一种太阳能LED屏智能化充放电控制系统的制作方法

一种太阳能led屏智能化充放电控制系统
技术领域
1.本实用新型涉及蓄电池充放电控制技术领域，具体涉及一种太阳能led屏智能化充放电控制系统。


背景技术：

2.光伏发电作为一种重要的分布式电源技术得到了快速发展，独立或并网光伏电站的建设数量和容量不断增加。光伏发电系统一般由太阳能电池、蓄电池、控制器及用电负载等部件构成。太阳能电池吸收日照辐射能量，将太阳光能转化成为电能，为系统提供电源。目前，大部分光伏系统的充电多采用单组蓄电池恒压充电控制，这种控制电路结构简单，价格低廉，国内外应用广泛，但是长时间充电会造成蓄电池板极化，导致蓄电池能量损耗严重、寿命缩短，有的仅一二年就报废。常规的led控制器由于没有考虑蓄电池电压大幅变化导致led电流波动，易造成led过流，使其工作寿命缩短；而常规的恒流控制器也因为一直对负载led进行稳压恒流控制，当蓄电池电压较低时其容量损耗的很快，也导致其使用寿命缩短。


技术实现要素：

3.针对上述背景技术中的不足，本实用新型提出一种太阳能led屏智能化充放电控制系统，采用“1 1”并联蓄电池组取代同容量单组蓄电池，并利用智能化充电互补控制电路对蓄电池组进行轮流充电，解决了蓄电池因持续恒压充放电导致其寿命缩短以及led屏系统中单组电池因长时间放电产生的电池板极化、能量损耗问题。
4.为解决上述技术问题，本实用新型采用以下技术方案：一种太阳能led屏智能化充放电控制系统，包括太阳能电池板、led显示屏和至少两组蓄电池，两组蓄电池分别为第一蓄电池和第二蓄电池，第一蓄电池和第二蓄电池并联连接；且第一蓄电池和第二蓄电池均通过充电控制开关与太阳能电池板相连接，第一蓄电池和第二蓄电池并均通过放电控制开关与led显示屏相连接；所述充电控制开关和放电控制开关均与控制模块相连接。
5.所述充电控制开关包括第一控制开关和第二控制开关，第一控制开关分别与太阳能电池板、第一蓄电池和控制模块相连接，第二控制开关分别与太阳能电池板、第二蓄电池和控制模块相连接；放电控制开关包括第三控制开关和第四控制开关，第三控制开关分别与led显示屏、第一蓄电池和控制模块相连接，第四控制开关分别与led显示屏、第二蓄电池和控制模块相连接。
6.所述第一控制开关为第一mos管，第一mos管的源极通过第一二极管与太阳能电池板相连接，第一mos管的漏极与第一蓄电池的负极相连接，第一mos管的栅极与控制模块相连接。
7.所述第二控制开关为第二mos管，第二mos管的源极通过第四二极管与太阳能电池板相连接，第二mos管的漏极与第二蓄电池的负极相连接，第二mos管的栅极与控制模块相连接。
8.所述第三控制开关为第三mos管，第三mos管的源极与第一蓄电池的负极相连接，第三mos管的漏极与led显示屏相连接，第三mos管的栅极与控制模块相连接。
9.所述第四控制开关为第四mos管，第四mos管的源极与第二蓄电池的负极相连接，第四mos管的漏极与led显示屏相连接，第四mos管的栅极与控制模块相连接。
10.所述第一mos管和第一二极管之间串联连接有第一电压检测模块，第二mos管和第四二极管之间串联连接有第二电压检测模块，第三mos管和led显示屏之间串联连接有第三电压检测模块，第四mos管和和led显示屏之间串联连接有第四电压检测模块。
11.第一mos管的栅极和控制模块之间串联连接有第一继电器，第一继电器的常开触点串联连接在第一二极管和太阳能电池板之间；第二mos管的栅极和控制模块之间串联连接有第二继电器，第二继电器的常开触点串联连接在第四二极管和太阳能电池板之间；第三mos管的栅极和控制模块之间串联连接有第三继电器，第三继电器的常开触点串联连接在第三电压检测模块和led显示屏之间；第四mos管的栅极和控制模块之间串联连接有第四继电器，第四继电器的常开触点串联连接在第四电压检测模块和led显示屏之间。
