專利名稱：具備mppt功能的寬電壓輸入智能光伏充電控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及ー種光伏充電系統(tǒng)，具體的涉及ー種具備MPPT功能的寬電壓輸入智能光伏充電控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
太陽(yáng)能是一種清潔的可再生能源，取之不盡，用之不竭。相關(guān)專家預(yù)測(cè)，2040年全球的光伏發(fā)電量將占世界總發(fā)電量的26%左右，2050年后太陽(yáng)能將成為世界能源的支柱。但目前太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率較低，加上系統(tǒng)電路的損耗，其綜合效率只有11%左右，所以如何提高光伏系統(tǒng)的效率是太陽(yáng)能利用的關(guān)鍵問(wèn)題之一。作為光伏充放電系統(tǒng)中的儲(chǔ)能元件，蓄電池在恒壓或者恒流充電時(shí)容易在極板上生成難于轉(zhuǎn)換為活性物質(zhì)的硫酸鉛結(jié)晶，致使蓄電池導(dǎo)電性不良、電阻大，溶解度和溶解速度小，嚴(yán)重影響其使用壽命。太陽(yáng)能電池板是ー種能夠吸收太陽(yáng)光并將其轉(zhuǎn)換為電能的半導(dǎo)體裝置，根據(jù)其內(nèi)部結(jié)構(gòu)和輸出伏安特性所得到的等效電路如圖I所示，它由ー個(gè)受光強(qiáng)和溫度影響的電流源并聯(lián)ー個(gè)ニ極管再串ー個(gè)電阻組成。太陽(yáng)能電池板的最大功率點(diǎn)受到當(dāng)時(shí)光照強(qiáng)度和電池板工作溫度的影響，不同的光照強(qiáng)度下其最大功率點(diǎn)不同，如圖2所示。圖2中，S表示光照強(qiáng)度，W、V和I分別表示太陽(yáng)能電池板的輸出功率、輸出電壓和電流。由圖2可知，太陽(yáng)電池板始終工作在最大功率點(diǎn)時(shí)，其輸出能量達(dá)到最大。因而，需要相應(yīng)的控制算法能在快速變化的天氣條件下有效跟蹤最大功率點(diǎn)，使得電池板盡可能地工作在最大功率點(diǎn)上，即為MPPT算法。根據(jù)戴維南定理，將太陽(yáng)能電池簡(jiǎn)單等效為ー個(gè)理想的直流電壓源i和ー個(gè)電源電阻r的串聯(lián)，如圖3所示，當(dāng)然該直流電壓源的電壓和串聯(lián)的電阻是變化的。某ー時(shí)刻負(fù)載電阻民所獲得的功率
r~|2
TJP= ^L R(I)
レ+み」式(I )兩邊對(duì)ち求導(dǎo)可得
dP _ U, -Us 一 U》 tt2 T-R1= - H ITTJjn-+ 7 _ \2 =しぶ 7 TTJ(2)
dRi r+Ri (^+ ) 卜+ ) Cr+
dp由式(2)可知當(dāng)D 吋^" = G輸出功率P達(dá)到最大值。
A1 = r UK1由于太陽(yáng)能電池板受到光強(qiáng)、溫度、太陽(yáng)光入射角等影響時(shí)，其輸出電壓、輸出電流和內(nèi)阻不斷變化，因而只有動(dòng)態(tài)改變負(fù)載等效電阻，才能使得太陽(yáng)能電池板的輸出功率達(dá)到最尚
實(shí)用新型內(nèi)容
[0012]為克服現(xiàn)有技術(shù)中光伏充電器轉(zhuǎn)換效率低、蓄電池導(dǎo)電性不良、電阻大，溶解度和溶解速度小及普通光伏充電控制器的其他ー些缺點(diǎn)，本實(shí)用新型利用MPPT算法提高系統(tǒng)的整體光電轉(zhuǎn)換效率，脈沖充電模式可以減緩硫酸化結(jié)晶過(guò)程、修復(fù)受損的蓄電池，有效地延長(zhǎng)其使用壽命。另外，蓄電池表面溫度的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和過(guò)溫自動(dòng)停止充電功能，使得充電過(guò)程始終處于安全狀態(tài)。為實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的 ，達(dá)到上述技術(shù)效果，本實(shí)用新型采用了以下技術(shù)方案一種具備MPPT功能的寬電壓輸入智能光伏充電控制系統(tǒng)，包括太陽(yáng)能電池陣列和蓄電池，所述太陽(yáng)能電池陣列連接有升降壓電路，所述升降壓電路連接具有脈沖充電功能的充電電路，所述充電電路連接所述蓄電池；還包括單片機(jī)控制器，所述單片機(jī)控制器連接所述充電電路，用于控制充電電路進(jìn)行不同功能的充電模式進(jìn)行充電，包括快速充電、脈沖充電、浮充充電及自動(dòng)停止充電，所述充電電路的輸出端通過(guò)電流電壓檢測(cè)電路反饋至所述單片機(jī)控制器，所述單片機(jī)控制器還通過(guò)開關(guān)PWM控制電路連接至所述升降壓電路，所述開關(guān)PWM控制電路通過(guò)調(diào)節(jié)開關(guān)管的脈沖占空比改變負(fù)載部分的等效電阻。