CN114006460A - 一种基于太阳能控制器的充电控制*** - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于太阳能控制器的充电控制***，其包括：开关机检测模块、充电设备识别模块、故障检测与恢复检测模块、恒压充电模块、恒流充电模块、恒功率充电模块和充电完成与恢复充电模块，开关机检测模块与充电设备识别模块连接，用于对输入源做开关检测以及寻找输入源的最大输出功率点；充电设备识别模块分别与恒压充电模块、恒流充电模块、恒功率充电模块连接，用于识别电池状况以及输入源的功率，选择最佳工作模式；恒压充电模块、恒流充电模块、恒功率充电模块分别与充电完成与恢复充电模块连接；恒压充电模块，用于保持输出电压恒定，小电流给电池充电直到充满。本发明大大的提升了太阳能控制器的安全性能、充电效率和充电质量。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能控制器领域，特别涉及一种基于太阳能控制器的充电控制***。
背景技术
太阳能控制器是连接太阳能电池板、蓄电池以及负载的重要核心组件，其核心控制算法的优劣直接影响到整个***的安全、性能、充电效率以及可靠性。
对于目前市场上的太阳能控制器，它们都有一个共同的特点，那就是最大功率点追踪，统称MPPT(Maximum PowerPoint Tracking)。太阳能控制器使用MPPT 技术，实时确保太阳能电池板以最大的输出功率给蓄电池充电，比传统的固定电压充电***的控制器充电效率大大提高，从而提高太阳能的利用效率。但是，由于太阳能电池板的电压与电流并不是线性关系，太阳能电池板在不同大气压条件下、不同日照强度以及不同温度下，其光伏特性曲线都是不一样的，但又大致类似。如下图1与图2所示，分别是太阳能电池板的P-U曲线和I-U曲线。
由上图1和图2可以得知，太阳能电池板有一个最大的输出功率点，也是市面上各种太阳能控制器的控制原理，市面上的太阳能控制最大功率点追踪要么根据 P-V曲线为依据，要么根据I-U曲线为依据从而实现最大功率点追踪。但是，并不是所有太阳能电池板都只有一个最大功率驼峰(如图1中最高那个点)，而是有好几个驼峰，因此，单纯依靠P-V或者I-U的变化作为控制核心，容易导致最大功率点偏移，甚至找不到最大功率点，或者只是找到具有多个驼峰的其他驼峰点，但不是最大的驼峰点。
发明内容
本发明的目的是提供一种可以确保控制器的高充电效率、高质量和安全的基于太阳能控制器的充电控制***。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种基于太阳能控制器的充电控制***，包括开关机检测模块、充电设备识别模块、故障检测与恢复检测模块、恒压充电模块、恒流充电模块、恒功率充电模块和充电完成与恢复充电模块；所述开关机检测模块与充电设备识别模块连接，用于对输入源做开关检测以及寻找输入源的最大输出功率点；所述充电设备识别模块分别与恒压充电模块、恒流充电模块、恒功率充电模块连接，用于识别电池状况以及输入源的功率，选择最佳工作模式；所述恒压充电模块、恒流充电模块、恒功率充电模块分别与充电完成与恢复充电模块连接；所述恒压充电模块，用于保持输出电压恒定，小电流给电池充直到充满；所述恒流充电模块，用于恒定最大充电电流，允许大电流给电池充电；所述恒功率充电模块包括MPPT模块和适配器模块，所述MPPT模块用于保持太阳能电池板以最大的输出功率给电池充电，所述适配器模块控制适配器以最大功率给电池充电；所述充电完成与恢复充电模块用于检测到电池充满后，***将会自动切断充电***，当电池被使用后，如果电池电压降低到恢复充电电压时，***将会恢复充电；所述故障检测与恢复检测模块分别与开关机检测模块、充电设备识别模块、恒压充电模块、恒流充电模块、恒功率充电模块连接，且用于检索上述各个模块是否有故障，若有故障则切除太阳能控制器充电以及关闭太阳能控制器。
进一步地，所述输入源包括太阳能电池板输入源和两路适配器输入源。
进一步地，在所述开关机检测模块中，当没有任何一路输入源接入情况下，开关机检测模块会一直对输入源做开关检测；当充电控制***正常启动后，如果所有的输入源都退出工作情况下，充电控制***自动检测关机并关闭所有充电有关的设备，并重新又回到开关机检测模块中。
进一步地，当开关机检测模块寻找到最大功率点后，充电控制***将会回退到输入源的最大输出功率点，然后进入充电设备识别模块中。
