一种mppt太阳能充电系统及控制方法与流程

1.本发明涉及充电控制技术领域，具体而言，涉及一种mppt太阳能充电系统及控制方法。


背景技术：

2.随着国家新能源战略的侧重与科学技术的发展，太阳能作为新能源中的一种，因其具有更清洁、更经济、更便捷的特点，成为一个很重要的新能源研究方向，所以太阳能技术的发展有很大的潜力。同时，随着对太阳能技术研究的深入，将太阳能转换为电能可以缓解能源问题。所以在很多的场景下，太阳能作为另外一种可供应能源就显得尤其重要。
3.目前，户外使用的一些设备可以利用太阳能充电，方便了设备的续航使用，但是在传统的设备或者解决方案中，一般是采取太阳能直充，因为太阳能能源的不确定性，所以会出现充电效率不高，并且此种方式对电池的保护是不益的，从而缩短了电池使用寿命。这对于一个安装在外部的设备是致命的，因为大多数时候是不容易给这些外部的设备更换电池的。
4.可见，现有的太阳能充电方式存在充电效率低和电池使用寿命短的问题，并且一旦充电出现故障问题，反而会给设备使用带来更多的麻烦。


技术实现要素：

5.鉴于此，本发明的目的在于提供一种提升充电效率和延长电池使用期的mppt太阳能充电系统及控制方法，通过mppt控制器检测出太阳能板发电的电压，并追踪出一个最大的功率点，通过选择模式使得太阳能充电效率达到最大，维持以最大功率点对电池进行充电，以提高太阳能充电的效率和对电池的保护性。
6.如图2所示为本发明mppt太阳能充电系统的主要逻辑控制部分。本发明逻辑控制部分的作用就是智能化控制给电池充电。本技术所述的控制方法旨在提高充电效率和提高电池的使用寿命上。
7.本发明提供一种mppt太阳能充电系统，包括：控制太阳能充电系统的主控制器、前置开关、mppt控制器、后置开关、电池、太阳能板电源、外部主电源；
8.所述主控制器与前置开关电性连接，所述前置开关与所述mppt控制器电性相连，所述前置开关分别与所述外部主电源、所述太阳能板电源电性连接，所述mppt控制器与所述后置开关电性连接，所述后置开关与所述电池电性连接。
9.进一步地，所述mppt太阳能充电系统的电源供给方式包括两种：由外部主电源给电池充电，和/或，由太阳能板电源给电池充电；
10.当太阳能板电源或外部主电源单独存在时，由其中存在的供电；
11.当太阳能板电源或外部主电源都存在时优先通过外部主电源给电池供电，通过主控制器控制电源供给实现。
12.进一步地，所述电池为8.5v干电池，所述外部主电源为12v外部电源，所述mppt控
制器的充电包括：慢充、水滴式、涓流和快充4种电池正常充电曲线状态；
13.本发明基于mppt算法进行高效的太阳能充电模式，在通过mp2762a芯片驱动的mppt模式下充电具有上述四个流程，充电效率会提高大概10％-30％，能够最大化利用太阳能板电源的输出功率并且能更好的保护电池和延迟电池寿命，这对于在户外不易更换电池的设备具有很大的优势。
14.本发明还提供根据上述所述的mppt太阳能充电系统的控制方法，包括以下步骤：
15.s1、当mppt太阳能充电系统上电后，首先关闭mppt控制器的充电芯片；
16.s2、将充电模式设置为mode1模式，所述主控制器定时读取外部主电源的adc(模数转换电路)，如太阳能板供电源和外部主电源都存在，则打开充电芯片，使用外部主电源(普通的充电模式)给电池充电；
17.在实现太阳能智能化充电时，主控制器一直在工作，主控制器的充电芯片也是一个单片机，充电芯片工作时需要消耗电量，所以原则上只有在用到mppt太阳能充电系统即启动充电的阶段才会打开mppt控制器；
18.所述mode1模式为默认充电模式；在对充电芯片模式(即所述mppt控制器)的选择时，本发明采取一个单刀双掷开关，此单刀双掷开关可以理解为主控制器对gpio脚位的拉高即选择mode1模式给电池充电，主控制器对gpio脚位拉低即选择mode2模式给电池充电；其中mode1模式是通过充电芯片运行mppt算法从而实现给电池充电，mode2模式是通过外部电源直接连接电池充电，在mppt控制器后面还连接有一个后置开关，用来控制充电芯片的开关断；如果前置开关和单刀双掷开关都选择了mode1模式，但是后置开关还是关闭的，则还是无法进行mode 1模式充电，单刀双掷开关的主要作用是通过控制充电芯片，从而控制mppt控制器运行的状态；
19.s3、使用外部主电源充电直到主控制器检测到只有太阳能板电源供电时，关闭充电芯片，读取太阳能板电源的adc，读取到太阳能板电源的电压后，与设定的阈值电压比较；
20.上述充电芯片也是单片机如果不先关掉的话，对采集到的太阳能板电源的adc的值会有影响；
21.如果读取到电池的电压小于阈值电压，则经过3s的debounce去抖动时间，关闭指示灯，同时跳转回到步骤s2；
22.如果读取到太阳能板电源的电压大于阈值电压或者电池的电压大于8.2v，则进入s4步骤；
