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一種太陽能供電控制系統.pdf

摘要
申請專利號:

CN201310152681.9

申請日:

2013.04.27

公開號:

CN103236728B

公開日:

2015.01.07

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法律詳情: 授權|||著錄事項變更IPC(主分類):H02J 7/00變更事項:申請人變更前:深圳市晶福源電子技術有限公司變更后:深圳晶福源科技股份有限公司變更事項:地址變更前:518000 廣東省深圳市南山區松白路西麗南崗第二工業園第十二棟5樓變更后:518000 廣東省深圳市南山區松白路西麗南崗第二工業園12棟1、2、5樓|||實質審查的生效IPC(主分類):H02J 7/00申請日:20130427|||公開
IPC分類號: H02J7/00 主分類號: H02J7/00
申請人: 深圳晶福源科技股份有限公司
發明人: 鐘遠亮; 蒙程飛; 廖永春; 陳恒留
地址: 518000 廣東省深圳市南山區松白路西麗南崗第二工業園12棟1、2、5樓
優先權:
專利代理機構: 深圳市康弘知識產權代理有限公司 44247 代理人: 胡朝陽;孫潔敏
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201310152681.9

授權公告號:

103236728B|||||||||

法律狀態公告日:

2015.01.07|||2014.06.18|||2013.09.04|||2013.08.07

法律狀態類型:

授權|||著錄事項變更|||實質審查的生效|||公開

摘要

本發明公開了一種太陽能供電控制系統,其具有正、負極饋電母線,以及分別串接它們之間的負載和第一開關、電池和第二開關、欠壓保護模塊、充放電控制模塊,其中欠壓保護模塊在測得母線欠電壓時關斷第一開關,使負載停止工作;充放電控制模塊在測得母線電源端有電時控制第二開關導通,向電池充電,在測得電池充滿時控制第二開關關斷,停止向電池充電,在測得母線電源端掉電時控制第二開關導通,使電池向母線放電。本發明由純硬件構成的,在太陽能有電時,利用太陽能向負載供電同時向電池充電;在太陽能掉電時,可不間斷地轉由電池供電;同時兼有抗干擾性能強、可靠程度高、系統易于維護、成本低廉的優點。

權利要求書

權利要求書
1.   一種太陽能供電控制系統,具有連接太陽能光伏板的正極饋電母線和負極饋電母線,其特征在于,還包括:分別串接在正極饋電母線(PV+)和負極饋電母線(PV?)之間的負載和第一開關(G1)、電池和第二開關(G2)、欠壓保護模塊、充放電控制模塊,電池正極接正極饋電母線,電池負極接第二開關,其中
欠壓保護模塊與第一開關控制端連接,在測得正、負極饋電母線欠電壓時關斷第一開關,使負載停止工作;
充放電控制模塊與第二開關控制端連接,在測得正、負極饋電母線電源端有電時控制第二開關導通,使正、負極饋電母線向電池充電,在測得電池充滿時控制第二開關關斷,停止向電池充電,在測得正、負極饋電母線電源端掉電時控制第二開關導通,使電池向正、負極饋電母線放電。

2.   如權利要求1所述的太陽能供電控制系統,其特征在于,所述欠壓保護模塊包括第一比較器(U1A),其反相輸入端連接第一電阻(R1)一端和穩壓二極管(ZD1)的陰極,第一電阻的另一端接正極饋電母線,穩壓二極管的陽極接負極饋電母線,第一比較器同相輸入端連接第三電阻(R3)和第四電阻(R4)的一端,第三電阻的另一端接正極饋電母線,第四電阻的另一端接負極饋電母線,第一比較器輸出端接第一開關控制端并通過第九電阻(R9)接正極饋電母線。

3.   如權利要求2所述的太陽能供電控制系統,其特征在于,所述充放電控制模塊包括第二比較器(U1B),其同相輸入端連接所述第一比較器(U1A)的反相輸入端,其反相輸入端連接第二電阻(R2)和第五電阻(R5)的一端,第二電阻的另一端接正極饋電母線,第五電阻另一端接負極饋電母線,第二比較器的輸出端接第七電阻(R7)和第六電阻(R6)的一端,第七電阻的另一端接正極饋電母線,第六電阻的另一端接三極管(Q1)的基極、第二電容(C2)和第三電容(C3)的一端,第二電容的另一端連接三極管的集電極和所述電池的負極,三極管的發射極接第八電阻(R8)的一端和所述第二開關(G2)的控制端,第八電阻的另一端接正極饋電母線,第三電容的另一端接二極管(D2)的陰極,二極管的陽極接正極饋電母線。

