一種太陽(yáng)能蓄電池充放電控制器的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種太陽(yáng)能蓄電池充放電控制器，屬于太陽(yáng)能應(yīng)用【技術(shù)領(lǐng)域】。本實(shí)用新型包括太陽(yáng)能充電控制電路、電壓檢測(cè)電路、電流檢測(cè)電路、3V穩(wěn)壓電路、單片機(jī)、自恢復(fù)保險(xiǎn)絲和供電控制電路；太陽(yáng)能充電控制電路的輸入端與太陽(yáng)能電池板相連、其輸出端與蓄電池相連，電壓檢測(cè)電路和電流檢測(cè)電路的輸入端分別與蓄電池相連、其輸出端分別與單片機(jī)的ADC接口相連，3V穩(wěn)壓電路的輸入端與蓄電池相連、其輸出端與單片機(jī)的電源端相連，供電控制電路的輸入端與單片機(jī)的I/O接口相連、輸出端與負(fù)載的電源端相連、電源端與自恢復(fù)保險(xiǎn)絲相連，自恢復(fù)保險(xiǎn)絲的另一端與蓄電池相連。本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn)，功耗低，對(duì)太陽(yáng)能的利用率高。
【專利說(shuō)明】—種太陽(yáng)能蓄電池充放電控制器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種太陽(yáng)能蓄電池充放電控制器，屬于太陽(yáng)能應(yīng)用【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]節(jié)能減排、低碳生活已成為人們所關(guān)注的問(wèn)題，太陽(yáng)能作為一種新興的綠色能源，正得到迅速發(fā)展與應(yīng)用。利用太陽(yáng)能的關(guān)鍵技術(shù)之一就是太陽(yáng)能控制器對(duì)蓄電池充放電的智能控制與管理，既要最大效率地利用太陽(yáng)能，又要避免影響蓄電池的使用壽命。由于在光伏系統(tǒng)中，充電電源本身并不是真正意義上的“無(wú)限電源”，而是來(lái)自太陽(yáng)能光伏陣列輸出的“有限電源”，既不能恒壓輸出，也不能恒流輸出，而是隨著光照強(qiáng)度和溫度的變化而變化，有時(shí)甚至還不能輸出足夠的電壓和電流。因此，利用太陽(yáng)能光伏陣列對(duì)蓄電池充電時(shí)有著一定的特殊性，除了選擇合適的充電方法外，還要考慮如何最大效率地利用太陽(yáng)能。目前，利用太陽(yáng)能對(duì)蓄電池充電時(shí)，均采用了太陽(yáng)最大功率點(diǎn)跟蹤與智能充電方法相結(jié)合的充電策略，但其控制算法較為復(fù)雜，控制器本身的功耗較大，所收集的有限太陽(yáng)能有很大一部分被控制器消耗掉，不適合于低功耗應(yīng)用要求，而且在同等條件下增加了太陽(yáng)能電池板的容量，從而增加了成本。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問(wèn)題是:避免現(xiàn)有技術(shù)中的不足之處而提供一種低成本、低功耗、易于實(shí)現(xiàn)，且能高效率收集太陽(yáng)能的太陽(yáng)能蓄電池充放電控制器。
[0004]本實(shí)用新型技術(shù)方案是:一種太陽(yáng)能蓄電池充放電控制器，包括太陽(yáng)能充電控制電路、電壓檢測(cè)電路、電流檢測(cè)電路、3V穩(wěn)壓電路、單片機(jī)、自恢復(fù)保險(xiǎn)絲和供電控制電路；所述太陽(yáng)能充電控制電路的輸入端與太陽(yáng)能電池板相連、其輸出端與蓄電池相連，所述電壓檢測(cè)電路和電流檢測(cè)電路的輸入端分別與蓄電池相連，電壓檢測(cè)電路和電流檢測(cè)電路的輸出端分別與單片機(jī)的ADC接口相連，所述3V穩(wěn)壓電路的輸入端與蓄電池相連、其輸出端與單片機(jī)的電源端相連，所述供電控制電路的輸入端與單片機(jī)的I/O接口相連、其輸出端與負(fù)載的電源端相連，供電控制電路的電源端與自恢復(fù)保險(xiǎn)絲相連，自恢復(fù)保險(xiǎn)絲的另一端與蓄電池正極相連。
