一种基于远程监控的风光互补智能控制系统的制作方法
【专利摘要】本发明涉及太阳能风能【技术领域】，公开了一种基于远程监控的风光互补智能控制系统，包括太阳能电池板、风机、蓄电池以及负载，还包括与太阳能电池板连接的至少一个第一电压转换电路，与风机连接的第二电压转换电路，分别与第一电压转换电路和第二电压转换电路的输出端连接的充电控制电路，该充电控制电路还与蓄电池和负载连接，分别与第一电压转换电路、第二电压转换电路和充电控制电路连接的主控制模块，主控制模块用于根据蓄电池的电量或负载变化调节第一电压转换电路或第二电压转换电路的输出功率。本发明可以对太阳能和风能产生的电压进行处理，并给蓄电池充电，同时给负载供电，提高蓄电池和负载使用寿命。
【专利说明】—种基于远程监控的风光互补智能控制系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及智太阳能风能【技术领域】，更具体地说，特别涉及一种基于远程监控的 风光互补智能控制系统。
【背景技术】
[0002]新能源是直接或者间接地来自于太阳或地球内部深处所产生的能量，新能源也叫 清洁能源，包括了太阳能、风能、生物质能、地热能、核聚变能、水能和海洋能以及由可再生 能源衍生出来的生物燃料和氢所产生的能量，相对于传统能源，新能源普遍具有污染少、储 量大的特点，对于解决当今世界严重的环境污染问题和资源，如化石能源的枯竭问题具有 重要意义。太阳能和风能作为新能源中的主要能源，受到了广泛的应用。
[0003]现有技术的太阳能发电中的太阳能电池板主要部分为半导体材料，它经过光线照 射后发生光电效应产生电流。由于光线的不稳定性，其生成的电流也是具有波动性；而风能 的使用主要采用风机，而风机由于受到风力大小的影响，其生成的电流同样也具有波动性， 并且，如果将太阳能电池板和风机所生成的电流直接充入蓄电池内或直接给负载供电，则 容易造成蓄电池和负载的损坏，严重减小了它们的寿命；也不能够充分的利用太阳能和风 能。并且，太阳能、风能供电设备仅仅给用电设备供电，无法让用户远程监控。用户不能实 时了解设备的运行状态，以提前应对诸如蓄电池电量少、太阳能电池板故障、风机故障等情 况，影响了用电设备的正常运行。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供一种提高蓄电池和负载使用寿命的基于远程监控的风光 互补智能控制系统。
[0005]为了达到上述目的，本发明采用的技术方案如下:
[0006]一种基于远程监控的风光互补智能控制系统，包括太阳能电池板、风机、蓄电池以 及负载，该控制系统还包括与太阳能电池板连接的至少一个第一电压转换电路，与风机连 接的第二电压转换电路，分别与第一电压转换电路和第二电压转换电路的输出端连接的充 电控制电路，该充电控制电路还与蓄电池和负载连接，以及分别与第一电压转换电路、第二 电压转换电路和充电控制电路连接的主控制模块，且所述主控制模块用于根据蓄电池的电 量或负载变化调节第一电压转换电路或第二电压转换电路的输出功率。
[0007]优选地，所述第一电压转换电路包括第一降压变换器和与第一降压变换器连接的 第一高效电流控制芯片，且所述第一降压变换器的输出端与充电控制电路连接。
[0008]优选地，所述第二电压转换电路包括依次连接的整流电路、滤波电路和第二降压 变换器，以及与第二降压变换器连接的第二高效电流控制芯片，且所述第二降压变换器的 输出端与充电控制电路连接。
[0009]优选地，还包括保护电路，所述主控制模块还经保护电路与充电控制电路连接。
[0010]优选地，还包括与主控制模块连接的通讯模块和数据采集模块，与通讯模块连接的监控平台，以及与数据采集模块连接的用于检测蓄电池的充放电电流和电压的电流和电 压检测模块。
[0011]与现有技术相比，本发明的优点在于:本发明的控制系统可以对太阳能和风能产 生的电压进行处理，并给蓄电池充电，同时给负载(用电设备)供电，并且还通过远程监控功 能，查阅太阳能、风能的状态、蓄电池的状态、控制系统的状态等，并可根据实际的情况，对 控制系统进行远程控制。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
[0013]图1是本发明基于远程监控的风光互补智能控制系统的框架图。
[0014]图2是本发明基于远程监控的风光互补智能控制系统中第一电压转换电路的框 架图。
[0015]图3是本发明基于远程监控的风光互补智能控制系统中第二电压转换电路的框 架图。
[0016]图4是本发明基于远程监控的风光互补智能控制系统中第一电压转换电路的电 路图。
[0017]图5是本发明基于远程监控的风光互补智能控制系统中第二电压转换电路的电 路图。
[0018]图6是本发明基于远程监控的风光互补智能控制系统中充电控制电路的电路图。
[0019]图7是本发明基于远程监控的风光互补智能控制系统中主控制模块的电路图。
