一种基于MPPT的低功耗监测设备太阳能充电装置的制作方法

一种基于mppt的低功耗监测设备太阳能充电装置
技术领域
1.本实用新型涉及太阳能充电技术领域，具体涉及一种基于mppt的低功耗监测设备太阳能充电装置。


背景技术：

2.随着智慧城市建设的不断深入，大量建筑物、地质结构采用传感设备对其安全性、稳定性进行监测，获得监测数据，监测数据使用低功耗监测设备进行传输。一些工程现场不通市电，低功耗监测设备只能以电池进行供电。但出于安全考虑，电池容量受到限制，续航能力不足，因此在监测周期内需要人工更换电池。部分监测点位更换电池需借助作业车进行登高操作，更换成本非常高。而且，电池更换期间无法对结构体进行监测，结构体出现异常无法及时做出预警，增加了监测设备的不可靠性。


技术实现要素：

3.针对现有技术存在的不足，本实用新型提出一种基于mppt的低功耗监测设备太阳能充电装置，以能够对结构体进行持续监测。
4.本实用新型采用的技术方案是一种基于mppt的低功耗监测设备太阳能充电装置。
5.在第一种可实现方式中，一种基于mppt的低功耗监测设备太阳能充电装置，包括：太阳能板、mppt(maximum power point tracking，最大功点跟踪)控制模块、电池模块和升压模块；太阳能板，与mppt控制模块的一端连接；mppt控制模块，另一端连接电池模块的一端；电池模块，另一端连接升压模块的一端；升压模块，另一端连接低功耗监测设备。
6.结合第一种可实现方式，在第二种可实现方式中，mppt控制模块采用cn3791作为充电管理芯片。
7.结合第一种可实现方式，在第三种可实现方式中，电池模块包括：电池保护电路和超级电容；电池保护电路，第一端与mppt控制模块连接，电池保护电路的第二端与升压模块连接；超级电容，与电池保护电路的第三端连接。
8.结合第三种可实现方式，在第四种可实现方式中，超级电容采用额定容量为1500f、额定电压为3.8v的超级电容储能模组，超级电容的最大充电电压为4.2v，最大充放电电流为6a。
9.结合第四种可实现方式，在第五种可实现方式中，超级电容的工作温度为-40℃至 70℃。
10.由上述技术方案可知，本实用新型的有益技术效果如下：电池保护电路能够对过充、过放、过流和短路情况进行电路保护，避免电池出现不可逆的损坏，保证了电池的安全运行。且通过超级电容为电池充电，充电速度块、循环寿命长、能量转换效率高、适用温度范围宽、绿色环保。
11.结合第一种可实现方式，在第六种可实现方式中，升压模块采用tps61088a作为主控芯片，升压模块的输入电压为2.8v-4.5v，升压模块的输出电压为4.5v-12v。
12.由上述技术方案可知，本实用新型的有益技术效果如下：通过太阳能充电、供电，减少了更换电池带来的维护成本，能够实现对结构体的持续监测，避免因电池断电造成监测中断。
附图说明
13.为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
14.图1为本实用新型提供的一种基于mppt的低功耗监测设备太阳能充电装置的结构示意图。
15.附图标记：
16.1-太阳能板，2-mppt(maximum power point tracking，最大功点跟踪)控制模块，3-电池模块，4-升压模块，5-低功耗监测设备，6-电池保护电路，7-超级电容。
具体实施方式
17.下面将结合附图对本实用新型技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本实用新型的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本实用新型的保护范围。
18.需要注意的是，除非另有说明，本技术使用的技术术语或者科学术语应当为本实用新型所属领域技术人员所理解的通常意义。
19.结合图1所示，本实施例提供了一种基于mppt的低功耗监测设备太阳能充电装置，包括：太阳能板1、mppt控制模块2、电池模块3和升压模块4；太阳能板1，与mppt控制模块2的一端连接；mppt控制模块2，另一端连接电池模块3的一端；电池模块3，另一端连接升压模块4的一端；升压模块4，另一端连接低功耗监测设备5。