[0005]所述單片機(jī)的型號(hào)可以為MSP430F2132，單片機(jī)未提及的其他端口均為常用的連接方式。
[0006]如圖2所示，所述太陽(yáng)能充電控制電路包括集成電路BQ24650以及外圍的電阻、電容、電感和MOS管等；其中，BQ24650是一個(gè)專門用于太陽(yáng)能為蓄電池充電、且具有最大功率點(diǎn)跟蹤的同步交換模式充電控制器，適用于5?28 V的太陽(yáng)能電池板。BQ24650對(duì)電池的充電周期包括預(yù)充電、恒流充電和恒壓充電3個(gè)階段，預(yù)充電的時(shí)間固定為30min，預(yù)充電電流為快速充電電流的1/10 ;當(dāng)充電電流低于快速充電電流的1/10時(shí)充電自動(dòng)終止；當(dāng)蓄電池電壓低于BQ24650設(shè)定的內(nèi)部門限值時(shí)，自動(dòng)重啟充電周期；當(dāng)太陽(yáng)能電池板的輸出電壓下降至蓄電池電壓以下時(shí)，BQ24650自動(dòng)進(jìn)入低靜態(tài)電流(小于15 μΑ)的休眠模式。[0007]圖2中的電阻R1、電容Cl、二極管D3、電阻R8和電容C2組成BQ24650的輸入電源電路，用于將太陽(yáng)能電池板的輸出電壓轉(zhuǎn)換為BQ24650的輸入電源。其中，電阻Rl和電容Cl組成一個(gè)RC濾波網(wǎng)絡(luò)，用于抑制太陽(yáng)能電池板熱插拔時(shí)的瞬間振蕩；二極管D3用于防止反向電壓加在VCC端時(shí)引起的損壞；電阻R8和電容C2組成另一個(gè)RC濾波網(wǎng)絡(luò)，用于消除太陽(yáng)能電池板輸出電壓的紋波。MOS管Ql、Q2、電阻R9、電感LI和電容C6?C9組成一個(gè)同步降壓式DC/DC穩(wěn)壓電路，用于將BQ24650的輸入電壓轉(zhuǎn)換成合適的電壓對(duì)蓄電池充電。
[0008]BQ24650采用恒壓運(yùn)算法來(lái)跟蹤太陽(yáng)能電池板的最大功率點(diǎn)，當(dāng)太陽(yáng)能電池板的輸出功率因光強(qiáng)變?nèi)醵陆禃r(shí)，BQ24650通過(guò)自動(dòng)降低充電電流來(lái)維持充電電壓恒定，從而保持太陽(yáng)能電池板工作在最大功率點(diǎn)。當(dāng)BQ24650的MPPSET引腳的電壓低于1.2 V時(shí)，則自動(dòng)降低充電電流，若太陽(yáng)能電池板確實(shí)不能提供足夠的功率輸出，則可將充電電流降為
0。太陽(yáng)能電池板的最大功率點(diǎn)電壓可通過(guò)電阻R6和R7進(jìn)行設(shè)置，即最大功率點(diǎn)電壓為
1.2 X (1+R6/R7)。
[0009]BQ24650進(jìn)行恒壓充電或浮充時(shí)的充電電壓通過(guò)電阻R10、R11、R14以及MOS管Q3來(lái)設(shè)置:當(dāng)進(jìn)行恒壓充電時(shí)，BQ24650的STAT2引腳輸出高電平使MOS管Q3導(dǎo)通；當(dāng)進(jìn)行浮充時(shí)，BQ24650的STAT2引腳輸出低電平使MOS管Q3截止。BQ24650進(jìn)行恒流充電時(shí)的電流由連接在BQ24650的SRP引腳與SRN引腳之間的電阻R9確定(SRP引腳與SRN引腳之間的電壓為40 mV)，而且通過(guò)電阻R9還可以設(shè)置預(yù)充電電流和終止充電時(shí)的電流，其值均為
0.1倍恒流充電電流。
[0010]如圖3所示，所述電流檢測(cè)電路包括高邊電流檢測(cè)集成電路INA169和外圍阻容元件R15、R16、C12、C13 ;其中，R15是一個(gè)阻值為20 ι?Ω的高精度電阻，它串聯(lián)在蓄電池的放電回路中(V+端與蓄電池正極相連，V-端與放電回路相連)，用于檢測(cè)蓄電池的放電電流，蓄電池的放電回路是以蓄電池作為電源，接入負(fù)載后，蓄電池向負(fù)載供電時(shí)所形成的電路回路；ΙΝΑ169的差分輸入端分別連接電阻R15的兩端，用于將電阻R15檢測(cè)的電流轉(zhuǎn)換為電壓，并通過(guò)電阻R16設(shè)置ΙΝΑ169的增益，將轉(zhuǎn)換后的電壓進(jìn)行放大后，經(jīng)Sout端輸出至所述單片機(jī)的ADC接口。所述電流檢測(cè)電路用于檢測(cè)蓄電池放電過(guò)程中的放電電流，當(dāng)放電電流超過(guò)某個(gè)閾值時(shí)，則通過(guò)所述單片機(jī)控制所述供電控制電路切斷放電回路，從而對(duì)蓄電池進(jìn)行過(guò)流放電保護(hù)。
