CN220653007U - 一种基于太阳能发电的蓄电池充电装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种基于太阳能发电的蓄电池充电装置，该装置的控制电路包括输入电压检测和采样电路、输入控制电路、+5V电源电路、输入控制后电压检测电路、输出控制电路、输出电压或蓄电池两端电压的检测电路、输出电流检测和采样电路、LED灯状态指示电路和微处理器电路；该装置的硬件电路和控制***实现电池监控、充电、常规维护检测多种工作模式，实现深度充电、大电流充电和优化的充电、维持充电、脉冲充电、连续电流充电、多段式的充电模式以及输出端短路和极性接反时的自动保护，利用太阳能发电装备收集的太阳能对汽车等使用的额定电压12V的多种类型的蓄电池进行补电；具有工作稳定可靠、节能、绿色环保的特点。

Description

一种基于太阳能发电的蓄电池充电装置

技术领域

本发明涉及一种基于太阳能发电的蓄电池充电装置，属于蓄电池充电技术领域。

背景技术

12V的蓄电池，例如，STD、AGM、EFB、GEL等蓄电池，是目前广泛使用的蓄电池产品。众所周知，满电的蓄电池，在使用一段时间后，其储存的电能就会被消耗不少，蓄电池两端的电压会降低。如果其电能始终得不到补充，就会出现蓄电池过渡放电的现象，这对于蓄电池的使用寿命来说是非常不利的。为解决蓄电池电能补充的问题，就必须使用相应的充电器来对蓄电池进行充电，使其电能得以补充。

目前，市场上的充电器，其类型主要有变压器整流式的充电器（主要由变压器和整流器组成）、电子控制式的充电器（主要包括开关电源式的和逆变电源式的充电器）。前者，属于传统型的充电器，技术比较落后，例如，体积大，重量重，耗材，节能性能差，难以实现多种充电模式（如脉冲充电，大电流快充，小电流慢充，维持充电等）和多段式（不同时间段、不同方式的）的充电控制等；后者，属于电子控制型的充电器，技术比较先进，例如，体积小，重量轻，节材，节能性能好，容易实现多种充电模式和多段式的充电控制等。因此，电子控制式的充电器成为了取代传统型充电器的较好选择，并得到了快速的发展和应用。

然而，上述这两种类型的充电器，均需要使用来自电网的电能。在一些缺电的场合，无法使用这两种类型的充电器来对蓄电池进行补电。这也是它们的不足之处和使用中暴露出的问题。

为解决上述问题，太阳能供电的蓄电池充电器，成为研发人员关注的课题之一。此类充电器，不需要使用来自电网的电能，充电器***由太阳能***提供供电，在一些缺电的场合，能够使用这种类型的充电器来对蓄电池进行补电。充电器***的额定输出电压和电流，以及输出功率大小取决于太阳能***的供电能力，即太阳能***所能提供的输出电压和电流，以及输出功率大小。充电器***的类型采用电子控制的电路，不采用传统型的充电器电路，因而，可使太阳能发电的充电器***具有较好的性能。例如，充电器***部分，体积小，重量轻，节材，节能性能好，可实现多种充电模式和多段式的充电控制等。这就使得此类充电器成为了一种新型的充电器，使充电器的产品类型得到了扩充，并能够满足一些用户的实际使用需求。

实用新型内容

本发明的目的提供了一种基于太阳能发电的蓄电池充电装置，该装置接收太阳能发电装备发送的电能；将电能补充至额定电压12V的多种类型的蓄电池，以对蓄电池进行充电，能够利用太阳能发电装备收集的太阳能对汽车等使用的额定电压12V的多种类型的蓄电池进行补电；在具有较多良好性能的同时，还具有工作稳定可靠、绿色环保等特点。

该装置的硬件电路和控制***（包括***的控制软件），可实现对额定电压为12V的蓄电池进行充电自动控制，并用四个LED指示灯进行状态指示；实现多种工作模式，包括电池监控、充电、常规维护检测模式，而测状态，进行相应的自动转换控制，并采用指示灯进行状态指示；实现充电器的输入和输充电模式包括深度充电、大电流充电和优化的充电、维持充电、脉冲充电、连续电流充电、多段式的充电模式，且可根据不同的检出异常，以及输出端短路和极性接反时的自动保护，并进行相应的LED指示。

