专利名称：太阳能供电路灯亮度自适应控制方法
技术领域：
本发明涉及太阳能环保应用技术领域，特别是涉及提高单纯太阳能供电路灯可靠 性的控制系统。
背景技术：
现有技术中，作为单纯由太阳能供电的路灯系统，目前还存在很多技术问题，直接 影响到其成本和使用效果。目前太阳能路灯存在的问题及成本关键主要有以下几点1)太阳能路灯蓄电池寿命普遍不长太阳能路灯的成本主要集中在蓄电池、电池板和LED上，其中电池板的寿命大概 在15年，LED的寿命在5年，随着电池板和LED的成本的逐渐下降的形势，电池成本基本占 整灯成本的30% _40%，所以如何控制电池的成本将是成本控制的关键。一般太阳能路灯的蓄电池多采用成本低廉的铅酸电池，一年左右就要更换一次， 不仅增加了使用成本，而且提高了维护成本。经过研究发现，如果蓄电池能长期保持工作在 高电量值，并且放电深度在30%以下时，可防止电池硫化，延长使用寿命，这时太阳能路灯 将拥有无可比拟的技术优势。
图1为铅酸电池循环寿命曲线图，其测试条件是充电容量为 放电容量的130%，可是通常情况下，依据YD/T799-2002规定，蓄电池完全充满电至少需要 M小时，所以蓄电池绝大部分时间处于欠充状态，这种条件不能满足，所以放电深度要小于 30%，经验值为13.5% -16%。而且从图中可以看出30%放电深度时的循环次数大约是 50%放电深度时的循环次数的2. 2倍，所以控制蓄电池的放电深度在30%以下时，可比放 电深度在50%时的使用成本降低{[1-(1/2. 2)] XK} (K为电池成本在整灯成本中的比重， 一般为30% -40% )，结果约为可降低成本16% -22%。2)太阳能能量全年分布不均勻，增加了设计难度以北京气象台测得北京市内数据为例，全年5月份太阳辐射最强，12月份太阳辐 射最弱，5月份约为12月份太阳辐射量的2. 9倍。对于太阳能路灯系统来说，发电量逐月变化，使用电量不变，想把夏天的电量储存 到冬季是不可行的，因为普通蓄电池不可能存储这么多电量，而大容量蓄电池则大大增加 成本，而且在北方漫长的冬季，大容量电池将长期处于欠电状态，将大大缩短电池寿命。如果以光强最弱月份12月的光强为设计基准，则将大大增加设计成本；如果以光 强最强月份6月光强为设计基准，则到了冬季不能满足照明时间，大大降低可靠性；所以最 好以正常照明时间可以达到全年照明时间的85%为设计标准，这样可以兼顾可靠性和成本 的问题。再有，以北京为例，太阳能路灯蓄电池板的倾斜角度是根据冬季的最佳照射角度 而定的，同时考虑到免清洁的问题，所以太阳能路灯蓄电池板的倾斜角度非常大，大约与垂 直面有20°的角度，所以夏季的发电量并不比冬天大很多，经调研，夏季的发电率仅约为冬 季的2倍，如果发生连续数天阴天降雨的情况，夏季也要合理分配能量。所以说太阳能能量分布不均，夏天能量充足，但使用时间短，冬天有效光照时间
4短，但使用时间长，需要设计人员合理分配能量，灵活调整系统功率，保证正常照明，要想精 确控制能量的分配并不容易。所以具有自适应调节灯光功率将是太阳能路灯解决能量问题 的出路，根据剩余电量，充电量，LED功耗，实时智能调节灯光亮度，保证照明时间，确保可靠 性。3)亮度不均这个问题是由于太阳能路灯彼此间没有建立网络，造成灯与灯之间缺乏通讯，造 成灯的亮度差别较大，亮度不均的问题，甚至给司机驾驶带来不便和危险。4)连续阴雨天使用不可靠当出现连续降雨的情况，不能保证正常照明，给出行带来不便。5)后期维护不合理造成太阳能路灯不能优化工作，维护不方便没有对路灯系统的各组件的工作状态和环境进行监测，没有预警故障的功能，无 法进行精确控制，只有到灯不亮时才进行维修，不能保证系统工作在最佳状态；如果要对系 统进行软件升级，在没有建立网络的情况下，是很不方便的，增加了维护费用。总的来说，当前所有矛盾和问题都和系统能量及其优化使用有着直接或间接的关 系，成本和可靠性问题往往是当前推广太阳能路灯的“瓶颈”困扰。一个好的控制器的解决 方案可以弥补甚至解决纯太阳能路灯的诸多问题，提高其可靠性。太阳能路灯控制器作为 太阳能路灯系统的核心部分，其好坏直接影响到整个工程的成败，所以本发明提出了这个 提高单纯太阳能供电路灯可靠性的控制方法的解决方案。
发明内容
基于上述技术问题，本发明提出了一种太阳能供电路灯亮度自适应控制方法，实 现对太阳能路灯的充放电保护，实时远程监测，进行太阳能路灯蓄电池板电流检测、蓄电池 电压检测、蓄电池电量监测，LED灯的运行状况以及环境温度的检测，实时上传工作环境及 状态数据，预警故障，保证系统的可靠性。本发明提出一种太阳能供电路灯亮度自适应控制方法，应用于具备单片机、MPPT 电路、过充过放保护单元以及剩余电量计算单元的太阳能路灯，该方法包括以下步骤步骤一，通过测量电池内阻预测剩余电量，具体步骤建立电池等效果模型；建立一个电量和内阻之间关系的数据库，即建立内阻-电量-循环周期的关系曲 线·利用直流放电内阻测试法测得电池内阻和时间的对应关系，即以太阳能路灯工作 时电流值为放电电流值，让充满电的电池放电，从某个时间点开始，在2-3秒内，强制电池释放40Α-80Α的大电流，测量放电电压稳定后的瞬间断电压差Δ V与电流值I的比值，计算出电池的内阻R，R = Δ V/I ；让同样状态充满电的电池以同样的温度，放电电流和放电时间放电，从而得到电 流对时间的积分，进而得到不同时间段对应的电量；在同样的温度，放电电流和放电时间条件下，同样用电流积分法，对电池电量进行循环监测，得到每个循环周期初始的电量值，从而得到电池电量随循环周期 的
