一种六阶逐级限流的太阳能控制装置论文和设计-张淑芳

全文摘要

本实用新型介绍了一种六阶逐级限流的太阳能控制装置，包括控制箱、蓄电池、6组太阳能电池组件和电流霍尔传感器；控制箱上部设置有模式切换按键、模式显示屏、负载指示灯、电流监控显示屏、温度传感器、充电指示灯、蓄电池电量指示灯；控制箱下部设置有6组太阳能电池组件的6个负极接口、6组太阳能电池组件与蓄电池的共用正极接口、蓄电池负极接口、负载正极接口和负载负极接口；6组太阳能电池组件的正极与蓄电池共用正极，电流霍尔传感器设置在共正极母线处。本装置采用的6路充电回路结构，实现了用较小的电流充电，充电时间短，充电效果好；减少了气泡对极板活性物质的冲刷，减少了活性物质的脱落，延长蓄电池的使用寿命，节省电能。

主设计要求

1.一种六阶逐级限流的太阳能控制装置，其特征是：包括控制箱、蓄电池、6组太阳能电池组件和电流霍尔传感器；所述控制箱上部设置有模式切换按键、模式显示屏、负载指示灯、电流监控显示屏、温度传感器、充电指示灯、蓄电池电量指示灯；控制箱下部设置有6组太阳能电池组件的6个负极接口、6组太阳能电池组件与蓄电池的共用正极接口、蓄电池负极接口、负载正极接口和负载负极接口；模式切换按键与模式显示屏连接，通过操作模式切换按键切换强充、均衡充、和浮充三种充电模式，充电模式结果显示在模式显示屏上；6组太阳能电池组件与蓄电池的共用正极接口与蓄电池负极接口连接蓄电池，通过蓄电池电量指示灯反应蓄电池储蓄电量；6组太阳能电池组件与蓄电池共用的正极接口与6个负极接口分别连接6组太阳能电池组件，通过充电指示灯反映太阳能电池组件正在充电\/充电已完成的状态；负载正极接口和负载负极接口与负载连接，通过负载指示灯反应负载是否处在正常工作状态；6组太阳能电池组件的正极与蓄电池共用正极，即6路太阳能电池组件的正极与蓄电池的正极相连，电流霍尔传感器设置在共正极母线处，对共正极母线电流进行采样；温度传感器实时反馈太阳能控制装置的温度；电流监控显示屏连接电流霍尔传感器，将电流霍尔传感器采集电流实时显示，监控太阳能控制装置的电流状态。

设计方案

1.一种六阶逐级限流的太阳能控制装置，其特征是：包括控制箱、蓄电池、6组太阳能电池组件和电流霍尔传感器；

所述控制箱上部设置有模式切换按键、模式显示屏、负载指示灯、电流监控显示屏、温度传感器、充电指示灯、蓄电池电量指示灯；控制箱下部设置有6组太阳能电池组件的6个负极接口、6组太阳能电池组件与蓄电池的共用正极接口、蓄电池负极接口、负载正极接口和负载负极接口；

模式切换按键与模式显示屏连接，通过操作模式切换按键切换强充、均衡充、和浮充三种充电模式，充电模式结果显示在模式显示屏上；

6组太阳能电池组件与蓄电池的共用正极接口与蓄电池负极接口连接蓄电池，通过蓄电池电量指示灯反应蓄电池储蓄电量；

6组太阳能电池组件与蓄电池共用的正极接口与6个负极接口分别连接6组太阳能电池组件，通过充电指示灯反映太阳能电池组件正在充电\/充电已完成的状态；

负载正极接口和负载负极接口与负载连接，通过负载指示灯反应负载是否处在正常工作状态；

6组太阳能电池组件的正极与蓄电池共用正极，即6路太阳能电池组件的正极与蓄电池的正极相连，电流霍尔传感器设置在共正极母线处，对共正极母线电流进行采样；

温度传感器实时反馈太阳能控制装置的温度；电流监控显示屏连接电流霍尔传感器，将电流霍尔传感器采集电流实时显示，监控太阳能控制装置的电流状态。

2.根据权利要求1所述的六阶逐级限流的太阳能控制装置，其特征是：所述的控制箱上设置有安装孔，用于控制箱的固定安装。

3.根据权利要求1所述的六阶逐级限流的太阳能控制装置，其特征是：所述的6组太阳能电池组件每路充电回路的最大充电电流为15A，充电回路压降小于0.13V。

4.根据权利要求1所述的六阶逐级限流的太阳能控制装置，其特征是：所述的温度传感器采用非接触式热电偶类温度传感器。

设计说明书

技术领域

本实用新型涉及电子设备及太阳能光伏技术相关的技术领域，特别是一种六阶逐级限流的太阳能控制装置。

背景技术

太阳能组件在光照一定的情况下可近似为一个恒流源，如果对蓄电池直接充电，就相当于恒流充电。若在充电的后期充电电流仍不改变，这时由于电解水要用掉大部分电流，电解液会出现气泡过多而沸腾状，这不仅消耗电能，而且容易使极板上的活性物质大量脱落，温度过高，造成极板弯曲，蓄电池容量迅速下降而提前报废。