說明書

說明書一種太陽能供電控制系統
技術領域
本發明涉及電源控制系統,尤其涉及一種控制太陽能充電和供電的自動控制系統。
背景技術
能源是現代社會存在和發展的基石。隨著全球經濟社會的不斷發展,能源消費也相應的持續增長。隨著時間的推移,化石能源的稀缺性越來越突顯,且這種稀缺性也逐漸在能源商品的價格上反應出來。在化石能源供應日趨緊張的背景下,大規模的開發和利用可再生能源已成為未來各國能源戰略中的重要組成部分。太陽能是人類取之不盡用之不竭的可再生能源,具有充分的清潔性、絕對的安全性、相對的廣泛性、確實的長壽命和維護性、資源的充足性及潛在的經濟性等優點,在長期的能源戰略中具有重要地位并且得到廣泛的應用。我們對太陽能的利用大致可以分為光熱轉換和光電轉換兩種方式,其中,光電利用(光伏發電)是近些年來發展最快,也是最具經濟潛力的能源開發領域。
在利用太陽能供電時,一般會在陽光充足時直接使用光伏板轉換的電能,同時將多余的電能存儲起來;在沒有陽光時,釋放存儲的電能。現有的控制太陽能充電和供電的控制系統存在電路復雜、依賴軟件實現、易受干擾故障率高、設備成本高的缺陷。市場亟需開發一種由純硬件構成的、抗干擾性能強、可靠程度高、易于維護、成本低廉的太陽能供電控制系統。
發明內容
本發明是要解決現有技術的上述問題,提出一種由純硬件構成的,能控制太陽能充電和供電的自動控制系統。
為解決上述技術問題,本發明提出的技術方案是設計一種太陽能供電控制系統,具有連接太陽能光伏板的正極饋電母線和負極饋電母線,以及分別串接在正極饋電母線和負極饋電母線之間的負載和第一開關、電池和第二開關、欠壓保護模塊、充放電控制模塊,電池正極接正極饋電母線,電池負極接第二開關,其中欠壓保護模塊與第一開關控制端連接,在測得正、負極饋電母線欠電壓時關斷第一開關,使負載停止工作;充放電控制模塊與第二開關控制端連接,在測得正、負極饋電母線電源端有電時控制第二開關導通,使正、負極饋電母線向電池充電,在測得電池充滿時控制第二開關關斷,停止向電池充電,在測得正、負極饋電母線電源端掉電時控制第二開關導通,使電池向正、負極饋電母線放電。
所述欠壓保護模塊包括第一比較器,其反相輸入端連接第一電阻一端和穩壓二極管的陰極,第一電阻的另一端接正極饋電母線,穩壓二極管的陽極接負極饋電母線,第一比較器同相輸入端連接第三電阻和第四電阻的一端,第三電阻的另一端接正極饋電母線,第四電阻的另一端接負極饋電母線,第一比較器輸出端接第一開關控制端并通過第九電阻接正極饋電母線。
所述充放電控制模塊包括第二比較器,其同相輸入端連接所述第一比較器的反相輸入端,其反相輸入端連接第二電阻和第五電阻的一端,第二電阻的另一端接正極饋電母線,第五電阻另一端接負極饋電母線,第二比較器的輸出端接第七電阻和第六電阻的一端,第七電阻的另一端接正極饋電母線,第六電阻的另一端接三極管的基極、第二電容和第三電容的一端,第二電容的另一端連接三極管的集電極和所述電池的負極,三極管的發射極接第八電阻的一端和所述第二開關的控制端,第八電阻的另一端接正極饋電母線,第三電容的另一端接第二二極管的陰極,第二二極管的陽極接正極饋電母線。
與現有技術相比,本發明由純硬件構成的,在太陽能有電時,利用太陽能向負載供電同時向電池充電;在太陽能掉電時,可不間斷地轉由電池供電;同時兼有抗干擾性能強、可靠程度高、系統易于維護、成本低廉的優點,可廣泛應用于太陽能行業以及光伏新能源產業。
附圖說明
下面結合附圖和實施例對本發明作出詳細的說明,其中:
圖1為本發明較佳實施例的原理框圖;
圖2為本發明較佳實施例的電路原理圖。
具體實施方式