[0020]图8是本发明基于远程监控的风光互补智能控制系统中电流和电压检测模块的 电路图。
【具体实施方式】
[0021]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明作进一步的详细说明。
[0022]参阅图1所示，本发明提供的一种基于远程监控的风光互补智能控制系统，包括 太阳能电池板8、风机9、蓄电池10以及负载，该控制系统还包括与太阳能电池板8连接的 至少一个第一电压转换电路2，与风机9连接的第二电压转换电路3，分别与第一电压转换 电路2和第二电压转换电路3的输出端连接的充电控制电路7，该充电控制电路7还与蓄电 池10和负载连接，以及分别与第一电压转换电路2、第二电压转换电路3和充电控制电路7 连接的主控制模块1，且主控制模块I用于根据蓄电池10的电量或负载变化调节第一电压 转换电路2或第二电压转换电路3的输出功率。
[0023]在本实施中，太阳能电池板8和第一电压转换电路2的数量均为两个，当然也可以 根据需要选择多个。
[0024]参阅图2、图4所示，上述的第一电压转换电路2包括第一降压变换器21和与第一 降压变换器21连接的第一高效电流控制芯片22，且第一降压变换器21的输出端与充电控 制电路7连接，并且第一降压变换器21为一个Step-Down转换电路(即DC/DC转换)。在图 4中，SpwrIn+为太阳能电池板8的输入，通过SPVOLTI和SP⑶Rl把太阳能电池板8输出的 电压和电流信号传回到主控制模块I (即MCUatmega64);通过SPOutVl和SPOutCurl把第一降压变换器21的输出电压和电流信号传回到主控制模块I (其电路如图7所示);主控制 模块I通过DAC_CONTRL信号来控制第一降压变换器21的输出电压，即调节第一高效电流 控制芯片22对第一降压变换器21中MOSFET控制的占空比。也就是说，主控制模块I根据 采集到的电压、电流信息，通过一定的算法，输出DAC_C0NTRL信号来控制第一降压变换器 21的输出功率，以实现MPPT (最大功率跟踪)的效果。
[0025]参阅图3、图5所示，由于风机9的输出为三相交流电，所以在风机9的接入端先对 三项交流电进行防雷和整流处理，并加上必要的滤波环节，使之稳定地为后级供电。故而， 上述的第二电压转换电路3包括依次连接的整流电路31、滤波电路32和第二降压变换器 33，以及与第二降压变换器33连接的第二高效电流控制芯片34，且第二降压变换器33的 输出端与充电控制电路7连接，并且第二降压变换器33同样也为一个Step-Down转换电路 (即DC/DC转换)。主控制模块I对风机9输入的电压进行检测，如果发现风机9的转速过 快，则要对风机采取刹车，以免风机损坏。利用第二高效电流控制芯片34和第二降压变换 器33，在主控制模块I的监控下，对经整流和滤波了的风机电能进行处理，使之有效地对蓄 电池10进行充电。
[0026]参阅图6所示，充电控制电路7起到对蓄电池10的管理，即对蓄电池10的充放电 进行管理。即图6中的OUTPUT模块负责输出管理。其主要是在输出端口出现短路或者输 出过流的情况下和蓄电池10电量过低的情况下，设备要关闭输出。在输出口出现短路或者 过流的情况下，图6中的U203芯片检测到相应的信号，关闭Q204管的驱动，断开输出的正 极；当蓄电池10电量低的情况下，U202芯片检测到电量低的信号，U202芯片给U203芯片 一个关闭输出的信号，U203芯片就关闭Q204管的驱动，断开输出的正极。这样即保护了设 备免于意外而损坏，也保护了蓄电池10免于亏电而损坏或者影响使用寿命。并且，此模块 中还与主控制模块I (MCU)连接，可以通过远程控制输出的开和关。
[0027]图7为本发明的主控制模块I的电路图，其主要包括一个M⑶芯片，其型号为 MCUATMEGA64。
[0028]在本发明中，从太阳能电池板8输入的第一电压转换电路2和从风机9输入的第 二电压转换电路3能够高效地给蓄电池10充电，其是在主控制模块I的监控下进行的，主 控制模块I可读取各个第一电压转换电路2和第二电压转换电路3的输入输出的状态信 号，并结合蓄电池10的电量，利用MPPT算法(最大功率跟踪算法)，得出给蓄电池10的充电 电压和电流。同时主控制模块I也可检测风机9的转速，并根据转速来控制风机的卸荷状 态，对风机及设备的安全运行起到了保护作用。而对于输出，本发明还包括保护电路6，主控 制模块I还经保护电路6与充电控制电路7连接。保护电路6实现了过流、短路、低压保护， 同时主控制模块I可以控制用户的需求设定开启的电压和关断输出的电压，而本发明还包 括与主控制模块I连接的通讯模块4和数据采集模块5，其中的通讯模块4还与一个监控平 台11连接，并且数据采集模块5还与一用于检测蓄电池10的充放电电流和电压的电流和 电压检测模块12。这样，在结合了主控制模块I可设定开启和关断电压的情况下，监控平台 11可以实现远程监控，大大的提高了远程监控的效率和便利性；并且，主控制模块I还可以 根据监控平台11的指令来执行各种操作，比如:修改输出的亏电电压和恢复电压，修改设 备的实时时钟，修改设备的地址，主控制模块I也可向监控平台11反馈各种状态(包括输入 输出电压电流、设备实时时钟、设备地址、开启状态、风机是否卸荷、输出是否正常、温度等)等操作信号。