进一步地，还包括定时回到全局扫描模块，所述定时回到全局扫描模块分别与MPPT模块和适配器模块连接，用于实时确保输入源工作在最大功率点上。
本发明的有益效果为：
本发明针对多输入源单向充电太阳能控制器的控制***；不但完美解决了太阳能最大功率功率点实时追踪问题，同时也保证了其他适配器给电池充电时保持最大输出功率，本发明有多种工作模式并且可以互相切换，这样做目的是根据输入电源的功率以及电池当前状态合理选择工作模式，不但缩短了电池的充电时间，而且确保了充电质量，另外配故障检测与恢复检测模块，从而确保了本发明控制器的高充电效率、高质量和安全。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是太阳能电池板的P-U曲线图；
图2是太阳能电池板的I-U曲线图；
图3是本发明太阳能控制器的充电控制***的流程图；
图4是本发明基于太阳能控制器的充电控制***的方框图；
图5是本发明电池充电的过程的电压曲线图；
图6是本发明电池充电的过程的电流曲线图。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合附图及具体的实施方式，对本发明进行详细的介绍说明。
如图4所示的，一种基于太阳能控制器的充电控制***，包括开关机检测模块、充电设备识别模块、故障检测与恢复检测模块、恒压充电模块、恒流充电模块、恒功率充电模块和充电完成与恢复充电模块；所述开关机检测模块与充电设备识别模块连接，用于对输入源做开关检测以及寻找输入源的最大输出功率点；所述充电设备识别模块分别与恒压充电模块、恒流充电模块、恒功率充电模块连接，用于识别电池状况以及输入源的功率，选择最佳工作模式；所述恒压充电模块、恒流充电模块、恒功率充电模块分别与充电完成与恢复充电模块连接；所述恒压充电模块，用于保持输出电压恒定，小电流给电池充直到充满；所述恒流充电模块，用于恒定最大充电电流，允许大电流给电池充电；所述恒功率充电模块包括MPPT模块和适配器模块，所述MPPT模块用于保持太阳能电池板以最大的输出功率给电池充电，所述适配器模块控制适配器以最大功率给电池充电；所述充电完成与恢复充电模块用于检测到电池充满后，***将会自动切断充电***，当电池被使用后，如果电池电压降低到恢复充电电压时，***将会恢复充电；所述故障检测与恢复检测模块分别与开关机检测模块、充电设备识别模块、恒压充电模块、恒流充电模块、恒功率充电模块连接，且用于检索上述各个模块是否有故障，若有故障则切除太阳能控制器充电以及关闭太阳能控制器。
本发明开关机检测模块、充电设备识别模块、故障检测与恢复检测模块、恒压充电模块、恒流充电模块、恒功率充电模块和充电完成与恢复充电模块内均设置有ADC检测电路，用于检测输入源的电压。
本发明的充电设备识别模块、恒压充电模块、恒流充电模块、恒功率充电模块内设置有PWM控制电路，用于控制上述模块进行工作。
本发明的恒压充电模块内设有PID控制算法，恒流充电模块内设置有逐级逼近算法，恒功率充电模块内设有扰动跟踪算法。
进一步地，所述输入源包括太阳能电池板输入源和两路适配器输入源。
进一步地，在所述开关机检测模块中，当没有任何一路输入源接入情况下，开关机检测模块会一直对输入源做开关检测；当充电控制***正常启动后，如果所有的输入源都退出工作情况下，充电控制***自动检测关机并关闭所有充电有关的设备，并重新又回到开关机检测模块中。
进一步地，当开关机检测模块寻找到最大功率点后，充电控制***将会回退到输入源的最大输出功率点，然后进入充电设备识别模块中。
进一步地，还包括定时回到全局扫描模块，所述定时回到全局扫描模块分别与MPPT模块和适配器模块连接，用于实时确保输入源工作在最大功率点上。
如图3所示的，本发明的基于太阳能控制器的充电控制***的控制方法包括：以下步骤：
S0：开关机检测模块进行开关机检测；
这是太阳能控制器充电***启动的第一步，如果没有任何一路输入源接入情况下，***将会一直运行在这个模式下。当***正常启动后，如果所有的输入源都退出工作情况下，***自动检测关机并关闭所有充电有关的设备，从而又回到该模式。在实施例中多输入源单向充电太阳能控制器有3路输入源，一路是太阳能电池板，另外两路是适配器，这三路输入源在该***中可以独立工作，也可以一起工作。开关机检测模块通过ADC检测电路，不但是对输入源做开关检测，另外一个重要功能是准确识别是那一路接入工作，那一路退出工作，更重要一个功能对充电过程中，一旦发生PWM过冲现象，开关机检测，都能够把它拉回正常工作水平来。
S1：开关机检测模块开启全局扫描模式；