進(jìn)ー步的，所述蓄電池還連接有用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)蓄電池表面溫度的溫度傳感器，所述溫度傳感器連接所述單片機(jī)控制電路；所述溫度傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)所述蓄電池的表面溫度，使充電過(guò)程始終處于安全狀態(tài)，當(dāng)其表面溫度超過(guò)45°C時(shí)自動(dòng)停止充電。進(jìn)ー步的，所述單片機(jī)控制電路還連接一用于顯示及報(bào)警的液晶模塊。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有以下優(yōu)點(diǎn)(I)本實(shí)用新型采用MPPT算法，系統(tǒng)光電轉(zhuǎn)換效率高；(2)通過(guò)升降壓電路，實(shí)現(xiàn)寬電壓輸入，可在5V-26V輸入電壓范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)充電功倉(cāng)泛;(3)充電時(shí)具有快速充電、脈沖充電、浮充充電功能，有效延遲蓄電池的使用壽命;(4)當(dāng)蓄電池溫度達(dá)到設(shè)定值時(shí)自動(dòng)關(guān)閉充電，安全充電且保護(hù)蓄電池；(5)經(jīng)反復(fù)測(cè)試，本實(shí)用新型的寬電壓輸入智能光伏充電控制系統(tǒng)工作穩(wěn)定可靠。上述說(shuō)明僅是本實(shí)用新型技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本實(shí)用新型的技術(shù)手段，并可依照說(shuō)明書的內(nèi)容予以實(shí)施，以下以本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例并配合附圖詳細(xì)說(shuō)明如后。

此處所說(shuō)明的附圖用來(lái)提供對(duì)本實(shí)用新型的進(jìn)ー步理解，構(gòu)成本申請(qǐng)的一部分，本實(shí)用新型的示意性實(shí)施例及其說(shuō)明用于解釋本實(shí)用新型，并不構(gòu)成對(duì)本實(shí)用新型的不當(dāng)限定。在附圖中圖I為太陽(yáng)能電池板等效電路圖。圖2為太陽(yáng)能電池板的輸出功率與輸出電壓電流關(guān)系圖。圖3為線性系統(tǒng)電路圖。圖4為本實(shí)用新型的具備MPPT功能的寬電壓輸入智能光伏充電系統(tǒng)的總原理圖。圖5為本實(shí)用新型的具備MPPT功能的寬電壓輸入智能光伏充電系統(tǒng)的升降壓電路原理圖。[0030]圖6為本實(shí)用新型的具備MPPT功能的寬電壓輸入智能光伏充電系統(tǒng)的充電電路
原理圖。圖7為本實(shí)用新型的具備MPPT功能的寬電壓輸入智能光伏充電系統(tǒng)的電壓電流檢測(cè)電路原理圖；其中，圖7 (a)為電壓檢測(cè)電路原理圖；圖7 (b)為電路檢測(cè)電路原理圖。
具體實(shí)施方式
下面將參考附圖并結(jié)合實(shí)施例，來(lái)詳細(xì)說(shuō)明本實(shí)用新型。參見圖4所示，一種具備MPPT功能的寬電壓輸入智能光伏充電控制系統(tǒng)，包括太陽(yáng)能電池陣列8和蓄電池9，所述太陽(yáng)能電池陣列8連接有升降壓電路1，所述升降壓電路I連接具有脈沖充電功能的充電電路2，所述充電電路2連接所述蓄電池9 ;還包括單片機(jī)控制器6，所述單片機(jī)控制器6連接所述充電電路2，用于控制充電電路進(jìn)行不同功能的充電模式進(jìn)行充電，包括快速充電、脈沖充電、浮充充電及自動(dòng)停止充電，所述充電電路2的輸出端通過(guò)電流電壓檢測(cè)電路3反饋至所述單片機(jī)控制器6，所述單片機(jī)控制器6還通過(guò)開關(guān)PWM控制電路4連接至所述升降壓電路I，所述開關(guān)PWM控制電路4通過(guò)調(diào)節(jié)開關(guān)管的脈沖占空比改變負(fù)載部分的等效電阻。進(jìn)ー步的，所述蓄電池9還連接有用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)蓄電池表面溫度的溫度傳感器7，所述溫度傳感器7連接所述單片機(jī)控制電路6 ;所述溫度傳感器6實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)所述蓄電池9的表面溫度，使充電過(guò)程始終處于安全狀態(tài)，當(dāng)其表面溫度超過(guò)45°C時(shí)自動(dòng)停止充電。