12.第一mos管的源极和漏极之间并联连接有第二二极管，第二二极管的两端分别与第一电压检测模块和第一蓄电池相连接；第二mos管的源极和漏极之间并联连接有第五二极管，第五二极管的两端分别与第二电压检测模块和第二蓄电池相连接；第三mos管的源极和漏极之间并联连接有第三二极管，第三二极管的两端分别与第三电压检测模块和第一蓄电池相连接；第四mos管的源极和漏极之间并联连接有第六二极管，第六二极管的两端分别与第四电压检测模块和第二蓄电池相连接。
13.本实用新型采用“1 1”并联蓄电池组取代同容量单组蓄电池，并利用智能化充电互补控制电路检测蓄电池端电压的工作状态来自动关闭和开启，对蓄电池采用恒压脉冲方式进行轮流充电，既消除了蓄电池因持续恒压充放电导致的蓄电池寿命短的问题，还消除了led屏系统中单组电池因长时间放电产生的电池板极化、能量损耗等问题；提高太阳电池方阵的最大利用率，提高光伏系统设备的可靠性和稳定性，同时还能减小能量损耗，延长蓄电池寿命，降低光伏系统成本。
附图说明
14.为了更清楚地说明本实用新型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实用新型的一些实施例，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。
15.图1为本实用新型的控制原理图；
16.图2为本实用新型的电路设计图；
17.图3为本实用新型蓄电池荷电状态的变化情况。
具体实施方式
18.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下
所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
19.本实用新型提供了一种太阳能led屏智能化充放电控制系统，包括太阳能电池板、led显示屏和至少两组蓄电池，两组蓄电池分别为第一蓄电池bat1和第二蓄电池bat2，第一蓄电池bat1和第二蓄电池bat2并联连接。具体为第一蓄电池bat1和第二蓄电池bat2的正极均与led显示屏相连接且均接地，第一蓄电池bat1和第二蓄电池bat2均通过充电控制开关与太阳能电池板相连接，第一蓄电池bat1和第二蓄电池bat2并均通过放电控制开关与led显示屏相连接，即实现充电控制开关导通时，太阳能电池板对蓄电池进行充电，放电控制开关导通时，蓄电池对led显示屏放电。所述充电控制开关和放电控制开关均与控制模块相连接，且控制模块接地。本实施例中对常规的恒流控制模块进行了优化，以实现在蓄电池电压足够时能够对负载led显示屏的恒流控制，当蓄电池电压较低时实现非恒流控制。
20.具体控制原理框图如图1所示，被控对象mosfet管对应充电控制开关或放电控制开关，根据蓄电池电压ui的大小，按照图1中u'—k1曲线适当地调节积分系数k1，来合理设置输出占空比y即可改变负载led两端的电压u0，使其与给定值u'相等，以达到预期效果。即当蓄电池电压ui较低时，应对负载实现非恒流控制。通过按照图1所示曲线规律将积分系数k1逐渐衰减至0，即可较好地实现从无差控制到有差控制的顺利过渡，实现对负载的非恒流控制。
21.所述充电控制开关包括第一控制开关和第二控制开关，第一控制开关分别与太阳能电池板、第一蓄电池bat1和控制模块相连接，第二控制开关分别与太阳能电池板、第二蓄电池bat2和控制模块相连接。控制模块通过控制第一控制开关或第二控制开关导通，可实现太阳能电池板对第一蓄电池bat1或第二蓄电池bat2进行充电。放电控制开关包括第三控制开关和第四控制开关，第三控制开关分别与led显示屏、第一蓄电池bat1和控制模块相连接，第四控制开关分别与led显示屏、第二蓄电池bat2和控制模块相连接。同样，控制模块通过控制第三控制开关或第四控制开关导通，可实现第一蓄电池bat1或第二蓄电池bat2对led显示屏放电。