为了实现上述目的采用以下技术方案：

本发明公开了一种基于太阳能发电的蓄电池充电装置，其特征在于：太阳能***的输出正（+）、负（-）两端分别连接至充电器***的输入正（+）、负（-）两端；充电器***的输出正（+）、负（-）两端分别连接至蓄电池的正（+）、负（-）两端；对于太阳能***的输出，18V~20V直流输出电压，功率可在几十至上百瓦；充电器***的输出为：额定直流电压12V，最大输出（充电）电流依据太阳能***输出功率的不同，可为几个安培至十几个安培输出电流，充电器***的额定输出电压和电流，以及输出功率大小取决于太阳能***的供电能力，即取决于太阳能***所能提供的输出电压和电流，以及输出功率大小。蓄电池为12V的多种蓄电池，例如，STD、AGM、EFB、GEL等蓄电池；充电器***部分的控制电路由输入电压检测和采样电路、输入控制电路、+5V电源电路、输入控制后电压检测电路、输出控制电路、输出电压或蓄电池两端电压的检测电路、输出电流检测和采样电路、LED灯状态指示电路和微处理器电路9个子电路组成；其特征在于：该部分的控制电路由微处理器U2（P07F24）、+5V输出的集成稳压器U1、P沟道MOSFET管QT1和P沟道MOSFET管QT2（RU30L15H）、NPN型三极管Q1和Q2、稳压管Z1和Z2、二极管D1、发光二极管LD1~LD4、电解电容CE1~CE3，电阻R1~R17、电流采样电阻RS1和RS2，电容C1~C4组成；发光二极管，LD1和LD2为红色的，LD3为黄色的，LD4为绿色的；输入N+、N-端分别连接至太阳能***的输出正（+）、负（-）两端；OUT（+）或BAT+、OUT（-）或BAT-端分别连接至蓄电池的正（+）、负（-）两端；N-端连接控制电路的地（以下简称：地）；N+端连接P沟道MOSFET管QT1的1~3脚、R1、R5、电流采样电阻RS1、稳压管Z2的阴极，R1的另一端连接R2、电容C1、微处理器U2的7脚（ADC1），R2、电容C1的另一端连接地；稳压管Z2的阳极连接R5的另一端、R3、P沟道MOSFET管QT1的4脚，R3的另一端连接NPN型三极管Q1的集电极，NPN型三极管Q1的发射极接地，NPN型三极管Q1的基极连接R6，R6的另一端连接微处理器U2的6脚（SRKZ）；电流采样电阻RS1的另一端连接P沟道MOSFET管QT1的5~8脚、D1的阳极，D1的阴极连接电解电容CE1和CE2的正极、+5V输出的集成稳压器U1的输入端，此端的电源电压为+VCC；电解电容CE1和CE2的负极和+5V输出的集成稳压器U1的GND端连接地；+5V输出的集成稳压器U1的输出端连接电解电容CE3的正极，此输出端输出+5V电压；电解电容CE3的负极连接地；+5V端对地之间连接电容C2；+VCC端连接R14，R14的另一端连接电容C3、R12和微处理器U2的21脚（ADC4），电容C3、R12的另一端连接地；+VCC端还连接稳压管Z1的阴极、R17、P沟道MOSFET管QT2的1~3脚，稳压管Z1的阳极连接R11、R17的另一端、P沟道MOSFET管QT2的4脚，R11的另一端连接NPN型三极管Q2的集电极，NPN型三极管Q2的发射极接地，NPN型三极管Q2的基极连接R15，R15的另一端连接微处理器U2的17脚（SCKZ）；P沟道MOSFET管QT2的5~8脚连接OUT（+）或BAT+端，此端还连接R16，R16的另一端连接电容C4、R13和微处理器U2的22脚（ADC2），电容C4、R13的另一端接地；OUT（-）或BAT-端连接R4、电流采样电阻RS2，电流采样电阻RS2的另一端接地，R4的另一端连接微处理器U2的9脚（ADC3）；微处理器U2的5脚接+5V，微处理器U2的20脚接地，微处理器U2的12脚LED1端连接R8，R8的另一端连接发光二极管LD1的阳极，发光二极管LD1的阴极接地；微处理器U2的14脚LED2端连接R9，R9的另一端连接发光二极管LD2的阳极，发光二极管LD2的阴极接地；微处理器U2的15脚LED3端连接R10，R10的另一端连接发光二极管LD3的阳极，发光二极管LD3的阴极接地；微处理器U2的13脚LED4端连接R7，R7的另一端连接发光二极管LD4的阳极，发光二极管LD4的阴极接地。

对于电池监控模式，没有连接太阳能供电***，但充电器连接了蓄电池，或者，充电器连接了太阳能供电***和蓄电池，通过监控模式，并采用三个LED指示灯，即LD2、LD3和LD4，来指示5种可能的蓄电池（充电）状态。例如，当检测到的电池电压在12.7V以上时，绿色的LD4双闪进行指示；当检测到的电池电压在12.5~12.7V之间时，绿色的LD4单闪进行指示；当检测到的电池电压在12.3~12.5V之间时，黄色LD3点亮进行指示；当检测到的电池电压在12.1~12.3V之间时，红色LD2和黄色LD3点亮进行指示；当检测到的电池电压小于12.1V时，红色LD2点亮进行指示。

对于充电模式，当太阳能供电***与充电器连接，但没有连接蓄电池时，如果太阳能供电***能够供电，那么，LD1指示灯将点亮；当太阳能供电***与充电器连接，并且蓄电池也与充电器进行连接时，如果充电器能对蓄电池进行充电，那么LD1指示灯会闪烁。闪烁的速度取决于充电电流的大小，闪烁的快则表示充电电流大；闪烁的慢则表示充电电流小（这种情况往往与天气呈现多云状况或蓄电池不能接受大电流充电有关）。

当LD1闪烁时，通过LD2、LD3或LD4的状态来表示充电的控制模式。例如， 红色LD2指示灯点亮时，表示深度充电模式。对深度放电或硫酸盐化的蓄电池，或者检测到所连接的蓄电池的电压小于12.3V时，采用这种充电模式。最长时间为2小时；黄色LD3指示灯点亮时，表示大电流充电模式和优化的充电模式。采用大电流充电模式时，可使充电电流最大，直到蓄电池的电压达到14.4V或充满状态。采用优化的充电模式时，充电的时间至少为10分钟。如果蓄电池需要被进一步地充电，则充电可以继续进行。充电时间受太阳强度和蓄电池容量的影响；绿色LD4指示灯点亮时，表示维持充电模式。采用维持充电模式时，主要是采用小电流充电并使蓄电池的电压维持在最大13.6V。