[0011]如圖4所示，所述電壓檢測(cè)電路包括電阻R31和R32、電容C31以及穩(wěn)壓二極管D6。其中，R31的一端與蓄電池正極相連，R31的另一端與R32相連，R32的另一端與蓄電池負(fù)極相連，使R31和R32構(gòu)成一個(gè)電阻分壓電路，并以R32上的電壓作為檢測(cè)結(jié)果通過(guò)Batt_ADC端送至所述單片機(jī)的ADC接口，所述單片機(jī)根據(jù)兩個(gè)分壓電阻R31、R32的阻值比例計(jì)算出蓄電池的端電壓；為降低電阻分壓電路消耗蓄電池的電量，R31和R32的阻值應(yīng)盡可能地提高；電容C31并聯(lián)于電阻R32的兩端，用于濾除R32上電壓的紋波，從而提高所述單片機(jī)對(duì)R32上電壓進(jìn)行ADC檢測(cè)的精度；D6是一個(gè)2.5V穩(wěn)壓二極管，并聯(lián)于電阻R32的兩端，當(dāng)R32上的分壓電壓超過(guò)2.5V時(shí)將其嵌位在2.5V，從而避免因R32分壓電壓過(guò)高而損壞所述單片機(jī)ADC接口。所述電壓檢測(cè)電路用于檢測(cè)蓄電池放電過(guò)程中的蓄電池的端電壓，由于蓄電池端電壓下降得相對(duì)比較緩慢，為降低電壓檢測(cè)電路對(duì)蓄電池能量的消耗，所述單片機(jī)每間隔10分鐘，控制所述電壓檢測(cè)電路對(duì)蓄電池的端電壓進(jìn)行一次檢測(cè)，當(dāng)蓄電池的端電壓低于其放電終止電壓時(shí)，則通過(guò)所述單片機(jī)控制所述供電控制電路切斷放電回路，避免蓄電池繼續(xù)放電，從而對(duì)蓄電池進(jìn)行欠壓保護(hù)。
[0012]如圖5所示，所述3V穩(wěn)壓電路包括一個(gè)3V的線性穩(wěn)壓集成電路TLV70430及其外圍電容C32、C33，TLV70430的輸入端與蓄電池正極相連，TLV70430的輸出端與所述單片機(jī)的電源端相連，用于將蓄電池的電壓轉(zhuǎn)換為3V為所述單片機(jī)供電；電容C32、C33分別并聯(lián)于TLV70430的輸入端和輸出端，用于濾除電源紋波。
[0013]如圖6所示，所述供電控制電路包括兩個(gè)MOS管Q7、Q12以及電阻R17、R18、R19 ；其中，Q7是一個(gè)大功率P溝道MOS管，其最大導(dǎo)通電流為50 A，Q12是一個(gè)小功率的N溝道MOS管；Q7的源極與自恢復(fù)保險(xiǎn)絲的一端相連，即Vin與自恢復(fù)保險(xiǎn)絲的一端相連，Q7的漏極與負(fù)載的電源端相連，即Vout與負(fù)載的電源端相連，Q7的柵極與Q12的漏極相連，Q12的源極接地，Q12的柵極與電阻R18相連，電阻R18的另一端與所述單片機(jī)的I/O 口相連，即MCU_10與所述單片機(jī)的I/O 口相連；電阻R17的兩端分別與Q12的柵極、源極相連，用于設(shè)置Q12柵極的偏置電壓；電阻R19的兩端分別與Q7的柵極、漏極相連，用于設(shè)置Q7柵極的偏置電壓；電阻R18串聯(lián)在所述單片機(jī)I/O 口與Q12柵極之間，用于限定該支路的電流；當(dāng)所述單片機(jī)控制MCU_10輸出高電平時(shí)，Q12導(dǎo)通，從而Q7導(dǎo)通，接通蓄電池為負(fù)載供電的回路；當(dāng)所述單片機(jī)控制MCU_10輸出低電平時(shí)，Q12截止，從而Q7截止，切斷蓄電池為負(fù)載供電的回路，停止蓄電池為負(fù)載供電。
[0014]本實(shí)用新型的有益效果是:此充放電控制器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn)，控制器本身功耗低，充電過(guò)程中能使太陽(yáng)能電池板工作在最大功率點(diǎn)，對(duì)太陽(yáng)能的利用率高。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0015]圖1是本實(shí)用新型控制器的組成框圖；