目前虽然市面上有许多太阳能控制装置能实现了最大功率跟踪，但都局限于小电流充电（10A以下），因为充电电流越大，选择合适电感的困难就越大，由于电感不能选择的非常大，充电电流必然存在纹波，且电感值越小则纹波越大。控制器不但应当具备良好的充电控制器功能，而且还要具备各种保护功能，如反向放电保护和极性反接保护。因此，为了提高控制器的性能，必须依据蓄电池和太阳能电池的具体特性合理地设计充电电路和实施充电算法。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种六阶逐级限流的太阳能控制装置，采用阶梯型逐级限流充电法缩短充电时间，充电效果好，减少了气泡对极板活性物质的冲刷，减少了活性物质的脱落，延长蓄电池的使用寿命。

为了实现解决上述技术问题的目的，本实用新型采用了如下技术方案：

一种六阶逐级限流的太阳能控制装置，包括控制箱、蓄电池、6组太阳能电池组件和电流霍尔传感器；

模式切换按键与模式显示屏连接，通过操作模式切换按键切换强充、均衡充、和浮充三种充电模式，充电模式结果显示在模式显示屏上；

6组太阳能电池组件与蓄电池的共用正极接口与蓄电池负极接口连接蓄电池，通过蓄电池电量指示灯反应蓄电池储蓄电量；

负载正极接口和负载负极接口与负载连接，通过负载指示灯反应负载是否处在正常工作状态；

6组太阳能电池组件的正极与蓄电池共用正极，即6路太阳能电池组件的正极与蓄电池的正极相连，电流霍尔传感器设置在共正极母线处，对共正极母线电流进行采样；提高了太阳能控制器的灵敏性，同时还可提高恶劣条件下的稳定性；

温度传感器实时反馈太阳能控制装置的温度，以方便进行人为调控，确保太阳能控制装置正常工作且不被损坏；

电流监控显示屏连接电流霍尔传感器，将电流霍尔传感器采集电流实时显示，监控太阳能控制装置的电流状态；以推断工作状态是否正常。

具体的，所述的控制箱上设置有安装孔，用于控制箱的固定安装。

具体的，所述的6组太阳能电池组件每路充电回路的最大充电电流为15A，充电回路压降小于0.13V。

具体的，所述的温度传感器采用非接触式热电偶类温度传感器。

工作原理：本设计的48V\/60A控制器采用48V\/600AH蓄电池组，太阳能电池阵列功率2.88kW（共48只太阳能电池，单只太阳能电池功率90W，开路电压21.5V，最佳工作点电压17.5V，最佳工作点电流5.15A，短路电流5.67A），共6路充电控制回路，每路有8只太阳能电池（8只分两组，每组4只串联后再并联），采用共正极控制方式，即6路太阳能电池组件的正极与蓄电池的正极相连，利用电流霍尔传感器对共正极母线电流进行采样；电路采用防反接二极管D1与太阳能电池组件反向并联，MOSFET管Q1和Q2共栅源极串联作为控制开关。

充电控制流程：依据蓄电池端电压的变化趋势自动控制太阳能电池方阵的依次接通或切离，实现蓄电池的安全快速充电功能；蓄电池在充电初期采用较大电流，经过一段时间改用较小的电流，到充电后期改用更小的电流，即不同阶段以不同的电流进行恒流充电。

这些技术方案，包括改进的技术方案以及进一步改进的技术方案也可以互相组合或者结合，从而达到更好的技术效果。

通过采用上述技术方案，本实用新型具有以下的有益效果：

本装置采用的6路充电回路结构，通过阶梯逐级限流充电法实现了用较小的电流充电，充电时间短，效率高，充电效果好；减少了气泡对极板活性物质的冲刷，减少了活性物质的脱落，延长蓄电池的使用寿命，节省电能。