控制***可以监测充电器的输入和输出连接状态，并根据是否连接了输入、输出，以及所连接的供电或蓄电池的状态，对有关的标志、指示灯的显示状态等进行相应地控制处理。当太阳能供电***开始提供电能时，充电器能够自动检测，并根据供电和蓄电池的情况，自主决定采取那种合适的充电模式进行充电控制。这也就是所谓的常规维护检测控制。

绿色LD4指示灯点亮时，表示维持充电模式。采用维持充电模式时，主要是使蓄电池的电压维持在最大13.6V，使蓄电池处于充满状态的，绿色LD4将立即点亮并与LD1（闪烁）一起进行指示。对于蓄电池的充电，如果电池需要进一步的充电，LD2或LD3将与LD1一起被点亮（LD1也可能闪烁）。当太阳能***停止供电时（例如，晚上，太阳已经落山，或云层挡住了太阳），太阳能充电器就会转换到电池监控模式，并将每3秒显示一次检测到的电池状况。对于脉冲充电模式，可用于蓄电池的修复和太阳能供电不足时的使用。例如，当太阳能***的输出功率较低（弱太阳/云雾高罩）时，该模式提供有效的脉冲电流进行充电。例如，每2秒可提供几安培的电流脉冲。脉冲充电方式是比较有效的一种充电方式。对于连续电流充电模式，是相对于脉冲充电模式而言的。主要用于供电状态良好的情况。例如，当从太阳能供电***接收到的功率足够时，充电器以此充电模式（LD3灯会点亮），向蓄电池提供连续的充电电流。此外，太阳能充电器可自动在脉冲电流和连续电流充电之间转换，以总是提供最有效和最快的充电方式来进行充电。所选择的充电方法取决于蓄电池的状况和太阳能电池板的功率。不同的供电和蓄电池状态，不同的时间段，充电的方式可能是不同的。这也是本充电器中多段式的充电模式名称的由来。

本充电器具有自动安全保护功能。如控制电路检测短路、极性接反现象，输入和输出异常情况，控制***将实现保护，并进行相应的控制和状态指示。例如，

1）如果输出电压小于7.5V，输入电压大于14.9V，则四个LD指示灯闪烁，每1秒闪一次，同时，***可按照脉冲方式或脉冲电流工作模式进行充电控制。输入电压大于14.9V，表明本充电器的输入供电电源是正常的，但对于额定电压12V的蓄电池，如果检测到其电压小于7.5V，可视为一种异常的情况。在这种情况下，本充电器控制***，将采用脉冲充电模式对蓄电池进行异常和修复处理。通过脉冲充电，如果能够将蓄电池的电压提升到较高的水平，则说明蓄电池是正常的，反之，则把蓄电池视为异常。这需要用户进行处理。

2）如果输入电压小于14.9V，输出电压大于6V，则LD2指示灯闪烁，每3秒闪一次，其它三个LD指示灯则关闭。输入电压小于14.9V，表明本充电器的输入供电电源是不正常的。在这种情况下，控制***，将采用LD2指示灯闪烁，每3秒闪一次的方式，提示用户注意供电电源异常。

3）如果输出电压小于6V，包括充电器所连接的两根充电线出现短路现象（有此现象时，***检测到的输出电压是非常低的，远小于6V），则关闭四个LD指示灯。并将关输入和输出。对于额定电压12V的蓄电池，如果检测到其电压小于6V，包括输出短路，可以说充电是异常的，此时，控制***判断为没有充电，并进行保护控制。在这种情况下，本充电器控制***，将采用关闭全部指示灯的方式，提示用户注意此种异常情况。此外，如果出现极性接反的现象，也就是用户把充电器的正、负极输出线分别连接到蓄电池的负、正极，这种情况，控制***检测到的输出电压，也是属于小于6V的范畴，因此，本控制***仍然将进行上述相关的保护控制和显示。

与现有技术相比较，本发明提供的充电器***不需要使用来自电网的电能，由太阳能***提供供电，在一些缺电的场合，能够使用这种充电器来对12V蓄电池进行充电，绿色环保。

本发明的充电器***的额定输出电压和电流，以及输出功率大小取决于太阳能***的供电能力，即太阳能***所能提供的输出电压和电流，以及输出功率大小，充电器***的类型采用电子控制的电路，不采用传统型的充电器电路，因而，可使太阳能发电的充电器***具有较好的性能。例如，充电器***部分，体积小，重量轻，节材，节能性能好，可实现多种充电模式和多段式的充电控制等。这就使得本发明的充电器成为了一种新型的充电器，使充电器的产品类型得到了扩充，并能够满足一些用户的实际使用需求。

本发明的充电器装置，可实现可靠的输入、输出异常，以及输出短路和极性接反保护控制。

附图说明

附图1是本发明的太阳能***、充电器***和蓄电池三者之间的连接关系图。

附图2是本发明的实施例充电器***部分的控制电路原理图。

具体实施方式

如附图1所示，是本发明的太阳能***、充电器***和蓄电池三者之间的连接关系图。其特征在于：太阳能***的输出正（+）、负（-）两端分别连接至充电器***的输入正（+）、负（-）两端；充电器***的输出正（+）、负（-）两端分别连接至蓄电池的正（+）、负（-）两端；对于太阳能***的输出，18V~20V直流输出电压，功率可在几十至上百瓦；充电器***的输出为：额定直流电压12V，最大输出（充电）电流依据太阳能***输出功率的不同，可为几个安培至十几个安培输出电流。充电器***的额定输出电压和电流，以及输出功率大小取决于太阳能***的供电能力，即取决于太阳能***所能提供的输出电压和电流，以及输出功率大小。蓄电池为12V的多种蓄电池，例如，STD、AGM、EFB、GEL等蓄电池。