[0029]图8为本发明中电流和电压检测模块12的电路图，此模块把检测到的电压和电流 值送给数据采集模块5，数据采集模块5进行模数转换后提交给主控制模块I (MCU)，主控 制模块I根据采集到的蓄电池11充放电电流和电压，第一电压转换电路2和第二电压转换 电路3的输入电压和输出电压、电流的状态，控制第一电压转换电路2和第二电压转换电路 3的输出电压和电流，以达到充放电的要求。并且，充放电是一个整体性的功能，涉及到第一 电压转换电路2、第二电压转换电路3和充放电的状态检测模块，工作在蓄电池10充放电和 第一电压转换电路2和第二电压转换电路3的输入输出的电压电流的条件之上。
[0030]在经过试验后，本发明的控制系统在运行中效果显著，能有效地提升了效率，能够 充分使用有限的太阳能和风能；由于具有远程监控功能，使得用户在实际使用中可以根据 监控系统中的各种状态，提前采取相应地措施，保证了用电设备的不间断运行。
[0031]结合前面对本发明的描述，可以得出本发明具有以下优点:
[0032]1、太阳能和风能的利用率高:因本发明采用了高效电流控制芯片及相应的算法 (MPPT算法)，对太阳能和风能的利用率提升了。在相同环境下，本发明可以提升10%以上的 利用率。2、延长了蓄电池的使用寿命:因本发明采用了充电控制电路7对蓄电池进行充放 电管理，在使用中，对蓄电池的寿命起到了延长的作用。3、对用电设备及本发明的控制系统 起到保护作用:因本发明对各个输入输出采用了防反接电路、过流和短路电路、低压断开的 保护电路，在输入和蓄电池有接反的情况下，设备和蓄电池都不会损坏；在输出有异常情况 下，设备也会断开输出，以保护设备及蓄电池。4、远程监控功能，即用户可以在监控平台就 可以监控本发明的控制系统，并根据需要，对控制系统进行控制。5、功能多，方便用户使用: 具有诸如出多种电压，适应不同的需求；LCD指示各种状态，以及存储等功能。
[0033]虽然结合附图描述了本发明的实施方式，但是专利所有者可以在所附权利要求的 范围之内做出各种变形或修改，只要不超过本发明的权利要求所描述的保护范围，都应当 在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种基于远程监控的风光互补智能控制系统，包括太阳能电池板(8)、风机(9)、蓄电池(10)以及负载，其特征在于:该控制系统还包括与太阳能电池板(8)连接的至少一个第一电压转换电路(2)，与风机(9)连接的第二电压转换电路(3)，分别与第一电压转换电路(2 )和第二电压转换电路(3 )的输出端连接的充电控制电路(7 )，该充电控制电路(7 )还与蓄电池(10)和负载连接，以及分别与第一电压转换电路(2)、第二电压转换电路(3)和充电控制电路(7 )连接的主控制模块(I)，且所述主控制模块(I)用于根据蓄电池(10 )的电量或负载变化调节第一电压转换电路(2)或第二电压转换电路(3)的输出功率。
2.根据权利要求1所述的基于远程监控的风光互补智能控制系统，其特征在于:所述第一电压转换电路(2)包括第一降压变换器(21)和与第一降压变换器(21)连接的第一高效电流控制芯片(22)，且所述第一降压变换器(21)的输出端与充电控制电路(7)连接。
3.根据权利要求2所述的基于远程监控的风光互补智能控制系统，其特征在于:所述第二电压转换电路(3)包括依次连接的整流电路(31)、滤波电路(32)和第二降压变换器(33)，以及与第二降压变换器(33)连接的第二高效电流控制芯片(34)，且所述第二降压变换器(33)的输出端与充电控制电路(7)连接。
4.根据权利要求3所述的基于远程监控的风光互补智能控制系统，其特征在于:还包括保护电路(6 )，所述主控制模块(1)还经保护电路(6 )与充电控制电路(7 )连接。
5.根据权利要求3所述的基于远程监控的风光互补智能控制系统，其特征在于:还包括与主控制模块(I)连接的通讯模块(4)和数据采集模块(5)，与通讯模块(4)连接的监控平台(11)，以及与数据采集模块(5)连接的用于检测蓄电池(10)的充放电电流和电压的电流和电压检测模块(12)。
【文档编号】H02J7/35GK103607031SQ201310646938
【公开日】2014年2月26日 申请日期:2013年12月4日 优先权日:2013年12月4日
【发明者】崔鲲, 潘龙, 坟克江 申请人:广州航天海特系统工程有限公司