本發明揭示了一種太陽能供電控制系統,參看圖1示出的原理框圖,其具有連接太陽能光伏板的正極饋電母線和負極饋電母線,以及分別串接在正極饋電母線PV+和負極饋電母線PV?之間的負載(LOAD)和第一開關G1、電池(BAT)和第二開關G2、欠壓保護模塊、充放電控制模塊,電池正極接正極饋電母線,電池負極接第二開關,其中欠壓保護模塊與第一開關控制端連接,在測得正、負極饋電母線欠電壓時關斷第一開關,使負載停止工作;充放電控制模塊與第二開關控制端連接,在測得正、負極饋電母線電源端有電時控制第二開關導通,使正、負極饋電母線向電池充電,在測得電池充滿時控制第二開關關斷,停止向電池充電,在測得正、負極饋電母線電源端掉電時控制第二開關導通,使電池向正、負極饋電母線放電。
參看圖2示出的較佳實施例的電路圖,欠壓保護模塊包括第一比較器U1A,其反相輸入端連接第一電阻R1一端和穩壓二極管ZD1的陰極,第一電阻的另一端接正極饋電母線,穩壓二極管的陽極接負極饋電母線,第一比較器同相輸入端連接第三電阻R3和第四電阻R4的一端,第三電阻的另一端接正極饋電母線,第四電阻的另一端接負極饋電母線,第一比較器輸出端接第一開關控制端并通過第九電阻R9接正極饋電母線。
參看圖2示出的較佳實施例的電路圖,充放電控制模塊包括第二比較器U1B,其同相輸入端連接所述第一比較器U1A的反相輸入端,其反相輸入端連接第二電阻R2和第五電阻R5的一端,第二電阻的另一端接正極饋電母線,第五電阻另一端接負極饋電母線,第二比較器的輸出端接第七電阻R7和第六電阻R6的一端,第七電阻的另一端接正極饋電母線,第六電阻的另一端接三極管Q1的基極、第二電容C2和第三電容C3的一端,第二電容的另一端連接三極管的集電極和所述電池的負極,三極管的發射極接第八電阻R8的一端和所述第二開關G2的控制端,第八電阻的另一端接正極饋電母線,第三電容的另一端接第二二極管D2的陰極,第二二極管的陽極接正極饋電母線。
下面結合圖2示出的電路圖詳述本發明的工作原理:
正極饋電母線PV+和負極饋電母線PV?接太陽能光伏板,PV+經第一電阻R1與穩壓二極管ZD1穩壓,得到一個6.2V的電壓,此電壓流到第一比較器U1A反向輸入端2腳與第二比較器U1B同向輸入端5腳作為比較器的基準電壓。PV+經第三電阻R3與第四電阻R4串聯分壓后送到第一比較器U1A同向輸入端3腳,得到一個可變動的電壓,此電壓跟隨PV電壓,PV電壓高,此電壓也跟著高,此電壓與6.2V基準電壓作比較。第九電阻R9是第一比較器的上拉電阻,確保第一比較器在輸出高電位時一定是高電位。R9一端接正極饋電母線(亦電池的正極BAT+),一端接到第一比較器U1A輸出腳1腳。根據比較器的特性,比較器正端電壓高于負端時,輸出高電位,低于負端時,輸出低電位。通過U1A 3腳電位與基準電壓比較,來控制第一開關G1的開通或關斷,從而控制向負載LOAD供電與否。當U1A 3腳高于2腳時,比較器輸出高電位,控制G1開通,G1開通,負載形成回路開始工作,當3腳低于2腳時,輸出低電位,G1截止,負載無回路,停止工作。
正極饋電母線PV+直接連接到電池BAT+端與負載LOAD端,充放電控制模塊也是通過控制電池與負極饋電母線PV?的連通與否來實現充放電控制。因第二比較器U1B同相輸入端5腳與第一比較器U1A反相輸入端2腳是并聯的,所以U1B 5腳也得到一個6.2V的基準電壓,同時PV+經R2、R5分壓后得到一個可變動的電壓送至U1B 6腳,此電壓也是跟隨PV,同樣根據比較器特性,正端電壓高于負端時,輸出高電位,低于負端時,輸出低電位。第七電阻R7為第二比較器輸出端的上拉電阻。PV+正常有電時U1B 5腳電位高于6腳電位,第二比較器輸出高電位,控制Q1截止(Q1為PNP型三極管,基極電位高,三極管截止;基極電位低,三極管導通),Q1截止時,Q1發射極電位被拉高,G2開通,將PV-連接至電池負極,正、負極饋電母線向電池充電。當電池充滿后,PV+電位升高,U1B6腳電位高于5腳電位,第二比較器翻轉,輸出低電位,Q1開通。Q1開通,將G2的控制極電壓拉到地,G2關斷,饋電母線停止向電池充電。直到電池電壓低于一定值時,饋電母線又開始對電池充電。以此達到電池自動充電的目的。