[0016]圖2是本實(shí)用新型太陽(yáng)能充電控制電路圖；
[0017]圖3是本實(shí)用新型控制器的電流檢測(cè)電路圖；
[0018]圖4是本實(shí)用新型控制器的電壓檢測(cè)電路圖；
[0019]圖5是本實(shí)用新型控制器的3V穩(wěn)壓電路圖；
[0020]圖6是本實(shí)用新型控制器的供電控制電路圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0022]實(shí)施例1:如圖1-6所示，一種太陽(yáng)能蓄電池充放電控制器，包括太陽(yáng)能充電控制電路、電壓檢測(cè)電路、電流檢測(cè)電路、3V穩(wěn)壓電路、單片機(jī)、自恢復(fù)保險(xiǎn)絲和供電控制電路；所述太陽(yáng)能充電控制電路的輸入端與太陽(yáng)能電池板相連、其輸出端與蓄電池相連，所述電壓檢測(cè)電路和電流檢測(cè)電路的輸入端分別與蓄電池相連，電壓檢測(cè)電路和電流檢測(cè)電路的輸出端分別與單片機(jī)的ADC接口相連，所述3V穩(wěn)壓電路的輸入端與蓄電池相連、其輸出端與單片機(jī)的電源端相連，所述供電控制電路的輸入端與單片機(jī)的I/O接口相連、其輸出端與負(fù)載的電源端相連，供電控制電路的電源端與自恢復(fù)保險(xiǎn)絲相連，自恢復(fù)保險(xiǎn)絲的另一端與蓄電池正極相連。
[0023]實(shí)施例2:如圖1-6所示，一種太陽(yáng)能蓄電池充放電控制器，包括太陽(yáng)能充電控制電路、電壓檢測(cè)電路、電流檢測(cè)電路、3V穩(wěn)壓電路、單片機(jī)、自恢復(fù)保險(xiǎn)絲和供電控制電路；所述太陽(yáng)能充電控制電路的輸入端與太陽(yáng)能電池板相連、其輸出端與蓄電池相連，所述電壓檢測(cè)電路和電流檢測(cè)電路的輸入端分別與蓄電池相連，電壓檢測(cè)電路和電流檢測(cè)電路的輸出端分別與單片機(jī)的ADC接口相連，所述3V穩(wěn)壓電路的輸入端與蓄電池相連、其輸出端與單片機(jī)的電源端相連，所述供電控制電路的輸入端與單片機(jī)的I/O接口相連、其輸出端與負(fù)載的電源端相連，供電控制電路的電源端與自恢復(fù)保險(xiǎn)絲相連，自恢復(fù)保險(xiǎn)絲的另一端與蓄電池正極相連。
[0024]所述太陽(yáng)能充電控制電路包括集成電路BQ24650和外圍的電阻、電容、電感及MOS管。
[0025]所述電流檢測(cè)電路包括高邊電流檢測(cè)集成電路INA169、電阻R15、R16、電容C12、C13，電阻R15串聯(lián)在蓄電池的放電回路中，V+端與蓄電池正極相連，V-端與放電回路相連，高邊電流檢測(cè)集成電路INA169的差分輸入端分別連接電阻R15的兩端，Sout端輸出至單片機(jī)的ADC接口。
[0026]所述電壓檢測(cè)電路包括電阻R31、R32、電容C31以及穩(wěn)壓二極管D6，電阻R31的一端與蓄電池正極相連，電阻R31的另一端與電阻R32相連，電阻R32的另一端與蓄電池負(fù)極相連，電容C31、穩(wěn)壓二極管D6并聯(lián)于電阻R32的兩端。
[0027]所述3V穩(wěn)壓電路包括一個(gè)3V的線性穩(wěn)壓集成電路TLV70430及其外圍電容C32、C33，TLV70430的輸入端與蓄電池正極相連、其輸出端與所述單片機(jī)的電源端相連，電容C32、C33分別并聯(lián)于TLV70430的輸入端和輸出端。
[0028]所述供電控制電路包括一個(gè)大功率P溝道MOS管Q7和一個(gè)小功率的N溝道MOS管Q12，P溝道MOS管Q7的漏極與蓄電池正極相連，P溝道MOS管Q7的源極與負(fù)載的電源端相連，P溝道MOS管Q7的柵極與N溝道MOS管Q12的漏極相連，N溝道MOS管Q12的源極接地，N溝道MOS管Q12的柵極通過(guò)電阻R18與所述單片機(jī)的I/O 口相連。
