM331实现电压检测电路与A/D转换模块12的功能，即作为被测蓄电池电压和太阳电池电压的A/D转换，LM331是一个电压/频率转换器，拟调成1V/1K，即1V电压转换成1K频率，转换精度为0.001V(利于远传)；用Dallas公司的DS18B20实现温度传感器15的功能，作为环境温度传感器及A/D转换，它的转换精度为9-12位可调，缺省为12位；18W和9W灯的关断由开关管控制实现；逆变器的开通关断由MOSFET来控制实现；电源复位电路提供系统电压和各芯片电压以及提供复位信号。
下面具体描述本实用新型的蓄电池控制系统，该控制系统包括控制器，蓄电池及至少一组负载；所述控制器连接于所述蓄电池及所述负载，所述控制器包括控制装置，用以在蓄电池的容量为正常时，控制所述蓄电池给标准负荷供电；检测装置，连接于所述控制装置，用以实时检测所述蓄电池的电性物理量值，并输出到所述控制装置而由所述控制装置得出与之对应的蓄电池的剩余容量；所述控制装置比较所述剩余容量是否等于第一预设剩余容量值，若比较结果为是，则输出控制信号；控制负载电路，连接于所述控制装置，用以根据所述控制信号执行闭合和/或断开动作，以减少负荷为第一预设负荷。
该控制系统还包括充电电源与逆变器，分别连接于所述控制器，所述控制器还包括分别连接于所述控制装置的温度传感器与充电和防过充控制电路；所述控制装置比较所述温度传感器检测到的所述系统的环境温度是否等于预设的温度值，若比较结果为是，则输出充电信号到所述充电和防过充控制电路以通过所述充电电源为所述蓄电池充电；以及在所述蓄电池容量正常时，输出控制信号到所述控制负载电路，使其执行闭合和/或断开动作以给标准负荷供电。
图4为本实用新型的蓄电池控制系统的一个实施例的方框图，即本实用新型的蓄电池控制系统为太阳能发电系统时的系统方框图，其中，太阳电池为在日照条件下将太阳能转换为直流电能并通过控制器为蓄电池充电的设备，即为本实用新型的充电电源；蓄电池则存储太阳电池发出的直流电，并在夜晚为负载，如路灯供电；逆变器为将太阳电池和蓄电池的直流电变换成交流电从而为交流负载，如路灯供电的设备；18W和9W灯具路灯灯具，即用电负载(单灯时只保留18W灯具和K3)；路灯控制器，即为本实用新型的蓄电池放电自动控制器，它通过温度传感器自动检测天黑与否；通过检测装置自动检测蓄电池的剩余容量(通过检测相应电压得到)；还可以对蓄电池进行过充电保护(含温度补偿)；以及对蓄电池进行两点或多点式过放电保护；以及采用蓄电池剩余容量控制法对负载及其工作时间进行自动调整，也是防止蓄电池过充电和过放电的设备。
其中，路灯控制器检测蓄电池的剩余容量是通过检测相应电压得到，即剩余容量控制方式是通过查表判定法来实现，请见表2(表2为当电压采集点为7点时对应的容量)。
表2
图5为对应于图4所示系统的电路原理图，包括为系统提供电压的电源模块110，太阳电池120，蓄电池130，蓄电池充放电控制器140，该控制器140包括电压检测及A/D转换模块141，复位模块142，温度传感模块143，单片机144，控制18W灯电路145，控制9W灯电路146，控制充电电路147，控制放电电路148，控制过充电路149。