22.如图2所示，所述第一控制开关为第一mos管t1，第一mos管t1的源极通过第一二极管d1与太阳能电池板相连接，第一二极管d1的正极连接第一mos管t1的源极，第一二极管d1的负极连接太阳能电池板。第一mos管t1的漏极与第一蓄电池bat1的负极相连接，第一mos管t1的栅极与控制模块相连接。第三控制开关为第三mos管t3，第三mos管t3的源极与第一蓄电池bat1的负极相连接，第三mos管t3的漏极与led显示屏相连接，第三mos管t3的栅极与控制模块相连接。此结构实现当第一mos管t1导通、第三mos管t3关断时，太阳能电池板对第一蓄电池bat1充电；当第一mos管t1关断、第三mos管t3导通时，第一蓄电池bat1对led显示屏放电。所述第二控制开关为第二mos管t2，第二mos管t2的源极通过第四二极管d4与太阳能电池板相连接，第四二极管d4的正极连接第二mos管t2的源极，第四二极管d4的负极连接太阳能电池板。第二mos管t2的漏极与第二蓄电池bat2的负极相连接，第二mos管t2的栅极与控制模块相连接；第四控制开关为第四mos管t4，第四mos管t4的源极与第二蓄电池bat2的负极相连接，第四mos管t4的漏极与led显示屏相连接，第四mos管t4的栅极与控制模块相连接。此结构实现当第二mos管t2导通、第四mos管t4关断时，太阳能电池板对第二蓄电池bat2充电；当第二mos管t2关断、第四mos管t4导通时，第二蓄电池bat2对led显示屏放电。对应的充放电工作循环如表1所示：
[0023][0024]
由此可知，在一个充放电周期中，如此控制形成一组蓄电池充电时由另一组蓄电池放电，而一组蓄电池放电时另一组蓄电池充电的互补控制系统，并利用pwm技术通过对负载稳压来实现对led显示屏的恒流控制。如果连续阴雨天，控制模块检测蓄电池欠压，为了保证负载设备不间断供电，同时避免蓄电池过放电损坏，则控制模块将控制太阳能电池只对其中一组蓄电池进行充电，可以尽快提升单组蓄电池电压，保证负载输出供电。本实施例中，控制模块采用pic16f716型号的单片机，pic16f716 单片机采用 microchip公司生产的pic16f71 单片机作为核心控制器件。通过对并联设置的第一蓄电池bat1和第二蓄电池bat2的端电压、 环境温度等参数的检测判断，控制电子开关tl、t2、t3、 t4的开通和关断，达到各种控制和保护的功能，从而使设备控制系统更加智能化、集成化，使系统损耗减少、效率提高、设备体积减小、可靠性和稳定性更佳。
[0025]
进一步地，所述第一mos管t1和第一二极管d1之间串联连接有第一电压检测模块，第二mos管t2和第四二极管d4之间串联连接有第二电压检测模块，第三mos管t3和led显示屏之间串联连接有第三电压检测模块，第四mos管t4和和led显示屏之间串联连接有第四电压检测模块。本实施例中，第一电压检测模块、第二电压检测模块、第三电压检测模块和第四电压检测模块均可采用stm32f103zet6型号的单片机，单片机ⅰ是检测第一蓄电池bat1的端电压，到了浮充电压时，则由恒流充电到浮充阶段。单片机ⅱ是检测第二蓄电池bat2的端电压，到了浮充电压时，则由恒流充电到浮充阶段。单片机ⅲ是检测第一蓄电池bat1的端电压，到了恢复电压时，则由恒流充电到涓流放电。单片机ⅳ是检测第二蓄电池bat2的端电压，到了恢复电压时，则由恒流充电到涓流放电。
[0026]
本实施例中，第一mos管t1的栅极和控制模块之间串联连接有第一继电器km1，第一继电器km1的常开触点k1串联连接在第一二极管d1和太阳能电池板之间。当单片机ⅰ检测到第一蓄电池bat1电压较低时，第一继电器km1通电，常开触点k1闭合，第一mos管t1的栅极输出高电平，第一mos管t1导通，太阳能电池板开始为第一蓄电池bat1充电；充电一段时间后，当单片机ⅰ检测到第一蓄电池bat1电压充足时，控制器将控制第一继电器km1断电，常开触点k1断开，第一mos管t1的栅极输出低电平，第一mos管t1截止，充电结束，以防止蓄电池过充。第一二极管d1起单向充电的作用，防止第一蓄电池bat1反向给太阳能电池板充电。第三mos管t3的栅极和控制模块之间串联连接有第三继电器km3，第三继电器km3的常开触点k3串联连接在第三电压检测模块和led显示屏之间。第三继电器km3得电时，常开触点k3闭合，第三mos管t3的栅极输出高电平，第三mos管t3导通，第一蓄电池bat1对led显示屏放电，
