CN119944886A - 一种充放电控制器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种充放电控制器。该充放电控制器涉及电力电子应用技术领域；该充放电控制器包括设置于太阳能电池板的前级检测电路、Boost电路、后级检测电路、控制开关及检测电路；系统上电运行初始程序后，根据感光元件的判断选择运行程序。在MPPT阶段中，控制器通过调节开关管Q的占空比D，使铅酸蓄电池能够接受到光伏电池的最大输出功率为P。当充电电流大于过充终止电流时，选择以定电压的方式对蓄电池充电，同时继续检测蓄电池充电的电流。当充电电流低于额定电流的10％时，切换到浮充阶段，浮充阶段采用微高于蓄电池电压的恒压对蓄电池充电。

Description

一种充放电控制器

技术领域

本发明属于电力电子应用技术领域，具体涉及一种充放电控制器。

背景技术

在公用照明系统中，利用光伏阵列给铅酸蓄电池充电，蓄电池为照明系统提供电能。为了保证此过程能够高效合理的进行，设计一种基于Atmega128单片机的光伏充放电控制器。根据蓄电池及光伏阵列的特性，利用电池容量检测与MPPT技术，控制主电路为Boost电路。经过实验过程及结果的验证，此控制器可以合理有效地控制蓄电池的充放电过程，提高光伏电能的利用率，最终照明系统达到了高效稳定的工作状态。

为了更加高效地收集、存储和利用太阳能，在公用照明系统的硬件设备中，采用的是独立电源、Boost主控电路及控制器。在软件设计中，主要目的是利用MPPT算法实现对太阳能转化为电能的最大利用率，把收集来的电能存储在蓄电池里，以供照明系统使用。目前以MPPT算法为基础的控制策略各种各样，各有利弊。

因此，提出一种充放电控制器用于进一步提升充放电控制器的性价比和适应能力。

发明内容

本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种结构简单，设计合理的充放电控制器，提出了硬件电路的设计方案、分析了硬件电路的工作原理，本控制器硬件电路简单、实时性好、功能完善、有较高的可靠性和抗干扰能力。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：

一种充放电控制器，包括设置于太阳能电池板的前级检测电路、Boost电路、后级检测电路、控制开关及检测电路，所述太阳能电池板的输出端与前级检测电路连接，前级检测电路与Boost电路、后级检测电路、铅酸蓄电池、控制开关及检测电路、LED路灯依次连接，前级检测电路与Boost电路、后级检测电路、铅酸蓄电池、控制开关及检测电路均通过控制器进行控制。

作为本发明的进一步优化方案，所述充放电控制器中控制电路包括检测电路、负载控制电路、功率管驱动电路、CPU引脚电路；

其中，负载控制电路控制LED路灯的亮灭；

负载控制电路采用口线控制三极管，再由三极管驱动MOS管来控制LED路灯回路；

负载控制电路的系统中有三个功率管，其中一个控制开关的通断由三极管驱动，另外两个功率管接在系统充电电路中，需要通断5A以上的充电电流，并采用两片MAX4220驱动。

作为本发明的进一步优化方案，所述检测电路包括两部分：

第一：通过前级的电压电流检测得到太阳能电池板的输出功率，电压检测采用精密电阻分压法进行采集；

第二：通过经DC-DC变换后的电压电流的检测得到给铅酸蓄电池提供的充电电流及功率，电流检测采用霍尔传感器芯片采集电流信号。

作为本发明的进一步优化方案，所述充放电控制器的系统主电路采用Boost电路，Boost电路选择的开关管为N沟道增强型的MOSFET功率管，通过对MOSFET功率管的栅极G输入PWM控制信号，控制功率管的通断。

作为本发明的进一步优化方案，所述Boost电路上具有缓冲元件电感L，电感L用于续电流和升电压；

所述Boost电路中C1、C2为滤波电容，同时C2可以储能供电，D为防反充二极管；

所述Boost电路以日字形分布，C1、C2位于日字形的两侧，L和D位于日字形上方两边，日字形中部具有Q，Q为开关；

所述Boost电路开关周期为T，占空比为D，0～DT时间内Q导通，输入电压对电感L充电，电感L中的电流逐渐增大，DT～T时间内Q关断，电感L开始放电，电感两端的电压与输入电源的电压叠加，使输出端产生高于输入端的电压，为铅酸蓄电池充电。

本发明的有益效果在于：本发明通过基于模糊控制的扰动观察法去控制开关管通断的PWM信号的输出，实现了对蓄电池充电过程的合理有效管控，提高光伏电能的利用率，且系统上电运行初始程序后，根据感光元件的判断选择运行程序。在MPPT阶段中，控制器通过调节开关管Q的占空比D，使铅酸蓄电池能够接受到光伏电池的最大输出功率为P。当充电电流大于过充终止电流时，选择以定电压的方式对蓄电池充电，同时继续检测蓄电池充电的电流。当充电电流低于额定电流的10％时，切换到浮充阶段，浮充阶段采用微高于蓄电池电压的恒压对蓄电池充电。

附图说明

图1是本发明的充放电控制器整体模块示意图；

图2是本发明的负载控制电路图；

图3是本发明的功率开关驱动电路图；

图4是本发明的电压、电流检测电路图；

图5是本发明的充放电控制器系统主电路图；

图6是本发明的充放电控制器主程序流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本申请作进一步详细描述，有必要在此指出的是，以下具体实施方式只用于对本申请进行进一步的说明，不能理解为对本申请保护范围的限制，该领域的技术人员可以根据上述申请内容对本申请作出一些非本质的改进和调整。