图6为图4系统的双灯蓄电池剩余容量控制流程图，其过程为(1)每天天黑后先检查蓄电池在前几天是否发生过欠电压，N≠0说明发生过，则当天按照最低负荷运行，即9W灯照明4小时；N＝0说明没有发生过欠电压或已经完成了强制恢复程序；(2)然后根据蓄电池的剩余容量—电压关系，通过检测蓄电池的电压判定蓄电池的剩余容量(SOC)。当SOC大于90％，当天按照满负荷运行(接通哪一盏灯是通过控制K3和K4来实现，每盏灯的工作时间由控制器的延时电路来实现)，如18W灯与9W灯同时照明4小时，再加上18W灯与9W灯各自单独照明4小时；(3)当SOC小于90％，大于70％时，依次按照程序减少负荷或缩短当日工作时间运行，如18W灯运行6小时，9W灯运行4小时，即为满负荷的67％，即本实用新型的第一预设负荷；(4)当SOC小于70％，大于等于50％时，再按照程序减少负荷或缩短当日工作时间运行，如18W灯运行2小时，9W灯运行8小时，即为满负荷的50％，即本实用新型的第二预设负荷；(5)当SOC小于50％，大于20％时，或当SOC小于20％，大于10％时，说明蓄电池已经欠电压，则必须按照程序进行强制恢复，即要求路灯按照最低负荷(满负荷的30％，即本实用新型的第三预设负荷)连续运行N天，如9W灯每天运行8小时，连续运行5天或7天。由于太阳电池的功率、蓄电池的容量都是按照满负荷运行设计的，正常情况下都可以满负荷运行。当某一季节天气不好，太阳电池充电不足时，由于本实用新型及时调整了负荷和工作时间，就能够使太阳电池发出的电仍然能够满足负荷的需要。当阴雨天过长致使蓄电池的剩余容量低于50％时，则强制控制路灯在最低负荷下运行N天，有利于尽快恢复蓄电池的容量。
图7为图4系统的单灯蓄电池剩余容量控制流程图，其过程为(1)每天天黑后先检查蓄电池在前几天是否发生过欠电压，N≠0说明发生过，则当天按照最低负荷运行；N＝0说明没有发生过欠电压或已经完成了强制恢复程序；(2)然后根据蓄电池的剩余容量—电压关系，通过检测蓄电池的电压判定蓄电池的剩余容量(SOC)。当SOC大于90％，当天按照全时段运行，18瓦灯的工作时间为12小时；当SOC小于90％，大于70％时，或当SOC小于70％，大于50％时，依次按照程序缩短当日工作时间运行(分别是8小时和6小时)；当SOC小于50％，大于20％时，或当SOC小于20％，大于10％时，说明蓄电池已经欠电压，则必须按照程序进行强制恢复，即要求路灯按照最短工作时间(4小时)连续运行N天。由于太阳电池的功率、蓄电池的容量都是按照满负荷运行设计的，正常情况下都可以全时段运行。当某一季节天气不好，太阳电池充电不足时，由于本实用新型及时调整了工作时间，就能够使太阳电池发出的电仍然能够满足负荷的需要。当阴雨天过长致使蓄电池的容量低于50％时，则强制控制路灯在最短工作时间下运行N天，有利于尽快恢复蓄电池的容量。
蓄电池的过充电和过放电控制是常规控制器必须有的功能，本控制器也同样具备。同时，本实用新型的蓄电池放电过程的自动控制可以采用单片机、PIC等智能芯片，也可以采用模拟电路或数字电路实现。蓄电池的负载可以是多路的，也可以是单一的。蓄电池剩余容量控制器的实施原理如下(1)智能控制电路或模拟/数字控制电路检测蓄电池的端电压；(2)根据蓄电池的端电压判定蓄电池的剩余容量；(3)根据蓄电池的当前剩余容量由控制电路实现负载功率的自动调整或工作时间的自动调整；(4)如果蓄电池只对单一负载供电，则控制电路只根据蓄电池的剩余容量对负载的工作时间进行自动调整。
由于蓄电池的剩余容量与蓄电池的端电压有着确定的关系，因此本实用新型适用于所有有蓄电池的系统，如太阳能发电系统和风力发电系统，其通过在蓄电池2点以上(含2点)容量点(放电电压点)对蓄电池的负载功率或负载工作时间进行自动调整的方法，防止了蓄电池过放电和使负载始终工作而不会由于蓄电池的欠压而被强迫关断。
以上所述仅为本实用新型的具体实施例而已，并非用以限制本实用新型，凡本领域的技术人员根据本实用新型的原理所作的等效变化，均应属于本实用新型的权利要求书所界定的保护范围内。