变化量，作为校正量；以时间为标准，建立起内阻-电量-循环周期的关系曲线，然后通过Matlab的曲线拟合功能得出内阻，电量以及循环周期的关系式；在太阳能路灯工作开始前检测电池内阻值，依据上述数据表的查询，得出对应的 电量值；具体操作包括给电池施加一个固定频率和固定电流，然后对其电压进行采样，经过整流、滤波等 一系列处理后通过运放电路计算出该电池的内阻值。具体的计算公式是，在蓄电池两端施 加一个固定频率和固定电流的电流源is，Rs为取样电阻，然后监测电池端电压Vo，以及is 和Vo两者之间的夹角，求得内阻值
权利要求
1.一种太阳能供电路灯亮度自适应控制方法，应用于具备单片机、MPPT电路、过充过 放保护单元，以及剩余电量计算单元的太阳能路灯，其特征在于，该方法包括以下步骤步骤一，通过测量电池内阻预测剩余电量，具体步骤 建立电池等效果模型；建立一个电量和内阻之间关系的数据库，即建立内阻-电量-循环周期的关系曲 线·利用直流放电内阻测试法测得电池内阻和时间的对应关系，即以太阳能路灯工作时电 流值为放电电流值，让充满电的电池放电，从某个时间点开始，在2-3秒内，强制电池释放40Α-80Α的大电流，测量放电电压稳定后的瞬间断电压差 AV与电流值I的比值，计算出电池的内阻R，R= AV/I ；让同样状态充满电的电池以同样的温度，放电电流和放电时间放电，从而得到电流对 时间的积分，进而得到不同时间段对应的电量；在同样的温度，放电电流和放电时间条件下，同样用电流积分法，对电池电量 进行循环监测，得到每个循环周期初始的电量值，从而得到电池电量随循环周期的 变化量，作为校正量；以时间为标准，建立起内阻-电量-循环周期的关系曲线，然后通过Matlab的曲 线拟合功能得出内阻，电量以及循环周期的关系式；在太阳能路灯工作开始前检测电池内阻值，依据上述数据表的查询，得出对应的电量 值；具体操作包括给电池施加一个固定频率和固定电流，然后对其电压进行采样，经过整流、滤波等一 系列处理后通过运放电路计算出该电池的内阻值。具体的计算公式是，在蓄电池两端施加 一个固定频率和固定电流的电流源is，Rs为取样电阻，然后监测电池端电压Vo，以及is和 Vo两者之间的夹角，求得内阻值Vo Z= isR = Zcos θ (2) R即为蓄电池内阻；步骤二，亮度的自适应调节，根据太阳能路灯当天电池的充电量和剩余电量，计算得出 当天灯的功耗，然后间接算出各时间段灯的亮度；根据泰勒定理灯的功耗可以用一个关于 充电量和剩余电量的二元η阶多项式表示，如下η+\Σ Σ c W产min (f (χ, y) ) = min (“产0)彡A (1)公式1中，χ为充电量，y为剩余电量，η为自然数，K为系数，A为非负数，f(x, y)为灯 的功耗关于充电量和剩余电量的函数，公式1表示灯的最小功耗为非负数。
2.如权利要求1所述的太阳能供电路灯亮度自适应控制方法，所述灯的功耗用一个二 维N次多项式表示，通过一次线性公式计算出的自适应调节后的电池剩余电量，其中E为灯 的功耗，El为充电量函数，E2为剩余电量函数E = O. 5*Ε1+0. 5*E2El = al*当天电池板的接收电量+blE2 = a2*剩余电量+b2。
3.如权利要求1所述的太阳能供电路灯亮度自适应控制方法，灯的功耗通过二元二次 方程计算得出的灯的亮度，可以保证电池电量的最低值，其中E为灯的功耗，El为充电量函 数，E2为剩余电量函数:E = aE12+bElE2+cE22。
全文摘要
本发明公开了一种太阳能供电路灯亮度自适应控制方法，应用于具备单片机、MPPT电路、过充过放保护单元以及剩余电量计算单元的太阳能路灯，其特征在于，该方法包括以下步骤步骤一，通过测量电池内阻预测剩余电量，步骤二，亮度的自适应调节，根据太阳能路灯当天电池的充电量和剩余电量，计算得出当天灯的功耗，然后间接算出各时间段灯的亮度；与现有技术相比，本发明通过调节灯的亮度，使电池长期保持在高电位，同时使电池长期在浅充放电的情况下工作，达到延长电池寿命，降低成本，提高了太阳能路灯系统的可靠性的目的。
文档编号H02J7/02GK102137536SQ20111007561
公开日2011年7月27日 申请日期2011年3月28日 优先权日2011年3月28日
发明者张雅凡, 褚以人 申请人:天津英诺华微电子技术有限公司