如附图2所示，是本发明的实施例充电器***部分的控制电路原理图。此部分的控制电路由输入电压检测和采样电路、输入控制电路、+5V电源电路、输入控制后电压检测电路、输出控制电路、输出电压或蓄电池两端电压的检测电路、输出电流检测和采样电路、LED灯状态指示电路和微处理器电路9个子电路组成；其特征在于：充电器***部分的控制电路由微处理器U2（如P07F24，AD型MCU微处理器，上海中基国威电子股份有限公司产品）、+5V输出的集成稳压器U1、P沟道MOSFET管QT1和QT2（RU30L15H，P沟道MOS管芯片）、NPN型三极管Q1和Q2、稳压管Z1和Z2、二极管D1、发光二极管LD1~LD4、电解电容CE1~CE3，电阻R1~R17、电流采样电阻RS1和RS2，电容C1~C4组成；发光二极管，LD1和LD2为红色的，LD3为黄色的，LD4为绿色的，不同颜色的LED用于指示充电器的不同状态；输入N+、N-端分别连接至太阳能***的输出正（+）、负（-）两端；OUT（+）或BAT+、OUT（-）或BAT-端分别连接至蓄电池的正（+）、负（-）两端；N-端连接控制电路的地；N+端连接P沟道MOSFET管QT1的1~3脚、R1、R5、电流采样电阻RS1、稳压管Z2的阴极，R1的另一端连接R2、电容C1、微处理器U2的7脚（ADC1，作为输入电压的检测信号，输入到微处理器U2的A/D转换端），R2、电容C1的另一端连接地；稳压管Z2的阳极连接R5的另一端、R3、P沟道MOSFET管QT1的4脚，R3的另一端连接NPN型三极管Q1的集电极，NPN型三极管Q1的发射极接地，NPN型三极管Q1的基极连接R6，R6的另一端连接微处理器U2的6脚（SRKZ，作为输入控制信号，由微处理器U2进行控制）；电流采样电阻RS1的另一端连接P沟道MOSFET管QT1的5~8脚、D1的阳极，D1的阴极连接电解电容CE1和CE2的正极、+5V输出的集成稳压器U1的输入端，此端的电源电压为+VCC，作为电路的一个工作电源电压使用；电解电容CE1和CE2的负极和+5V输出的集成稳压器U1的GND端连接地；+5V输出的集成稳压器U1的输出端连接电解电容CE3的正极，此输出端输出+5V电压，它作为微处理器部分的工作电源电压使用；电解电容CE3的负极连接地；+5V端对地之间连接电容C2；+VCC端连接R14，R14的另一端连接电容C3、R12和微处理器U2的21脚（ADC4，作为输入控制后电压检测信号，输入到微处理器U2的A/D转换端），电容C3、R12的另一端连接地；+VCC端还连接稳压管Z1的阴极、R17、P沟道MOSFET管QT2的1~3脚，稳压管Z1的阳极连接R11、R17的另一端、P沟道MOSFET管QT2的4脚，R11的另一端连接NPN型三极管Q2的集电极，NPN型三极管Q2的发射极接地，NPN型三极管Q2的基极连接R15，R15的另一端连接微处理器U2的17脚（SCKZ，作为输出控制信号，由微处理器U2进行控制）；P沟道MOSFET管QT2的5~8脚连接OUT（+）或BAT+端，此端还连接R16，R16的另一端连接电容C4、R13和微处理器U2的22脚（ADC2，作为输出电压检测信号，输入到微处理器U2的A/D转换端），电容C4、R13的另一端接地；OUT（-）或BAT-端连接R4、电流采样电阻RS2，电流采样电阻RS2的另一端接地，R4的另一端连接微处理器U2的9脚（ADC3，作为输出电流检测信号，输入到微处理器U2的A/D转换端）；微处理器U2的5脚接+5V，微处理器U2的20脚接地，微处理器U2的12脚LED1端连接R8，R8的另一端连接LD1的阳极，LD1的阴极接地；微处理器U2的14脚LED2端连接R9，R9的另一端连接LD2的阳极，LD2的阴极接地；微处理器U2的15脚LED3端连接R10，R10的另一端连接LD3的阳极，LD3的阴极接地；微处理器U2的13脚LED4端连接R7，R7的另一端连接LD4的阳极，LD4的阴极接地。

充电器部分主要控制电路的工作原理说明如下：

1）输入电压检测和采样电路。该部分电路包括R1、R2、电容C1，其输入端连接在N+、N-端，通过R1和R2的分压电路，获得ADC1输入电压检测信号，该信号通过电容C1滤波后输入至微处理器电路的7脚。微处理器电路通过对该信号的A/D采样和转换处理，即可获得代表输入电压大小的数字信号。通过对该信号的检测和大小判断即可获知充电器是否连接了太阳能供电***，以及太阳能供电的功率或电能强弱，从而使得微处理器按照编制控制软件的控制逻辑对输入电压检测和采样电路进行控制。

2）输入控制电路。该部分电路包括R3、R5、R6、NPN型三极管Q1、稳压管Z2、P沟道MOSFET管QT1和电流采样电阻RS1。通过微处理器电路的6脚输出SRKZ信号，去控制NPN型三极管Q1的工作状态，进而去控制P沟道MOSFET管QT1的工作状态，实现对充电器输入端的控制。当P沟道MOSFET管QT1导通时，可通过后级的D1，以及滤波电容电解电容CE1和CE2获得+VCC电源电压。