实施例1，一种充放电控制器，如图1所示，充放电控制器的整体硬件电路主要由Boost电路、控制驱动电路、前级与后级检测电路、控制开关及检测电路等组成。利用Atmega128单片机微控制器去检测光伏阵列和铅酸蓄电池的大电流和强电压必须使其转换为安全的电气参量，否则会直接烧坏主芯片，采用精密电阻分压法，把强电压值转换成A/D模块可接受的电压量程范围。为了实现对蓄电池充电过程的合理有效管控，提高光伏电能的利用率，通过基于模糊控制的扰动观察法去控制开关管通断的PWM信号的输出。

具体的，太阳能电池板的输出端与前级检测电路连接，前级检测电路与Boost电路、后级检测电路、铅酸蓄电池、控制开关及检测电路、LED路灯依次连接，前级检测电路与Boost电路、后级检测电路、铅酸蓄电池、控制开关及检测电路均通过控制器进行控制。

参考图2至图5所示，控制电路由最小系统、检测电路、负载控制电路、功率管驱动电路、CPU引脚电路等组成。本系统的负载控制是控制路灯的亮灭，直接用口线控制三极管，再由三极管驱动MOS管来控制路灯回路。系统中共有三个功率管，其中一个控制开关的通断由三极管驱动，另外两个功率管接在系统充电电路中，需要通断5A以上的充电电流，所以采用两片MAX4220驱动。

此系统的检测电路有两部分：通过前级的电压电流检测可以得到太阳能电池板的输出功率，电压检测采用精密电阻分压法进行采集。通过经DC-DC变换后的电压电流的检测可以得到给铅酸蓄电池提供的充电电流及功率，电流检测采用霍尔传感器芯片采集电流信号。

参考图5所示，主电路采用升压型Boost电路，是因为其工作电流可连续，而且电路结构简单，更重要的是比其他电路具有更高的能量转换效率。本系统的Boost电路选择的开关管为N沟道增强型的MOSFET功率管，功耗小，适用于高频电路，通过对MOSFET功率管的栅极G输入PWM控制信号，即可控制功率管的通断。电感L为Boost电路的缓冲元件，可以起到续电流和升电压的作用，C1、C2为滤波电容，同时C2可以储能供电，D为防反充二极管。Boost电路开关周期为T，占空比为D，0～DT时间内Q导通，输入电压对电感L充电，电感L中的电流逐渐增大，DT～T时间内Q关断，电感L开始放电，电感两端的电压与输入电源的电压叠加，使输出端产生高于输入端的电压，为铅酸蓄电池充电。

充放电过程分为两种情况：白天充电和夜晚放电。系统上电运行初始程序后，根据感光元件的判断选择运行程序。在MPPT阶段中，控制器通过调节开关管Q的占空比D，使铅酸蓄电池能够接受到光伏电池的最大输出功率为P。当充电电流大于过充终止电流时，选择以定电压的方式对蓄电池充电，同时继续检测蓄电池充电的电流。当充电电流低于额定电流的10％时，切换到浮充阶段，浮充阶段采用微高于蓄电池电压的恒压对蓄电池充电。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种充放电控制器，包括设置于太阳能电池板的前级检测电路、Boost电路、后级检测电路、控制开关及检测电路，其特征在于，所述太阳能电池板的输出端与前级检测电路连接，前级检测电路与Boost电路、后级检测电路、铅酸蓄电池、控制开关及检测电路、LED路灯依次连接，前级检测电路与Boost电路、后级检测电路、铅酸蓄电池、控制开关及检测电路均通过控制器进行控制。

2.根据权利要求1所述的一种充放电控制器，其特征在于：所述充放电控制器中控制电路包括检测电路、负载控制电路、功率管驱动电路、CPU引脚电路；

其中，负载控制电路控制LED路灯的亮灭；

负载控制电路采用口线控制三极管，再由三极管驱动MOS管来控制LED路灯回路；

负载控制电路的系统中有三个功率管，其中一个控制开关的通断由三极管驱动，另外两个功率管接在系统充电电路中，需要通断5A以上的充电电流，并采用两片MAX4220驱动。

3.根据权利要求2所述的一种充放电控制器，其特征在于：所述检测电路包括两部分：

第一：通过前级的电压电流检测得到太阳能电池板的输出功率，电压检测采用精密电阻分压法进行采集；

第二：通过经DC-DC变换后的电压电流的检测得到给铅酸蓄电池提供的充电电流及功率，电流检测采用霍尔传感器芯片采集电流信号。

4.根据权利要求2所述的一种充放电控制器，其特征在于：所述充放电控制器的系统主电路采用Boost电路，Boost电路选择的开关管为N沟道增强型的MOSFET功率管，通过对MOSFET功率管的栅极G输入PWM控制信号，控制功率管的通断。

5.根据权利要求4所述的一种充放电控制器，其特征在于：所述Boost电路上具有缓冲元件电感L，电感L用于续电流和升电压；

所述Boost电路中C1、C2为滤波电容，同时C2可以储能供电，D为防反充二极管；

所述Boost电路以日字形分布，C1、C2位于日字形的两侧，L和D位于日字形上方两边，日字形中部具有Q，Q为开关；

所述Boost电路开关周期为T，占空比为D，0～DT时间内Q导通，输入电压对电感L充电，电感L中的电流逐渐增大，DT～T时间内Q关断，电感L开始放电，电感两端的电压与输入电源的电压叠加，使输出端产生高于输入端的电压，为铅酸蓄电池充电。