[0029]上面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的具體實(shí)施例作了詳細(xì)說(shuō)明，但是本實(shí)用新型并不限于上述實(shí)施例，在本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所具備的知識(shí)范圍內(nèi)，還可以在不脫離本實(shí)用新型宗旨的前提下作出各種變化。
【權(quán)利要求】
1.一種太陽(yáng)能蓄電池充放電控制器，其特征在于:包括太陽(yáng)能充電控制電路、電壓檢測(cè)電路、電流檢測(cè)電路、3V穩(wěn)壓電路、單片機(jī)、自恢復(fù)保險(xiǎn)絲和供電控制電路；所述太陽(yáng)能充電控制電路的輸入端與太陽(yáng)能電池板相連、其輸出端與蓄電池相連，所述電壓檢測(cè)電路和電流檢測(cè)電路的輸入端分別與蓄電池相連，電壓檢測(cè)電路和電流檢測(cè)電路的輸出端分別與單片機(jī)的ADC接口相連，所述3V穩(wěn)壓電路的輸入端與蓄電池相連、其輸出端與單片機(jī)的電源端相連，所述供電控制電路的輸入端與單片機(jī)的I/O接口相連、其輸出端與負(fù)載的電源端相連，供電控制電路的電源端與自恢復(fù)保險(xiǎn)絲相連，自恢復(fù)保險(xiǎn)絲的另一端與蓄電池正極相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽(yáng)能蓄電池充放電控制器，其特征在于:所述太陽(yáng)能充電控制電路包括集成電路BQ24650和外圍的電阻、電容、電感及MOS管。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽(yáng)能蓄電池充放電控制器，其特征在于:所述電流檢測(cè)電路包括高邊電流檢測(cè)集成電路INA169、電阻(R15、R16)、電容(C12、C13)，電阻(R15)串聯(lián)在蓄電池的放電回路中，V+端與蓄電池正極相連，V-端與放電回路相連，高邊電流檢測(cè)集成電路INA169的差分輸入端分別連接電阻(R15)的兩端，Sout端輸出至單片機(jī)的ADC接口。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽(yáng)能蓄電池充放電控制器，其特征在于:所述電壓檢測(cè)電路包括電阻(R31、R32)、電容(C31)以及穩(wěn)壓二極管(D6)，電阻(R31)的一端與蓄電池正極相連，電阻(R31)的另一端與電阻(R32)相連，電阻(R32)的另一端與蓄電池負(fù)極相連，電容(C31)、穩(wěn)壓二極管(D6)并聯(lián)于電阻(R32)的兩端。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽(yáng)能蓄電池充放電控制器，其特征在于:所述3V穩(wěn)壓電路包括一個(gè)3V的線性穩(wěn)壓集成電路TLV70430及其外圍電容(C32、C33)，TLV70430的輸入端與蓄電池正極相連、其輸出端與所述單片機(jī)的電源端相連，電容(C32、C33)分別并聯(lián)于TLV70430的輸入端和輸出端。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽(yáng)能蓄電池充放電控制器，其特征在于:所述供電控制電路包括一個(gè)大功率P溝道MOS管(Q7)和一個(gè)小功率的N溝道MOS管(Q12)，P溝道MOS管(Q7)的漏極與蓄電池正極相連，P溝道MOS管(Q7)的源極與負(fù)載的電源端相連，P溝道MOS管(Q7)的柵極與N溝道MOS管(Q12)的漏極相連，N溝道MOS管(Q12)的源極接地，N溝道MOS管(Q12)的柵極通過(guò)電阻(R18)與所述單片機(jī)的I/O 口相連。
【文檔編號(hào)】H02J7/00GK203589779SQ201320707268
【公開(kāi)日】2014年5月7日 申請(qǐng)日期:2013年11月11日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月11日
【發(fā)明者】李加念 申請(qǐng)人:昆明理工大學(xué)