3）+5V电源电路。该部分电路包括+5V输出的集成稳压器U1和电解电容CE3。+5V输出的集成稳压器U1的输入电源电压是+VCC，通过+5V输出的集成稳压器U1的稳压，在+5V输出的集成稳压器U1的输出端和电解电容CE3的两端获得+5V电源电压。此+5V电源作为微处理器电路的工作电压，使微处理器工作。

4）输入控制后电压检测电路。该部分电路包括R12、R14、电容C3。+VCC电源经过R14和R12的分压电路，获得ADC4输入控制后电压检测信号，该信号通过电容C3滤波后输入至微处理器电路的21脚。微处理器电路通过对该信号的A/D采样和转换处理，即可获得代表输入控制后电压大小的数字信号。通过对该信号的检测和大小判断即可获知+VCC电源电压的高低，从而使得微处理器按照编制控制软件的控制逻辑对输入控制后电压检测电路进行控制。

5）输出控制电路。该部分电路包括R11、R15、R17、NPN型三极管Q2、稳压管Z1、P沟道MOSFET管QT2。P沟道MOSFET管QT2的输出端连接至OUT（+）或BAT+，也就是蓄电池的正极性端。通过微处理器电路的17脚输出SCKZ信号，去控制NPN型三极管Q2的工作状态，进而去控制P沟道MOSFET管QT2的工作状态，实现对充电器输出端的控制。当P沟道MOSFET管QT2导通时，可实现后级输出连接的蓄电池电压和充电电流的控制。

6）输出电压或蓄电池两端电压的检测电路。当充电器的输出端连接有蓄电池时，也是蓄电池两端的电压检测电路。该部分电路包括R16、R13、电容C4。该电路的输入端连接至OUT（+）或BAT+。也就是可采样充电器的输出电压或蓄电池两端电压，经过R16和R13的分压电路，获得ADC2输出电压或蓄电池两端电压的检测信号，该信号通过电容C4滤波后输入至微处理器电路的22脚。微处理器电路通过对该信号的A/D采样和转换处理，即可获得代表输出电压或蓄电池两端电压大小的数字信号。通过对该信号的检测和大小判断即可获知该电压信号的高低，从而使得微处理器按照编制控制软件的控制逻辑对输出控制电路进行控制。

7）输出电流检测和采样电路。该部分电路包括R4和电流采样电阻RS2，电流采样电阻RS2是电流采样电阻，它串联在充电器的输出回路中，通过检测电流采样电阻RS2的电压，可获得流过电流采样电阻RS2的电流大小信号。采样信号经过R4获得ADC3输出电流检测信号，该信号输入至微处理器电路的9脚。微处理器电路通过对该信号的A/D采样和转换处理，即可获得代表输出电流或充电电流大小的数字信号。通过对该信号的检测和大小判断即可获知该电流信号的高低，从而使得微处理器按照编制控制软件的控制逻辑对输出电流检测和采样电路进行控制。

8）LED灯状态指示电路。该部分电路包括R7、R8、R9和R10，以及LED的LD1、LD2、LD3和LD4，其对应LD的控制信号LED1、LED2、LED3和LED4分别来自微处理器电路的12脚、14脚、15脚、13脚。微处理器电路通过对这些控制信号的输出控制，即可实现对各个LED灯的状态控制。例如，指示灯的点亮或闪烁控制。

9）微处理器电路。该部分电路包括微处理器U2。控制软件通过烧写器写入微处理器中，在控制电路的作用下，微处理器按照编制的控制软件对控制电路的各电路进行控制。最终实现充电器的输入、输出控制，以及指示灯的状态控制。

利用本发明装置的硬件电路和控制***（包括***的控制软件），可实现对额定电压为12V的蓄电池进行充电自动控制，并用四个LED指示灯进行状态指示；实现多种工作模式，包括电池监控、充电、常规维护检测模式，而充电模式包括深度充电、大电流充电和优化的充电、维持充电、脉冲充电、连续电流充电、多段式的充电模式，且可根据不同的检测状态，进行相应的自动转换控制，并采用指示灯进行状态指示；实现充电器的输入和输出异常，以及输出端短路和极性接反时的自动保护，并进行相应的LED指示。

对于电池监控模式，没有连接太阳能供电***，但充电器连接了蓄电池，或者，充电器连接了太阳能供电***和蓄电池，通过监控模式，并采用三个LED指示灯，即LD2、LD3和LD4，来指示5种可能的蓄电池（充电）状态。蓄电池（充电）状态与充电器检测到的蓄电池两端的电压成正比。当然，环境温度会影响蓄电池的电压，如果环境温度低于15℃，其结果会受到较大的影响。当蓄电池冷却到室温，并且至少6小时或更长的时间没有被充电，则检测的准确性会高一些。不同类型的蓄电池，其电压和电量百分比参数受影响的程度可能有略微的不同。通过指示灯的显示状态，来表征检测的结果。例如，当检测到的电压在12.7V以上时，绿色的LD4双闪进行指示；当检测到的电池电压在12.5~12.7V之间时，绿色的LD4单闪进行指示；当检测到的电池电压在12.3~12.5V之间时，黄色LD3点亮进行指示；当检测到的电池电压在12.1~12.3V之间时，红色LD2和黄色LD3点亮进行指示；当检测到的电池电压小于12.1V时，红色LD2点亮进行指示。