23.s4、打开充电芯片，所述主控制器通过i2c与所述mppt控制器通信，设置mppt控制器的输入电压限制为阈值电压，读取mppt控制器的输入功率，与设定的阈值功率比较；
24.如果mppt控制器的输入功率小于阈值功率，则关闭充电芯片，并开启定时器，将充电模式设置为mode2模式，以mode2模式持续给设备充电，当定时器的时间设置到了时，跳转回到步骤s2；
25.如果mppt控制器的输入功率大于阈值功率，则将充电芯片的输入电压限制设置为8.5v，以避免后续电压扫描有低电压的时候出现；关闭掉mode2模式的定时器，将充电芯片的模式设置为mode1模式并将充电指示灯亮起，通过mppt控制器给电池充电；
26.当mppt控制器扫描到最大功率点时，进入mppt控制器的hold阶段，开启定时器，当定时器的时间设置到了时再次判断mppt控制器的输入功率，当输入功率小于阈值功率时，
再次判断电池的电压；
27.如果电池的电压大于电池的饱和电压8.2v，则继续以mode1模式维持当前的功率充电；如果电池的电压小于8.2v则跳转回到步骤s4进入mode2模式，并关闭定时器；当输入功率大于阈值功率时再进行一次mppt控制器的扫描阶段，以校正mppt控制器扫描到的最大功率点；
28.上述电池的饱和电压8.2v是本发明对应实施例的一个差不多的电池饱和电压，此时不宜于mode2模式给电池充电，为保护电池，继续采用mode1模式方式给电池充电；
29.本发明可以实时动态选取最佳功率点给电池供电，一直保持最高效最稳定的功率给电池充电，提高了充电功率，也保护了电池。
30.进一步地，所述s3步骤的所述阈值电压设定为11v；
31.实际在天气晴朗的时候，太阳能板电源的电压大于11v的时候是很容易存在的，在傍晚或者雨天的时候，太阳能板电源的电压则差不多有4-5v；此阈值电压是针对实际产品结合而出的，可以按实际环境选取对应的数值。
32.进一步地，所述s4步骤的所述阈值功率设定为1w。
33.进一步地，所述s4步骤的mppt控制器的输入功率小于阈值功率时开启定时器的时间设置为5min。
34.进一步地，所述s4步骤的mppt控制器扫描到最大功率点进入mppt控制器的hold阶段开启定时器的时间设置为15min。
35.本发明还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述程序被处理器执行时实现上述所述mppt太阳能充电系统的控制方法的步骤。
36.本发明还提供一种计算机设备，所述计算机设备包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述所述mppt太阳能充电系统的控制方法的步骤。
37.与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
38.本发明基于mppt算法进行高效的太阳能充电模式，充电效率提高了大概10％-30％，能够最大化利用太阳能板的输出功率并且能更好地保护电池和延迟电池寿命，对于在户外不易更换电池的设备具是很大的优势。
附图说明
39.通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。
40.在附图中：
41.图1为本发明实施例mppt太阳能充电系统的结构图；
42.图2为本发明实施例计算机设备的构成示意图；
43.图3为本发明实施例mppt太阳能充电系统的控制逻辑图；
44.图4为本发明实施例mppt太阳能充电系统的主要电路图；
45.图5为本发明一种mppt太阳能充电系统的控制方法的流程图。
具体实施方式
46.这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本公开的一些方面相一致的装置和产品的例子。
47.在本公开使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本公开。在本公开和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。
48.应当理解，尽管在本公开可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本公开范围的情况下，第一信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为第一信息。取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在
……
时”或“当
……
时”或“响应于确定”。
49.下面结合附图对本发明实施例作进一步详细说明。
50.本发明实施例提供一种mppt太阳能充电系统，参见图1所示，包括：控制太阳能充电系统的主控制器、前置开关、mppt控制器、后置开关、电池、太阳能板电源、外部主电源；