進(jìn)ー步的，所述單片機(jī)控制電路6還連接一用于顯示及報(bào)警的液晶模塊5，所述液晶模塊5連接所述溫度傳感器7。參見圖5所示，所述升降壓電路I包括主要由升壓穩(wěn)壓器Ul構(gòu)成的升壓穩(wěn)壓器電路101和主要由開關(guān)電壓調(diào)節(jié)器U2構(gòu)成的開關(guān)電壓調(diào)節(jié)電路102，所述升壓穩(wěn)壓器電路101的輸出端連接所述開關(guān)電壓調(diào)節(jié)電路102的輸入端；所述升壓穩(wěn)壓器電路101的輸入端連接有第一穩(wěn)壓管D1，輸出端連接有由發(fā)光二極管D2和電阻串聯(lián)構(gòu)成的發(fā)光支路；所述開關(guān)電壓調(diào)節(jié)電路102的反饋端為一可調(diào)電阻R_adj，所述可調(diào)電阻R_adj的一端通過(guò)電阻接地,另一端通過(guò)電容接地。參見圖6所示，所述充電電路2主要由可調(diào)控輸出開關(guān)模式同步整流器的電流源U3構(gòu)成，所述可調(diào)控輸出開關(guān)模式同步整流器的電流源U3的電流檢測(cè)負(fù)比較器輸入端CS-與正電流檢測(cè)比較器輸入端CS+之間通過(guò)第二開關(guān)J2和第三開關(guān)J3連接有第一電阻Rl，并通過(guò)第四開關(guān)J4和第五開關(guān)J5連接有第二電阻R2，所述第一電阻Rl上跨接有第一開關(guān)Jl，所述第二電阻R2上跨接有第六開關(guān)J6。優(yōu)選的，所述可調(diào)控輸出開關(guān)模式同步整流器的電流源U3為MAX1640集成芯片或MAX1641集成芯片。當(dāng)所述可調(diào)控輸出開關(guān)模式同步整流器的電流源U3為MAX1640集成芯片時(shí)，需要將第一開關(guān)J1、第四開關(guān)J4、第五J5開關(guān)斷開，第二開關(guān)J2、第三開關(guān)J3、第六開關(guān)J6閉合；當(dāng)所述可調(diào)控輸出開關(guān)模式同步整流器的電流源U3為MAX1641集成芯片時(shí)，需要將第ー開關(guān)J1、第四開關(guān)J4、第五J5開關(guān)閉合，第二開關(guān)J2、第三開關(guān)J3、第六開關(guān)J6斷開。參見圖7所示，所述電流電壓檢測(cè)電路3包括電流檢測(cè)電路、電壓檢測(cè)電路和A/D轉(zhuǎn)換電路，所述A/D轉(zhuǎn)換電路用于電壓電流的采集。所述電流檢測(cè)電路主要包括第一雙路差動(dòng)輸入運(yùn)算放大器U4，如圖7 (a)所示。所述電壓檢測(cè)電路主要包括第二雙路差動(dòng)輸入運(yùn)算放大器U5，如圖7 (b)所示。以上所述僅為本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本實(shí)用新型，對(duì)于本 領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，本實(shí)用新型可以有各種更改和變化。凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.具備MPPT功能的寬電壓輸入智能光伏充電控制系統(tǒng)，包括太陽(yáng)能電池陣列(8)和蓄電池(9)，其特征在于所述太陽(yáng)能電池陣列(8)連接有用于實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能電池板輸出電壓的穩(wěn)壓輸入的升降壓電路(1)，所述升降壓電路(I)連接具有脈沖充電功能的充電電路(2)，所述充電電路(2)連接所述蓄電池(9);還包括單片機(jī)控制器(6)，所述單片機(jī)控制器(6)連接所述充電電路(2)，用于控制充電電路進(jìn)行不同功能的充電模式進(jìn)行充電，包括快速充電、脈沖充電、浮充充電及自動(dòng)停止充電，所述充電電路(2)的輸出端通過(guò)電流電壓檢測(cè)電路(3 )反饋至所述單片機(jī)控制器(6 )，所述單片機(jī)控制器(6 )還通過(guò)開關(guān)PWM控制電路(4)連接至所述升降壓電路(1)，所述開關(guān)PWM控制電路(4)通過(guò)調(diào)節(jié)開關(guān)管的脈沖占空比改變負(fù)載部分的等效電阻。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的具備MPPT功能的寬電壓輸入智能光伏充電控制系統(tǒng)，其特征在于所述蓄電池(9)還連接有用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)蓄電池表面溫度的溫度傳感器(7)，所述溫度傳感器(7)連接所述單片機(jī)控制電路(6)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的具備MPPT功能的寬電壓輸入智能光伏充電控制系統(tǒng)，其特征在于所述單片機(jī)控制電路(6)還連接一用于顯示及報(bào)警的液晶模塊(5)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的具備MPPT功能的寬電壓輸入智能光伏充電控制系統(tǒng)，其特征在于所述單片機(jī)控制電路(6)還連接一用于顯示及報(bào)警的液晶模塊(5)。