对于充电模式，当太阳能供电***与充电器连接，但没有连接蓄电池时，如果太阳能供电***能够供电，那么，LD1指示灯将点亮；当太阳能供电***与充电器连接，并且蓄电池也与充电器进行连接时，如果充电器能对蓄电池进行充电，那么LD1指示灯会闪烁。闪烁的速度取决于充电电流的大小，闪烁的快则表示充电电流大；闪烁的慢则表示充电电流小（这种情况往往与天气呈现多云状况或蓄电池不能接受大电流充电有关）。

当LD1闪烁时，通过LD2、LD3或LD4的状态来表示充电的控制模式。例如， 红色LD2指示灯点亮时，表示深度充电模式。对深度放电或硫酸盐化的蓄电池，或者检测到所连接的蓄电池的电压小于12.3V时，采用这种充电模式。最长时间为2小时；黄色LD3指示灯点亮时，表示大电流充电模式和优化的充电模式。采用大电流充电模式时，可使充电电流最大，直到蓄电池的电压达到14.4V或充满状态。采用优化的充电模式时，充电的时间至少为10分钟。如果蓄电池需要被进一步地充电，则充电可以继续进行。充电时间受太阳强度和蓄电池容量的影响；绿色LD4指示灯点亮时，表示维持充电模式。采用维持充电模式时，主要是采用小电流充电并使蓄电池的电压维持在最大13.6V。而上述时间是由相应的计时变量和计时程序部分等控制的。涉及到控制软件的问题，这里就不展开去说明如何控制的了。

控制***可以监测充电器的输入和输出连接状态，并根据是否连接了输入、输出，以及所连接的供电或蓄电池的状态，对有关的标志、指示灯的显示状态等进行相应地控制处理。当太阳能供电***开始提供电能时，充电器能够自动检测，并根据供电和蓄电池的情况，自主决定采取那种合适的充电模式进行充电控制。这也就是所谓的常规维护检测控制。

绿色LD4指示灯点亮时，表示维持充电模式。采用维持充电模式时，主要是采用小电流充电并使蓄电池的电压维持在最大13.6V，使蓄电池处于充满状态的，绿色LD4将立即点亮并与LD1（闪烁）一起进行指示。对于蓄电池的充电，如果电池需要进一步的充电，LD2或LD3将与LD1一起被点亮（LD1也可能闪烁）。当太阳能***停止供电时（例如，晚上，太阳已经落山，或云层挡住了太阳），太阳能充电器就会转换到电池监控模式，并将每3秒显示一次检测到的电池状况。对于脉冲充电模式，可用于蓄电池的修复和太阳能供电不足时的使用。例如，当太阳能***的输出功率较低（弱太阳/云雾高罩）时，该模式提供有效的脉冲电流进行充电。例如，每2秒可提供几安培的电流脉冲。脉冲充电方式是比较有效的一种充电方式。对于连续电流充电模式，是相对于脉冲充电模式而言的。主要用于供电状态良好的情况。例如，当从太阳能供电***接收到的功率足够时，充电器以此充电模式（LD3灯会点亮），向蓄电池提供连续的充电电流。此外，太阳能充电器可自动在脉冲电流和连续电流充电之间转换，以总是提供最有效和最快的充电方式来进行充电。所选择的充电方法取决于蓄电池的状况和太阳能电池板的功率。不同的供电和蓄电池状态，不同的时间段，充电的方式可能是不同的。这也是本充电器中多段式的充电模式名称的由来。

本充电器具有自动安全保护功能。如控制电路检测短路、极性接反现象，输入和输出异常情况，控制***将实现保护，并进行相应的控制和状态指示。例如，

1）如果输出电压小于7.5V，输入电压大于14.9V，则四个LD指示灯闪烁，每1秒闪一次，同时，***可按照输出开25ms、关2秒的脉冲方式或脉冲电流工作模式进行充电控制。输入电压大于14.9V，表明本充电器的输入供电电源是正常的，但对于额定电压12V的蓄电池，如果检测到其电压小于7.5V，可视为一种异常的情况。在这种情况下，本充电器控制***，将采用脉冲充电模式对蓄电池进行异常和修复处理。通过脉冲充电，如果能够将蓄电池的电压提升到较高的水平，则说明蓄电池是正常的，反之，则把蓄电池视为异常。这需要用户进行处理。

2）如果输入电压小于14.9V，输出电压大于6V，则LD2指示灯闪烁，每3秒闪一次，其它三个LD指示灯（LD1、LD3和LD4）则关闭。输入电压小于14.9V，表明本充电器的输入供电电源是不正常的。在这种情况下，控制***，将采用LD2指示灯闪烁，每3秒闪一次的方式，提示用户注意供电电源异常。

3）如果输出电压小于6V，包括充电器所连接的两根充电线出现短路现象（有此现象时，***检测到的输出电压是非常低的，远小于6V），则关闭四个LD指示灯（LD1、LD2、LD3和LD4）。并将关输入和输出。对于额定电压12V的蓄电池，如果检测到其电压小于6V，包括输出短路，可以说充电是异常的，此时，控制***判断为没有充电，并进行保护控制。在这种情况下，本充电器控制***，将采用关闭全部指示灯的方式，提示用户注意此种异常情况。此外，如果出现极性接反的现象，也就是用户把充电器的正、负极输出线分别连接到蓄电池的负、正极，这种情况，控制***检测到的输出电压，也是属于小于6V的范畴，因此，本控制***仍然将进行上述相关的保护控制和显示。