51.所述主控制器与前置开关电性连接，所述前置开关与所述mppt控制器电性相连，所述前置开关分别与所述外部主电源、所述太阳能板电源电性连接，所述mppt控制器与所述后置开关电性连接，所述后置开关与所述电池电性连接。
52.所述mppt太阳能充电系统的电源供给方式包括两种：由外部主电源给电池充电，和/或，由太阳能板电源给电池充电；
53.当太阳能板电源或外部主电源单独存在时，由其中存在的供电；
54.当太阳能板电源或外部主电源都存在时优先通过外部主电源给电池供电，通过主控制器控制电源供给实现。
55.本实施例中，所述电池为8.5v干电池，所述外部主电源为12v外部电源，所述mppt控制器的充电包括：慢充、水滴式、涓流和快充4种电池正常充电曲线状态；
56.本发明实施例基于mppt算法进行高效的太阳能充电模式，在通过mp2762a芯片驱动的mppt模式下充电具有上述四个流程，充电效率会提高大概10％-30％，能够最大化利用太阳能板电源的输出功率并且能更好的保护电池和延迟电池寿命，这对于在户外不易更换电池的设备具有很大的优势。
57.本发明实施例还提供根据上述所述的mppt太阳能充电系统的控制方法，参见图5所示，包括以下步骤：
58.s1、当mppt太阳能充电系统上电后，首先关闭mppt控制器的充电芯片；
59.s2、将充电模式设置为mode1模式，所述主控制器定时读取外部主电源的adc(模数转换电路)，如太阳能板供电源和外部主电源都存在，则打开充电芯片，使用外部主电源(普通的充电模式)给电池充电；
60.在实现太阳能智能化充电时，主控制器一直在工作，主控制器的充电芯片也是一个单片机，充电芯片工作时需要消耗电量，所以原则上只有在用到mppt太阳能充电系统即
启动充电的阶段才会打开mppt控制器；
61.所述mode1模式为默认充电模式；在对充电芯片模式(即所述mppt控制器)的选择时，参见图1所示，本发明采取一个单刀双掷开关，此单刀双掷开关可以理解为主控制器对gpio脚位的拉高即选择mode1模式给电池充电，主控制器对gpio脚位拉低即选择mode2模式给电池充电；其中mode1模式是通过充电芯片运行mppt算法从而实现给电池充电，mode2模式是通过外部电源直接连接电池充电，在mppt控制器后面还连接有一个后置开关，用来控制充电芯片的开关断；如果前置开关和单刀双掷开关都选择了mode1模式，但是后置开关还是关闭的，则还是无法进行mode 1模式充电，单刀双掷开关的主要作用是通过控制充电芯片，从而控制mppt控制器运行的状态；
62.s3、使用外部主电源充电直到主控制器检测到只有太阳能板电源供电时，关闭充电芯片，读取太阳能板电源的adc，读取到太阳能板电源的电压后，与设定的阈值电压比较；
63.本实施例中，所述阈值电压设定为11v；
64.上述充电芯片也是单片机如果不先关掉的话，对采集到的太阳能板电源的adc的值会有影响；
65.如果读取到电池的电压小于阈值电压11v，则经过3s的debounce去抖动时间，关闭指示灯，同时跳转回到步骤s2；
66.如果读取到太阳能板电源的电压大于阈值电压11v或者电池的电压大于8.2v，则进入s4步骤；
67.s4、打开充电芯片，所述主控制器通过i2c与所述mppt控制器通信，设置mppt控制器的输入电压限制为阈值电压，读取mppt控制器的输入功率，与设定的阈值功率比较；
68.本实施例中，所述阈值功率设定为1w；
69.如果mppt控制器的输入功率小于阈值功率，则关闭充电芯片，并开启定时器，将充电模式设置为mode2模式，以mode2模式持续给设备充电，当定时器的时间设置到了时，跳转回到步骤s2；
70.本实施例中，mppt控制器的输入功率小于阈值功率时开启定时器的时间设置为5min；
71.如果mppt控制器的输入功率大于阈值功率，则将充电芯片的输入电压限制设置为8.5v，以避免后续电压扫描有低电压的时候出现；关闭掉mode2模式的定时器，将充电芯片的模式设置为mode1模式并将充电指示灯亮起，通过mppt控制器给电池充电；
72.当mppt控制器扫描到最大功率点时，进入mppt控制器的hold阶段，开启一个定时器，当定时器的时间设置到了时再次判断mppt控制器的输入功率，当输入功率小于阈值功率时，再次判断电池的电压；
73.本实施例中，mppt控制器扫描到最大功率点进入mppt控制器的hold阶段开启定时器的时间设置为15min；
74.如果电池的电压大于电池的饱和电压8.2v，则继续以mode1模式维持当前的功率充电；如果电池的电压小于8.2v则跳转回到步骤s4进入mode2模式，并关闭定时器；当输入功率大于阈值功率时再进行一次mppt控制器的扫描阶段，以校正mppt控制器扫描到的最大功率点；
75.上述电池的饱和电压8.2v是本发明对应实施例的一个差不多的电池饱和电压，此
时不宜于mode2模式给电池充电，为保护电池，继续采用mode1模式方式给电池充电；
76.参见图3所示为本实施例的mppt太阳能充电系统的控制逻辑图；参见图4所示为本实施例的mppt太阳能充电系统的主要部分电路图；