权利要求1.一种蓄电池充放电控制器，其特征在于包括用以在蓄电池的容量为正常时，控制所述蓄电池给标准负荷供电的控制装置；连接于所述控制装置，用以实时检测所述蓄电池的电性物理量值，并输出到所述控制装置而由所述控制装置得出与之对应的蓄电池的剩余容量的检测装置；以及连接于所述控制装置，用以根据所述控制装置在比较所述剩余容量与第一预设剩余容量值之后输出的控制信号，执行闭合和/或断开动作，以减少负荷为第一预设负荷的控制负载电路。
2.如权利要求1所述的控制器，其特征在于还包括连接于所述控制装置，用以实施检测温度并输出到所述控制装置的温度传感装置；和连接于所述控制装置，用以根据所述控制装置在比较所检测的温度值是否等于预设温度值之后输出的充电信号，给所述蓄电池充电的充电和防过充控制电路。
3.如权利要求1或2所述的控制器，其特征在于，所述检测蓄电池的电性物理量值的检测装置为检测蓄电池的端电压的电压检测装置，该电压检测装置包括电压检测电路及与之相连的用以将所检测到的模拟电压信号转换为数字电压信号的A/D转换电路；所述控制装置为单片机，存储有所述蓄电池的电压-剩余容量对照表。
4.如权利要求1或2所述的控制器，其特征在于，所述控制负载电路为多个开关管，该多个开关管一一对应地外接于多组负载。
5.如权利要求2所述的控制器，其特征在于，所述充电和防过充控制电路由MOSFET来实现，且外接逆变器。
6.一种使用权利要求1的控制器的控制系统，其特征在于包括控制器，蓄电池及至少一组负载；所述控制器连接于所述蓄电池及所述负载，所述控制器包括控制装置，用以在蓄电池的容量为正常时，控制所述蓄电池给标准负荷供电；检测装置，连接于所述控制装置，用以实时检测所述蓄电池的电性物理量值，并输出到所述控制装置而由所述控制装置得出与之对应的蓄电池的剩余容量；控制负载电路，连接于所述控制装置，用以根据所述控制装置在比较所述剩余容量是否等于第一预设剩余容量值之后输出的控制信号，执行闭合和/或断开动作，以减少负荷为第一预设负荷。
7.如权利要求6所述的控制系统，其特征在于还包括充电电源与逆变器，分别连接于所述控制器，所述控制器还包括分别连接于所述控制装置的温度传感器与充电和防过充控制电路。
8.如权利要求6或7所述的控制系统，其特征在于，所述检测电路为电压检测电路，所述控制装置为单片机，其存储有所述蓄电池的电压-剩余容量对照表。
9.如权利要求7所述的控制系统，其特征在于，所述充电电源为太阳电池，所述负载为一个以上的路灯，所述控制负载电路为一个或多个开关管，并与所述一个以上的路灯一一对应连接，所述充电和防过充控制电路由MOSFET来实现，且连接于与所述路灯连接的逆变器。
专利摘要本实用新型提出一种蓄电池充放电控制器和使用该控制器的控制系统，该蓄电池充放电控制器包括用以在蓄电池的容量为正常时，控制蓄电池给标准负荷供电的控制装置；连接于控制装置，用以实时检测蓄电池的电性物理量值，并输出到控制装置而得出与之对应的蓄电池的剩余容量的检测装置；以及连接于控制装置，用以根据控制装置在比较剩余容量与第一预设剩余容量值之后输出的控制信号，执行闭合和/或断开动作，以减少负荷为第一预设负荷的控制负载电路。本实用新型可防止蓄电池过放电和使负载始终工作而不会由于蓄电池的欠压而被强迫关断，因此适用于所有带有铅酸蓄电池的，但是又没有能够随时将蓄电池迅速充满的高可靠充电电源的系统。
文档编号H01M10/42GK2704931SQ20032012688
公开日2005年6月15日 申请日期2003年12月12日 优先权日2003年12月12日
发明者王斯成, 陈子平, 彭路明 申请人:王斯成