20.以下对本实施例工作原理进行详细说明：充电过程中，太阳能板将太阳能转换为电能传输至mppt控制模块，通过mppt控制模块将电路传输到电池模块，实现对电能的最大功率输出。外接低功耗监测设备时，电池模块进行放电，放电电流输出到升压模块，升压模块根据低功耗监测设备的电压需求进行升压，并将升压后的电压输出到低功耗监测设备，实现为低功耗监测设备供电。
21.可选地，mppt控制模块采用cn3791作为充电管理芯片，mppt控制模块具有光伏mppt功能。
22.在一些实施例中，mppt控制模块通过定电压跟踪法(cvt)追踪最大功率点。cn3791正常工作过程中，在电池电压低于涓流充电阈值时，充电进入涓流模式。此时充电电流为恒流充电电流的16.5％，充电电压大于设定的mppt电压。在电池的初始电压大于或等于涓流充电阈值，或涓流充电一段时间后，电池电压大于或等于涓流充电阈值时，充电进入恒流充电模式。此时最大充电电流为电池模块限定最大电流，根据电容特性，电池模块的最大电流为2a。在电池电压继续上升至接近恒压充电电压时，充电进入恒压充电模式。这样，避免了电池电压过低导致大电流充电损坏电池。
23.可选地，在充电电流小于或等于恒流充电电流的第一预设阈值的情况下，充电结束；在电池电压小于或等于满电电压的第二预设阈值的情况下，重新开始充电过程。
24.在一些实施例中，当充电电流下降至恒流充电电流的16.5％时，充电结束。当电池电压降低至满电电压95.5％时，重新开始充电过程。
25.结合图1所示，可选地，电池模块3包括：电池保护电路6和超级电容7；电池保护电路6，第一端与mppt控制模块2连接，电池保护电路6的第二端与升压模块4连接；超级电容7，与电池保护电路6的第三端连接。
26.可选地，超级电容采用额定容量为1500f、额定电压为3.8v的超级电容储能模组，超级电容的最大充电电压为4.2v，最大充放电电流为6a。
27.可选地，超级电容的工作温度为-40℃至 70℃。
28.在一些实施例中，mppt控制模块输出充电电流到电池模块的电池保护电路，通过电池保护电路对超级电容进行充电。外接低功耗监测设备时，超级电容进行放电，放电电流通过电池保护电路输出到升压模块，升压模块根据低功耗监测设备的电压需求进行升压，并将升压后的电压输出到低功耗监测设备，实现为低功耗监测设备供电。通过实时侦测太阳能板的发电电压，并追踪最高电压电流值(vi)，以能够以最大功率输出对电池充电，并通过超级电容、电池保护电路和升压模块，实现对低功耗设备的稳定供电，避免了因更换电池带来的成本增加和监测中断。同时，采用超级电容作为电源供电，有效提升了监测设备的稳定性、安全性。
29.在一些实施例中，电池模块通过电池保护电路进行电路保护，避免了过充、过放、过流和短路等情况对电池产生不可逆的损坏，保证了电池的安全运行。通过超级电容为电池充电，充电速度块、循环寿命长、能量转换效率高、适用温度范围宽、绿色环保。
30.可选地，升压模块采用tps61088a作为主控芯片，升压模块的输入电压为2.8v-4.5v，升压模块的输出电压为4.5v-12v。
31.在一些实施例中，升压模块采用tps61088a作为主控芯片，输入电压为2.8v-4.5v，涵盖了电池模块供电范围。升压模块的输出电压为4.5v-12v，符合低功耗监测设备用电需求。
32.可选地，升压模块的输出功率为24w，升压模块的转换效率典型值为90％。
33.可选地，基于mppt的低功耗监测设备太阳能充电装置可同时为多个设备供电。
34.在一些实施例中，在实际工程监测中，单个基于mppt的低功耗监测设备太阳能充电装置仅需50元左右，成本低。单个充电装置还可同时为多个低功耗监测设备供电，避免了频繁更换电池，减少了更换电池的成本。同时，避免了因更换电池造成的监测中断，保证了监测的稳定性和可靠性。
35.在一些实施例中，基于mppt的低功耗监测设备太阳能充电装置可广泛适用于边坡、桥梁、大型建筑物等工程环境中。
36.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求和说明书的范围当中。