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的具備MPPT功能的寬電壓輸入智能光伏充電控制系統(tǒng)，其特征在于所述升降壓電路(I)包括主要由升壓穩(wěn)壓器(Ul)構(gòu)成的升壓穩(wěn)壓器電路(101)和主要由開關(guān)電壓調(diào)節(jié)器(U2)構(gòu)成的開關(guān)電壓調(diào)節(jié)電路(102)，所述升壓穩(wěn)壓器電路(101)的輸出端連接所述開關(guān)電壓調(diào)節(jié)電路(102)的輸入端；所述升壓穩(wěn)壓器電路(101)的輸入端連接有第一穩(wěn)壓管(D1)，輸出端連接有由發(fā)光二極管(D2)和電阻串聯(lián)構(gòu)成的發(fā)光支路；所述開關(guān)電壓調(diào)節(jié)電路(102)的反饋端為一可調(diào)電阻(R_adj)，所述可調(diào)電阻(R_adj)的一端通過(guò)電阻接地，另一端通過(guò)電容接地。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的具備MPPT功能的寬電壓輸入智能光伏充電控制系統(tǒng)，其特征在于所述充電電路(2)主要由可調(diào)控輸出開關(guān)模式同步整流器的電流源(U3)構(gòu)成，所述可調(diào)控輸出開關(guān)模式同步整流器的電流源(U3)的電流檢測(cè)負(fù)比較器輸入端(CS-)與正電流檢測(cè)比較器輸入端(CS+)之間通過(guò)第二開關(guān)(J2)和第三開關(guān)(J3)連接有第一電阻(R1)，并通過(guò)第四開關(guān)(J4)和第五開關(guān)(J5)連接有第二電阻(R2)，所述第一電阻(Rl)上跨接有第一開關(guān)(J1)，所述第二電阻(R2)上跨接有第六開關(guān)(J6)。
7.據(jù)權(quán)利要求6所述的具備MPPT功能的寬電壓輸入智能光伏充電控制系統(tǒng)，其特征在于所述可調(diào)控輸出開關(guān)模式同步整流器的電流源(U3)為MAX1640集成芯片或MAX1641集成芯片。
8.根據(jù)權(quán)利要求I至7中任一項(xiàng)所述的具備MPPT功能的寬電壓輸入智能光伏充電控制系統(tǒng)，其特征在于所述電流電壓檢測(cè)電路(3)包括電流檢測(cè)電路和電壓檢測(cè)電路。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的具備MPPT功能的寬電壓輸入智能光伏充電控制系統(tǒng)，其特征在于所述電流檢測(cè)電路主要包括第一雙路差動(dòng)輸入運(yùn)算放大器(U4)。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的具備MPPT功能的寬電壓輸入智能光伏充電控制系統(tǒng)，其特征在于所述電壓檢測(cè)電路主要包括第二雙路差動(dòng)輸入運(yùn)算放大器(U5)。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種具備MPPT功能的寬電壓輸入智能光伏充電控制系統(tǒng)，包括太陽(yáng)能電池陣列和蓄電池，太陽(yáng)能電池陣列連接升降壓電路，升降壓電路連接充電電路，充電電路連接蓄電池；還包括單片機(jī)控制器，單片機(jī)控制器連接充電電路，充電電路的輸出端通過(guò)電流電壓檢測(cè)電路反饋至單片機(jī)控制器，單片機(jī)控制器還通過(guò)開關(guān)PWM控制電路連接至升降壓電路，蓄電池還連接有用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)蓄電池表面溫度的溫度傳感器，溫度傳感器連接單片機(jī)控制電路；單片機(jī)控制電路還連接一用于顯示及報(bào)警的液晶模塊。本實(shí)用新型可在5V-26V范圍內(nèi)對(duì)12V蓄電池進(jìn)行預(yù)設(shè)模式充電，系統(tǒng)工作穩(wěn)定可靠。
文檔編號(hào)H02J7/00GK202495780SQ20122003586
公開日2012年10月17日 申請(qǐng)日期2012年2月6日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月6日
發(fā)明者吳迪, 季晶晶, 張曉俊, 許宜申, 陶智 申請(qǐng)人:蘇州大學(xué)