当单片机ⅲ检测到第一蓄电池bat1电压较低时，控制器将控制第三继电器km3断电，常开触点k3断开，第三mos管t3的栅极输出低电平，第三mos管t3截止，第一蓄电池bat1停止放电，以防止蓄电池过放。
[0027]
第二mos管t2的栅极和控制模块之间串联连接有第二继电器km2，第二继电器km2的常开触点k2串联连接在第四二极管d4和太阳能电池板之间。当单片机ⅱ检测到第二蓄电池bat2电压较低时，第二继电器km2通电，常开触点k2闭合，第二mos管t2导通，太阳能电池板开始为第二蓄电池bat2充电；第二蓄电池bat2充满后，第二继电器km2断电，常开触点k2断开，第二mos管t2截止，停止充电。第四二极管d4同样起单向充电的作用，防止第二蓄电池bat2反向给太阳能电池板充电。第四mos管t4的栅极和控制模块之间串联连接有第四继电器km4，第四继电器km4的常开触点k4串联连接在第四电压检测模块和led显示屏之间。第四继电器km4得电时，常开触点k4闭合，第四mos管t4导通，第二蓄电池bat2对led显示屏放电；第四继电器km4断电后，常开触点k4断开，第四mos管t4截止，第二蓄电池bat2停止放电。
[0028]
进一步地，第一mos管t1的源极和漏极之间并联连接有第二二极管d2，第二二极管d2的两端分别与第一电压检测模块和第一蓄电池bat1相连接；第二mos管t2的源极和漏极之间并联连接有第五二极管d5，第五二极管d5的两端分别与第二电压检测模块和第二蓄电池bat2相连接；第三mos管t3的源极和漏极之间并联连接有第三二极管d3，第三二极管d3的两端分别与第三电压检测模块和第一蓄电池bat1相连接；第四mos管t4的源极和漏极之间并联连接有第六二极管d6，第六二极管d6的两端分别与第四电压检测模块和第二蓄电池bat2相连接。此结构中所设置的第二二极管d2、第五二极管d5、第三二极管d3和第六二极管d6均起到稳压作用，防止高压击穿mos管。
[0029]
本实施例中，所设置的led显示屏每组3只led串1只限流电阻(r=1502)，总计80组支路。每组电流限制在20ma，因此led显示屏的工作电流约为1600ma，工作电压为12v。要求该显示屏一天工作 24h，后备电源应具有24h 的供电能力，且按80%的放电率计算，则蓄电池的容量为: q=tb
×
i=24
×
1.6
÷
80%=48ah，式中q为蓄电池容量，tb为蓄电池放电时间，i为led显示屏工作电流。因此本系统应并联两个12v/25ah的铅酸免维护蓄电池。此处选用50a
•
h的蓄电池及两个25a
•
h 的蓄电池，三个蓄电池的初始荷电容量soc均设置为85%，分别采用两种充放电方式进行了10 个充放电循环。为了能准确比较两种控制系统充电容量的大小，实验中所有蓄电池均采用相同的放电条件。图3为蓄电池soc的变化情况，图中曲线i表示采用常规控制系统对50a
•
h蓄电池的放电容量，曲线ii表示采用本系统中的优化控制系统对两个并联的25a
•
h蓄电池的平均放电容量。从图3可以看出本优化控制系统中蓄电池的放电容量得到了很大的提高，由此可知采用该法提高了蓄电池的充电容量，也提高了光伏系统的利用效率。本优化控制系统不断检测蓄负载led两端的电压、电流，实验结果表明，蓄电池电压在12~ 14v范围内波动时，pwm控制器能把led显示屏电压稳定在12v左右，且负载的电流也大致在1200ma~1600ma所规定的范围内变化。
[0030]
本实施例中只需检测两个并联的蓄电池两端电压，实现算法简单，系统运行稳定，最大限度提升了光伏发电的利用效率，缓解了单组蓄电池长时间放电产生的蓄电池板极化现象，提高了蓄电池的转换效率；pwm恒流控制能取得满意的稳压和恒流效果，提高了led寿命和可靠性，节约了光伏系统的成本，减少了人工维护次数，提高了光伏系统设备的可靠性和稳定性。
[0031]
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。