附图说明

图1是本专利的整体结构示意图。

图2是本专利的其中一组太阳能电池组件充电回路的原理图。

图3是本专利的充电控制流程图。

图中，1-控制箱，2-安装孔，3-模式切换按键，4-负载指示灯，5-模式显示屏，6-电流监控显示屏，7-温度传感器，8-充电指示灯，9-蓄电池电量指示灯，11-16-6组太阳能电池组件负极接口，17-太阳能电池组件与蓄电池共用正极接口，18-蓄电池负极接口，19-负载正极接口，20-负载负极接口。

具体实施方式

下面结合附图对本专利进一步解释说明。但本专利的保护范围不限于具体的实施方式。

实施例1

如图1-3所示，一种六阶逐级限流的太阳能控制装置，包括控制箱1、蓄电池、6组太阳能电池组件和电流霍尔传感器；

控制箱1上部设置有模式切换按键3、模式显示屏5、负载指示灯4、电流监控显示屏6、温度传感器7、充电指示灯8、蓄电池电量指示灯9；控制箱1下部设置有6组太阳能电池组件的6个负极接口11-16、6组太阳能电池组件与蓄电池共用的正极接口17、蓄电池负极接口18、负载正极接口19和负载负极接口20；控制箱1上设置有安装孔2，用于控制箱1的固定安装。

模式切换按键3与模式显示屏5连接，通过操作模式切换按键3切换强充、均衡充、和浮充三种充电模式，充电模式结果显示在模式显示屏5上；6组太阳能电池组件每路充电回路的最大充电电流为15A，充电回路压降小于0.13V；6组太阳能电池组件与蓄电池共用的正极接口17与蓄电池负极接口18连接蓄电池，通过蓄电池电量指示灯9反应蓄电池储蓄电量；6组太阳能电池组件与蓄电池共用的正极接口17与6个负极接口分别连接6组太阳能电池组件，通过充电指示灯8反映太阳能电池组件正在充电\/充电已完成的状态；负载正极接口19和负载负极接口20与负载连接，通过负载指示灯4反应负载是否处在正常工作状态。

6组太阳能电池组件的正极与蓄电池共用正极，即6路太阳能电池组件的正极与蓄电池的正极相连，电流霍尔传感器设置在共正极母线处，对共正极母线电流进行采样；提高了太阳能控制器的灵敏性，同时还可提高恶劣条件下的稳定性；温度传感器7采用非接触式热电偶类温度传感器7，实时反馈太阳能控制装置的温度，以方便进行认为调控，确保太阳能控制装置正常工作且不被损坏；电流监控显示屏6连接电流霍尔传感器，将电流霍尔传感器采集电流实时显示；监控太阳能控制装置的电流状态，以推断工作状态是否正常。

充电控制流程图如图3所示，其中：flag1为启动充电标志，等于零表示天黑未充电，等于1表示已天亮正在充电中；Ub为蓄电池电压；Ui为第i路关断电压；Upv为第1路太阳能电池组件电压，用来检测是否天亮，作为开始充电的判断条件；Us为启动充电电压；Ic为所有n路太阳能电池组件的总充电电流；PVi代表第i路太阳能电池组件充电回路；h为充电滞回百分比；flag2为充电进行中标志，等于1表示有充电回路正在充电中，等于0表示所有充电回路断开。控制器上电后首先进行初始化，将标志位清零，使所有n路充电回路禁止充电。在主循环控制中，首先不断检测第1路太阳能电池电压Upv，当Upv大于启动充电电压Us后，则认为是天亮，使能所有n路充电回路，此后，通过不断检测蓄电池电压Ub来判断第i路充电回路是否关断。当蓄电池电压大于第i路关断电压(i=1，2，……，n)时，第i路输出关断；反之则否。在启动充电后，Upv不能再用来判断是否天黑，应选择充电电流作为判断条件，当总充电电流Ic等于零时，则认为已经天黑，断开所有充电回路，以防止夜间蓄电池对太阳能电池组件反向放电。在第i路充电回路禁止充电后，充电电流减小，蓄电池电压会下降，由于蓄电池电压小于第i路关断电压，则第i路充电回路重新接通，充电电流又变大，蓄电池电压则上升且会再次因大于第i路关断电压而关断第i路充电回路，如此往复，故第i路充电回路开关进入振荡状态。为了防止充电回路开关进入振荡状态，各充电回路电压检测应具有“回差”控制功能，当第i路充电回路关断后，只要蓄电池电压下降幅值小于hUi，则第i路充电回路不再重新接通；只有当蓄电池电压下降幅值大于hUi时，第i路充电回路才重新接通。根据蓄电池特性和充电回路的多少不同，h的取值范围为3%~6%，Ui的取值范围为53.2V~56.4V之间（取值间隔为0.5V左右）。

设计图

一种六阶逐级限流的太阳能控制装置论文和设计

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