这是太阳能充电控制器***正常开机后，开关机检测模块寻找输入源的最大输出功率点的重要一步。这个模式也是***软启动的关键过程，当***寻找到最大功率点后，***将会回退到输入源的最大输出功率点，然后进入S2模式。对于一个输出端一直接着电池的设备而言，如果一开始就以最大的输出功率工作，将会面临因输入源功率不够拉死输入源不能正常工作的风险。所以在这里有一个软启动，对充电启动过程无疑是最好的方法。
S2：充电设备识别模块对输入源进行工作模式识别；
***将会根据电池状况以及输入源的功率进行识别，然后进入最佳工作模式。在本实施例中，如果电池电压比较低，输入源的功率足够大，那么可以进入恒流充电模块的恒流模式中；如果是电池快充满状态，避免过大电流对电池的伤害，那么可以选择进入恒压充电模块的恒压模式；如果是太阳能电池板输入，电池电压过低，可以选择MPPT模块的MPPT工作模式；如果是适配器接入工作，则采用适配器模块进行控制，同时启动适配器充电。在这个步骤下，***是根据输入电源的能力和电池的状态来准确进入相应的工作模式，从而对电池起到保护作用，可见也可以延长电池寿命。
S3:故障检测与恢复检测模块对各个模块进行故障检测与保护恢复；
故障检测与恢复检测模块可以确保设备正常充电，实时保护设备最重要的功能。设备在工作过程中，输入电源也会受到外部因素影响，比如打雷，太阳能电池板突然来强光，强磁场等因素的影响，从而导致设备出现过压、欠压、过流以及过温的现象。***有这个故障检测与恢复检测模块的情况下，可以检测故障并切除设备充电以及关闭设备，起到保护设备的安全。但故障消除后，重启***，继续工作。
S4：定时回到全局扫描模块定时回到全局扫描；
在太阳能控制器充电***中，定时回到全局扫描模块的作用是准确、实时确保输入源工作在最大功率点上，哪怕在工作过程中，***最大功率点发生了偏移，它也能够及时找回最大功率点。在本实施实例中，定时回到全局扫描模块分别与MPPT模块和适配器模块连接，MPPT模块和适配器模块工作时定时回到全局扫描模块会定时回到全局扫描，恒流模式和恒压模式之所以不需要，那是因为在恒压和恒流工作模式下，如果输入源不满足要求后，***将会自动切换进入 MPPT模块的MPPT模式。假设***中没有这个功能，那么在MPPT模式下，因为太阳能电池板出现多个驼峰点，将会出现找到的驼峰点不是最大功率点的现象。因此，加入这个功能，能够更好地保证***工作在最大功率点。
S5：充电完成与恢复充电模块控制***重新开始充电；
当电池充满后，***将会自动切断充电***，直到电池被使用直到电压下降到开启充电时，***将会恢复充电。
Mode0:恒压模式
恒压模式是太阳能控制器充电***中恒定输出电压不变的一种工作模式，当电池快充满时，***将会进入这个模式下工作。电池快充满时要进入恒压模式的目的保证电池电压不宜过高导致损坏电池，因为每个电池都有自身的工作电压范围，如果超过其工作电压范围，将会影响电池寿命。进入这个模式下，保持输出电压恒定，小电流给电池充满电，无疑是对电池寿命最好的保证。
Mode1:恒流模式
恒流模式是太阳能控制器充电***中保持电流不变的一种工作模式。当电池没电情况下，电池允许大电流充电，恒定最大充电电流，不但对电池没有伤害，而且可以缩短充电时间。
Mode2：MPPT模式
MPPT模式是太阳能控制器充电***中保持太阳能电池板以最大的输出功率给电池充电的一种模式。在这个模式下，可以提高太阳能电池板的效率，从而提高太阳能的利用率。
Mode3：适配器模式
在实施例中，有三路输入电源，一路是太阳能电池板，另外两路是适配器输入。当***检测到有适配器接入工作后，将开启适配器充电开关，如果没有接太阳能电池板，它将独立已最大功率给电池充电，如果太阳能电池板接入工作，将与太阳能电池板一起给电池充电。它在太阳能控制器充电***中既是***中的一部分，同时相对太阳能电池板也是独立的。
Sw0：从恒压模式切入恒流模式
当电池快没电池，电池允许大电流给它充电，所以切入这个模式，以最大充电电流充电，可以大大缩短充电的时间。在恒流模式下，如果电池快充满，***将自动从恒流模式切入恒压模式，保障电池不因电压过高而损坏电池。
Sw1:从恒流模式进入MPPT模式
当有太阳能电池板的情况下，如果满足进入MPPT模式条件，那么***将会自动切入MPPT模式。
Sw2：恒压模式进入MPPT模式
当有太阳能电池板的情况下，如果满足进入MPPT模式条件，那么***将会自动切入MPPT模式。
Sw0、Sw1、Sw2这三种模式都是可以相互切换的，主要满足该模式的条件，***将会自动切入到该模式，保证***一直以最佳状态给电池充电。