77.本发明实施例可以实时动态选取最佳功率点给电池供电，一直保持最高效最稳定的功率给电池充电，提高了充电功率，也保护了电池。
78.实际在天气晴朗的时候，太阳能板电源的电压大于11v的时候是很容易存在的，在傍晚或者雨天的时候，太阳能板电源的电压则差不多有4-5v；此阈值电压是针对实际产品结合而出的，可以按实际环境选取对应的数值。
79.本发明实施例基于mppt算法进行高效的太阳能充电模式，充电效率提高了大概10％-30％，能够最大化利用太阳能板的输出功率并且能更好地保护电池和延迟电池寿命，对于在户外不易更换电池的设备具是很大的优势。对于一些在室外的设备例如车载定位器，充电系统就是一个需要考虑的问题。在某些情况下，正常的车机系统能源不够，但是车载定位系统如果还能保持工作状态是很有必要的。在这种情况下利用太阳能充电，并且在有太阳的时候把太阳能转化的电能存储到电池中，这样在没有车机主电源供电和没有太阳光照的时候，设备还是能正常工作的。
80.本发明实施例还提供了一种计算机设备，图2是本发明实施例提供的一种计算机设备的结构示意图；参见附图图2所示，该计算机设备包括：输入装置23、输出装置24、存储器22和处理器21；所述存储器22，用于存储一个或多个程序；当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器21执行，使得所述一个或多个处理器21实现如上述实施例提供的mppt太阳能充电系统的控制方法；其中输入装置23、输出装置24、存储器22和处理器21可以通过总线或者其他方式连接，图2中以通过总线连接为例。
81.存储器22作为一种计算设备可读写存储介质，可用于存储软件程序、计算机可执行程序，如本发明实施例所述的mppt太阳能充电系统的控制方法对应的程序指令；存储器22可主要包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序；存储数据区可存储根据设备的使用所创建的数据等；此外，存储器22可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非易失性固态存储器件；在一些实例中，存储器22可进一步包括相对于处理器21远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至设备。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。
82.输入装置23可用于接收输入的数字或字符信息，以及产生与设备的用户设置以及功能控制有关的键信号输入；输出装置24可包括显示屏等显示设备。
83.处理器21通过运行存储在存储器22中的软件程序、指令以及模块，从而执行设备的各种功能应用以及数据处理，即实现上述的mppt太阳能充电系统的控制方法。
84.上述提供的计算机设备可用于执行上述实施例提供的mppt太阳能充电系统的控制方法，具备相应的功能和有益效果。
85.本发明实施例还提供一种包含计算机可执行指令的存储介质，所述计算机可执行指令在由计算机处理器执行时用于执行如上述实施例提供的mppt太阳能充电系统的控制方法，存储介质是任何的各种类型的存储器设备或存储设备，存储介质包括：安装介质，例如cd-rom、软盘或磁带装置；计算机系统存储器或随机存取存储器，诸如dram、ddr ram、
sram、edo ram，兰巴斯(rambus)ram等；非易失性存储器，诸如闪存、磁介质(例如硬盘或光存储)；寄存器或其它相似类型的存储器元件等；存储介质可以还包括其它类型的存储器或其组合；另外，存储介质可以位于程序在其中被执行的第一计算机系统中，或者可以位于不同的第二计算机系统中，第二计算机系统通过网络(诸如因特网)连接到第一计算机系统；第二计算机系统可以提供程序指令给第一计算机用于执行。存储介质包括可以驻留在不同位置中(例如在通过网络连接的不同计算机系统中)的两个或更多存储介质。存储介质可以存储可由一个或多个处理器执行的程序指令(例如具体实现为计算机程序)。
86.当然，本发明实施例所提供的一种包含计算机可执行指令的存储介质，其计算机可执行指令不限于如上实施例所述的mppt太阳能充电系统的控制方法，还可以执行本发明任意实施例所提供的mppt太阳能充电系统的控制方法中的相关操作。
87.至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征做出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。
88.以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明；对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。