与现有技术相比较，本发明提供的充电器***不需要使用来自电网的电能，由太阳能***提供供电，在一些缺电的场合，能够使用这种充电器来对12V蓄电池进行充电。绿色环保。

本发明设计的充电器***的额定输出电压和电流，以及输出功率大小取决于太阳能***的供电能力，即太阳能***所能提供的输出电压和电流，以及输出功率大小。充电器***的类型采用电子控制的电路，不采用传统型的充电器电路，因而，可使太阳能发电的充电器***具有较好的性能。例如，充电器***部分，体积小，重量轻，节材，节能性能好，可实现多种充电模式和多段式的充电控制等。这就使得本发明的充电器成为了一种新型的充电器，使充电器的产品类型得到了扩充，并能够满足一些用户的实际使用需求。

本发明设计的充电器***，可实现可靠的输入、输出异常，以及输出短路和极性接反保护控制。本发明的太阳能供电蓄电池充电***设计有自己的独特之处。本发明专利申请保护的内容就在于保护充电器的电路设计。

以上是本发明电路及其工作原理的简要控制过程说明。由于本发明已给出了详细的电路原理图，因此，对于有电路阅读能力（或具备相关电路知识）的人来说，是完全可以读懂的。电路图也是一种无声的语言。但对于没有电路阅读能力（或不具备相关电路知识）的人来说，即使解释的再多，他们也是难以理解的。鉴于篇幅的关系，本专利说明书只能阐述主要的部分，以使专利说明书阅读人能够更好地理解相关的工作原理和过程。

以上内容是结合具体的充电器控制电路及其功能对本发明所作的详细说明，不能认定本发明的具体实施只限于这些说明。对本发明所述技术领域的其他技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干其它的推演和变换，这些都应该视为属于本发明保护的范畴。

Claims (10)

1.一种基于太阳能发电的蓄电池充电装置，其特征在于：该装置包括太阳能***、充电器***和蓄电池；太阳能***的输出正、负端分别连接至充电器***的输入正、负端；充电器***的输出正、负端分别连接至蓄电池的正、负端；

充电器***的控制电路包括微处理器U2、+5V输出的集成稳压器U1、P沟道MOSFET管QT1和QT2、NPN型三极管Q1和Q2、稳压管Z1和Z2、二极管D1、发光二极管LD1~LD4、电解电容CE1~CE3，电阻R1~R17、电流采样电阻RS1和RS2，电容C1~C4；控制电路输入N+、N-端分别连接至太阳能***的输出正、负两端； 控制电路输出BAT+、BAT-端分别连接至蓄电池的正、负两端；N-端连接控制电路的地；N+端连接P沟道MOSFET管QT1的1~3脚、电阻R1、电阻R5、电流采样电阻RS1、稳压管Z2的阴极，电阻R1的另一端连接电阻R2、电容C1、微处理器U2的7脚，电阻R2、电容C1的另一端连接地；稳压管Z2的阳极连接电阻R5的另一端、电阻R3、P沟道MOSFET管QT1的4脚，电阻R3的另一端连接NPN型三极管Q1的集电极，NPN型三极管Q1的发射极接地，NPN型三极管Q1的基极连接电阻R6，电阻R6的另一端连接微处理器U2的6脚；电流采样电阻RS1的另一端连接P沟道MOSFET管QT1的5~8脚、D1的阳极，D1的阴极连接电解电容CE1和CE2的正极、+5V输出的集成稳压器U1的输入端，此端的电源电压为+VCC；电解电容CE1和CE2的负极和+5V输出的集成稳压器U1的GND端连接地；+5V输出的集成稳压器U1的输出端连接电解电容CE3的正极，此输出端输出+5V电压；电解电容CE3的负极连接地；+5V端对地之间连接电容C2；+VCC端连接电阻R14，电阻R14的另一端连接电容C3、电阻R12和微处理器U2的21脚，电容C3、电阻R12的另一端连接地；+VCC端还连接稳压管Z1的阴极、电阻R17、P沟道MOSFET管QT2的1~3脚，稳压管Z1的阳极连接电阻R11、电阻R17的另一端、P沟道MOSFET管QT2的4脚，电阻R11的另一端连接NPN型三极管Q2的集电极，NPN型三极管Q2的发射极接地，NPN型三极管Q2的基极连接电阻R15，电阻R15的另一端连接微处理器U2的17脚；P沟道MOSFET管QT2的5~8脚连接BAT+端，此端还连接电阻R16，电阻R16的另一端连接电容C4、电阻R13和微处理器U2的22脚，电容C4、电阻R13的另一端接地； BAT-端连接电阻R4、电流采样电阻RS2，电流采样电阻RS2的另一端接地，电阻R4的另一端连接微处理器U2的9脚；微处理器U2的5脚接+5V，微处理器U2的20脚接地，微处理器U2的12脚LED1端连接电阻R8，电阻R8的另一端连接发光二极管LD1的阳极，发光二极管LD1的阴极接地；微处理器U2的14脚LED2端连接电阻R9，电阻R9的另一端连接发光二极管LD2的阳极，发光二极管LD2的阴极接地；微处理器U2的15脚LED3端连接电阻R10，电阻R10的另一端连接发光二极管LD3的阳极，发光二极管LD3的阴极接地；微处理器U2的13脚LED4端连接电阻R7，电阻R7的另一端连接发光二极管LD4的阳极，发光二极管LD4的阴极接地。