本发明的有益效果为：
(1)本发明的开关机检测模块具有全局扫描的功能，从而确保***以最大功率软启动，避免了因输入源功率不够拉死输入源以及保证了启动过冲现象，对设备起到安全启动的作用；
(2)本发明MPPT模块可以定时触发回到开关机检测模块的全局扫描模式中，从而保证太阳能电池板实时以最大功率给电池充电，同时避免了太阳能电池板因多驼峰找错最大功率点；
(3)恒压充电模块、恒流充电模块、MPPT模块和适配器模块可以相互切换，实时保证***以最佳状态给电池充电，不但保持电池寿命，同时也缩短充电时间；
(4)充电控制***启动后，故障检测与恢复检测模块同时打开，实时对设备进行检测保护，保证了设备的安全，同时也是保证人身安全。
5)开关机检测模块还可以设备因充电过快出现过冲现象，能够及时将其拉回正常水平上来，从而保证了设备安全；
(6)在发明中通过设置恒压充电模块、恒流充电模块和恒功率充电模块，当输入源电压比电池电压高时，***启动降压模式充电；当输入电源电压低于电池电压时，***启动升压模式充电。这是市面上只有降压模式的太阳能控制器不能比拟的，因为太阳能一天会受到光照强度以及天气变化影响，其工作电压是实时发生改变的，也就是说太阳能电池输出电压不低于***要求的电压，都是可以充电的。在实施例中拥有升降压两种充电模式并且是***自动切换的设备，可以说是太阳能控制器中亮点中的亮点。
本发明的太阳能充电控制器***，经长时间测试，***稳定性好，可靠性高，充电时间短等优点。对于一个电池来说，充电曲线是直接反应充电器的一个最佳指标。图5和图6分别是实施例中给电池充电的过程的电压曲线和电流曲线，同时也是对这个***性能优点的最好证明。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理，可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (5)
1.一种基于太阳能控制器的充电控制***，其特征在于包括开关机检测模块、充电设备识别模块、故障检测与恢复检测模块、恒压充电模块、恒流充电模块、恒功率充电模块和充电完成与恢复充电模块；
所述开关机检测模块与充电设备识别模块连接，用于对输入源做开关检测以及寻找输入源的最大输出功率点；
所述充电设备识别模块分别与恒压充电模块、恒流充电模块、恒功率充电模块连接，用于识别电池状况以及输入源的功率，选择最佳工作模式；
所述恒压充电模块、恒流充电模块、恒功率充电模块分别与充电完成与恢复充电模块连接；
所述恒压充电模块，用于保持输出电压恒定，小电流给电池充直到充满；
所述恒流充电模块，用于恒定最大充电电流，允许大电流给电池充电；
所述恒功率充电模块包括MPPT模块和适配器模块，所述MPPT模块用于保持太阳能电池板以最大的输出功率给电池充电，所述适配器模块控制适配器以最大功率给电池充电；
所述充电完成与恢复充电模块用于检测到电池充满后，***将会自动切断充电***，当电池被使用后，如果电池电压降低到恢复充电电压时，***将会恢复充电；
所述故障检测与恢复检测模块分别与开关机检测模块、充电设备识别模块、恒压充电模块、恒流充电模块、恒功率充电模块连接，且用于检索上述各个模块是否有故障，若有故障则切除太阳能控制器充电以及关闭太阳能控制器。
2.根据权利要求1所述一种基于太阳能控制器的充电控制***，其特征在于：所述输入源包括太阳能电池板输入源和两路适配器输入源。
3.根据权利要求1所述一种基于太阳能控制器的充电控制***，其特征在于：在所述开关机检测模块中，当没有任何一路输入源接入情况下，开关机检测模块会一直对输入源做开关检测；当充电控制***正常启动后，如果所有的输入源都退出工作情况下，充电控制***自动检测关机并关闭所有充电有关的设备，并重新又回到开关机检测模块中。
4.根据权利要求1所述一种基于太阳能控制器的充电控制***，其特征在于：当开关机检测模块寻找到最大功率点后，充电控制***将会回退到输入源的最大输出功率点，然后进入充电设备识别模块中。
5.根据权利要求1所述一种基于太阳能控制器的充电控制***，其特征在于：还包括定时回到全局扫描模块，所述定时回到全局扫描模块分别与MPPT模块和适配器模块连接，用于实时确保输入源工作在最大功率点上。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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