當太陽能光伏板沒電或瞬間掉電時,可用電池對負載進行不間斷的持續供電。饋電母線與電池是一個雙向性電路。當PV不在時,兩個比較器的基準電壓由電池提供, U1A 2腳與U1B 5腳同樣得到一個6.2V的基準電壓,且要讓G2一直開通來達到PV不存在或瞬間掉電時,由電池不間斷供電。供電母線的工作狀態分兩種:一種PV不存在,一種PV瞬間掉電。先分析PV瞬間掉電時,假設這時候電池還未充滿,U1B 6腳低于基準電壓,比較器輸出高電位,Q1截止,G2開通。假設這時候電池已充滿,U1B 6腳高于基準電壓,比較器輸出低電壓,Q1開通,G2截止。G2在電池充滿的情況下截止,就無法滿足G2在任何情況下都處于開通狀態的條件,不能實現PV不存在或瞬間掉電時,電池供電與電池欠壓保護的目的,為了解決這一弊端,在Q1基極與集電極之間串聯電容C2,當電池充滿情況下,Q1開通,通過C2釋放電能將Q1控制極電位提高,關斷Q1,Q1關斷,G2開通。以此來保證G2在何種情況都是開通的。其次分析當PV不存在時,負載由電池供電,按以上所說,無PV時,要達到電池不間斷供電的目的,必先讓G2開通。PV不存在,C2無法取得電能,不能對Q1控制極放電,所以G2是截止的,增加第二二極管D2、C3電容,當電池上電時,BAT+通過D2對電容C3充電,在Q1基極得到一個高電位,使Q1截止,G2開通。從U1B工作狀態可以看出,當PV不在或瞬間掉電時,G2都處于開通狀態。G2開通。U1A比較器有地線可連接,才能正常工作,BAT+經電阻R3、R4分壓未能接通地線,處于懸浮狀態,R4接通地線后,U1A 3腳得到一個大于基準6.2V的電壓,比較器輸出高電位,控制G1開通,G1開通,負載開始工作,實現PV不存在或瞬間掉電情況下,由電池不間斷向負載供電的目的。
當電池供電給負載時,隨著時間的變化,電池電量慢慢減少,電池無限量的放電,必然影響電池的使用壽命。為了不使電池深度放電,第一比較器U1A欠壓保護功能。電池正常供電,G1開通,當U1A 3腳電壓隨著電池電壓越來越低時,當低于2腳基準電壓6.2V時,比較器翻轉,輸出低電位,G1被截止,負載沒有回路,被關斷。當電池電壓恢復到一定值時,比較器又輸出高電位,負載又被開通。藉此達到欠壓關斷,又能自動恢復的目的。
在較佳實施例中,電路還有一些常規配置,參看圖2,在接光伏板的正極饋電母線頭上順向串接第一二極管D1,防止電池供電時向光伏板倒送電。第一二極管D1還串聯一個電源開關K1,用以控制本系統的啟停。正極饋電母線中還串接一保險絲FUSE,以起到短路保護作用。正、負極饋電母線之間還連接第一電容C1,以起到穩定輸入電壓的作用。
以上實施例僅為舉例說明,非起限制作用。任何未脫離本申請精神與范疇,而對其進行的等效修改或變更,均應包含于本申請的權利要求范圍之中。

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一種 太陽能 供電 控制系統
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