2.如权利要求1所述的一种基于太阳能发电的蓄电池充电装置，其特征在于：所述的控制电路包括输入电压检测和采样电路、输入控制电路、+5V电源电路、输入控制后电压检测电路、输出控制电路、输出电压或蓄电池两端电压的检测电路、输出电流检测和采样电路、LED灯状态指示电路和微处理器电路；所述的微处理器电路包括微处理器U2，控制软件通过烧写器写入微处理器中，在控制电路的作用下，微处理器按照编制的控制软件控制电路的各电路进行控制，最终实现充电器的输入、输出控制，以及指示灯的状态控制。

3.如权利要求2所述的一种基于太阳能发电的蓄电池充电装置，其特征在于：所述的输入电压检测和采样电路包括电阻R1、电阻R2、电容C1，其输入端连接在N+、N-端，通过电阻R1和电阻R2的分压电路，获得ADC1输入电压检测信号，该信号通过电容C1滤波后输入至微处理器电路的7脚；微处理器电路通过对该信号的A/D采样和转换处理，即可获得代表输入电压大小的数字信号；通过对该信号的检测和大小判断即可获知充电器是否连接了太阳能供电***，以及太阳能供电的功率或电能强弱，从而使得微处理器按照编制控制软件的控制逻辑对输入电压检测和采样电路进行控制。

4.如权利要求2所述的一种基于太阳能发电的蓄电池充电装置，其特征在于：所述的输入控制电路包括电阻R3、电阻R5、电阻R6、NPN型三极管Q1、稳压管Z2、P沟道MOSFET管QT1和电流采样电阻RS1；通过微处理器电路的6脚输出SRKZ信号，去控制NPN型三极管Q1的工作状态，进而去控制P沟道MOSFET管QT1的工作状态，实现对充电器输入端的控制；当P沟道MOSFET管QT1导通时，可通过后级的D1，以及滤波电容电解电容CE1和CE2获得+VCC电源电压。

5.如权利要求2所述的一种基于太阳能发电的蓄电池充电装置，其特征在于：所述的+5V电源电路包括+5V输出的集成稳压器U1和电解电容CE3；+5V输出的集成稳压器U1的输入电源电压是+VCC，通过+5V输出的集成稳压器U1的稳压，在+5V输出的集成稳压器U1的输出端和电解电容CE3的两端获得+5V电源电压，此+5V电源作为微处理器电路的工作电压，使微处理器工作。

6.如权利要求2所述的一种基于太阳能发电的蓄电池充电装置，其特征在于：所述的输入控制后电压检测电路包括电阻R12、电阻R14、电容C3；+VCC电源经过电阻R14和电阻R12的分压电路，获得ADC4输入控制后电压检测信号，该信号通过电容C3滤波后输入至微处理器电路的21脚；微处理器电路通过对该信号的A/D采样和转换处理，即可获得代表输入控制后电压大小的数字信号；通过对该信号的检测和大小判断即可获知+VCC电源电压的高低，从而使得微处理器按照编制控制软件的控制逻辑对输入控制后电压检测电路进行控制。

7.如权利要求2所述的一种基于太阳能发电的蓄电池充电装置，其特征在于：所述的输出控制电路包括电阻R11、电阻R15、电阻R17、NPN型三极管Q2、稳压管Z1和P沟道MOSFET管QT2；P沟道MOSFET管QT2的输出端连接至BAT+，也就是蓄电池的正极性端；通过微处理器电路的17脚输出SCKZ信号，去控制NPN型三极管Q2的工作状态，进而去控制P沟道MOSFET管QT2的工作状态，实现对充电器输出端的控制；当P沟道MOSFET管QT2导通时，可实现后级输出连接的蓄电池电压和充电电流的控制。

8.如权利要求2所述的一种基于太阳能发电的蓄电池充电装置，其特征在于：所述的输出电压或蓄电池两端电压的检测电路包括电阻R16、电阻R13、电容C4；该电路的输入端连接至BAT+；也就是可采样充电器的输出电压或蓄电池两端电压，经过电阻R16和电阻R13的分压电路，获得ADC2输出电压或蓄电池两端电压的检测信号，该信号通过电容C4滤波后输入至微处理器电路的22脚；微处理器电路通过对该信号的A/D采样和转换处理，即可获得代表输出电压或蓄电池两端电压大小的数字信号；通过对该信号的检测和大小判断即可获知该电压信号的高低，从而使得微处理器按照编制控制软件的控制逻辑对输出电压或蓄电池两端电压的检测电路进行控制。

9.如权利要求2所述的一种基于太阳能发电的蓄电池充电装置，其特征在于：所述的输出电流检测和采样电路包括电阻R4和电流采样电阻RS2，电流采样电阻串联在充电器的输出回路中，通过检测电流采样电阻RS2的电压，可获得流过电流采样电阻RS2的电流大小信号；采样信号经过电阻R4获得ADC3输出电流检测信号，该信号输入至微处理器电路的9脚；微处理器电路通过对该信号的A/D采样和转换处理，即可获得代表输出电流或充电电流大小的数字信号；通过对该信号的检测和大小判断即可获知该电流信号的高低，从而使得微处理器按照编制控制软件的控制逻辑对输出电流检测和采样电路进行控制。

10.如权利要求2所述的一种基于太阳能发电的蓄电池充电装置，其特征在于：所述的LED灯状态指示电路包括电阻R7、R8、R9和R10以及发光二极管LED的LD1、LD2、LD3和管LD4，其对应LD的控制信号LED1、LED2、LED3和LED4分别来自微处理器电路的12脚、14脚、15脚、13脚，微处理器电路通过对这些控制信号的输出控制，即可实现对各个LED灯的状态控制。