多功能智能光伏控制器

1.多功能智能光伏控制器，它包括盒体和控制电路板，所述控制电路板包括反接保护电路、充放电及供电切换电路、稳压及短路保护电路、软开关、电压电流采集电路、按键显示电路、光敏传感器、温度传感器和ARM处理器；其特征是：所述反接保护电路通过A、B、C接口分别与外部的开关电源、蓄电池和太阳能电池相连，所述太阳能电池与控制电路板之间的接口C电路中设置有由二极管组成的光伏组件接线盒电路，所述开关电源、蓄电池和太阳能电池分别通过反接保护电路后与充放电及供电切换电路相连，所述蓄电池和太阳能电池分别通过反接保护电路后与电压电流采集电路相连，所述充放电及供电切换电路与稳压及短路保护电路相连，所述稳压及短路保护电路与软开关相连，所述ARM处理器分别与电压电流采集电路、按键显示电路、光敏传感器、温度传感器、充放电及供电切换电路、稳压及短路保护电路和软开关分别相连，所述按键显示电路包括控制按键和LED显示电路，所述控制按键包括测试按键、菜单选择键和参数选择键。
2.根据权利要求1所述的多功能智能光伏控制器，其特征是：在保持蓄电池和太阳能电池经B、C接口与反接保护电路相连后再与电压电流采集电路相连的同时，在反接保护电路与电压电流采集电路之间增加了一个一端与反接保护电路相连、另一端与电压电流采集电路相连的均衡电路。

多功能智能光伏控制器\n技术领域\n[0001] 本发明涉及太阳能光伏控制器，尤其是涉及一种具有多种功能的太阳能智能光伏控制器。\n背景技术\n[0002] 当今，太阳能光伏产业发展迅猛，新的光伏产品层出不穷。有大型光伏发电系统，也有中小型光伏应用系统，如太阳能照明设备、太阳能交通警示设备等。光伏应用系统主要由太阳能电池组件、蓄电池、光伏控制器和负载组成，其中光伏控制器是整个系统中的关键和核心，它的性能直接影响整个系统的使用效果和使用寿命。光伏控制器最基本的功能是对蓄电池进行充放电管理、保证蓄电池不过充、不过放。虽然现在广泛应用的智能光伏控制器除拥有最基本的功能外，大多都增加了一些智能控制功能，如温度补偿、模式设定等，但现有光伏控制器也存在下列不足之处：一是现有光伏控器通用性差，根据不同需求就要使用具有不同功能的光伏控制器，如有的要双路输出，有的要双时段控制就要选择不同的控制器；二是现有光伏控制器与太阳能电池组件之间的连接需用光伏组件接线盒，安装不方便；三是现有光伏控制器一般针对单一种类的蓄电池，主要是铅酸蓄电池，并且没有针对锂电池的光伏控制器。\n发明内容\n[0003] 针对上述现有技术中太阳能光伏控制器存在的问题，本发明分别采取以下技术方案解决。\n[0004] 1、针对现有光伏控制器通用性差，不同场合要使用具有不同功能的光伏控制器的问题，本发明将多种功能综合到控制器内，使其能更加适应不同场合的需要，增强其通用性。所采取的技术方案是：所述多功能智能光伏控制器包括盒体和控制电路板，所述控制电路板包括反接保护电路、充放电及供电切换电路、稳压及短路保护电路、软开关、电压电流采集电路、按键显示电路、光敏传感器、温度传感器和ARM处理器；所述太阳能电池与控制电路板之间设置有由二极管组成的光伏组件接线盒电路，所述反接保护电路通过接口分别与外部的开关电源、蓄电池和太阳能电池相连，所述开关电源、蓄电池和太阳能电池分别通过反接保护后与充放电及供电切换电路相连，所述蓄电池和太阳能电池分别通过反接保护后与电压电流采集电路相连，所述充放电及供电切换电路与稳压及短路保护电路相连，所述稳压及短路保护电路与软开关相连，所述ARM处理器分别与电压电流采集电路、按键显示电路、光敏传感器、温度传感器、充放电及供电切换电路、稳压及短路保护电路和软开关分别相连，所述按键显示电路包括控制按键和LED显示电路，所述控制按键包括测试按键、菜单选择键和参数选择键。\n[0005] 通过上述技术方案可以使本发明所述的光伏控制器除具有基本的充放电控制功能外，还同时具有双路稳压输出，市电和蓄电池供电自动切换，短路、防雷、反接、过载、充满过放自动关断及恢复等全功能保护，温度补偿，晚上亮灯时间和早晨亮灯时间双时段控制，光控时控配合控制，参数掉电保护,蓄电池选择,运行状态和参数显示，测试模式等多种功能，增强了控制器的通用性，能满足多种场合的不同需要。\n[0006] 2、为解决现有光伏控制器需通过单独的光伏组件接线盒与太阳能电池相连所带来的问题，本发明把由二极管构成的光伏组件接线盒电路一并设计到光伏控制器的电路中，构成一个集成了光伏组件接线盒功能的控制器，并在控制器上留有接口（接线端子）使之能方便的与太阳能电池连接，从而省去了单独使用的光伏组件接线盒，安装更方便。\n[0007] 3、为解决现有光伏控制器只针对单一种类蓄电池的问题，本发明采取以下技术方案：通过对ARM处理器芯片的编程，增加蓄电池选择模式，通过按键设置可以选择密封电池、开口电池、胶体电池和锂电池，并可根据不同的蓄电池类型匹配合适的充放电参数，并专门针对锂电池，在蓄电池通过反接保护后与电压电流采集电路之间增加了一个均衡电路，从而实现对锂电池的均衡充电，延长锂电池的使用寿命。\n[0008] 本发明所述多功能智能光伏控器器大致分为以下四部分：\n[0009] 1、电源输入部分：包括对市电输入、蓄电池输入、太阳能电池输入起保护作用的反接保护电路和充放电及供电切换电路。充放电及供电切换电路实现市电供电和蓄电池供电的切换，以及实现太阳能电池对蓄电池的充电控制、蓄电池的放电控制，同时，向输出部分的MosFet稳压及短路保护电路提供电源。\n[0010] 2、数据采集显示控制部分：包括控制按键、LED显示电路，电压电流采集、温度采集，感光采集和均衡电路。控制按键包括测试按键、菜单选择键和参数选择键，测试按键可使控制器进入测试状态，菜单选择键用来选择工作模式，参数选择键用来设置对应模式的运行参数，通过按键设置可以选择密封电池、开口电池、胶体电池和锂电池，并可根据不同的蓄电池类型匹配合适的充放电参数。LED显示电路包括二极管的状态显示和数码管的运行参数显示。电压采集、电流采集、温度采集、感光采集分别完成对蓄电池和太阳能电池电压、放电电流、温度状态、光照情况的采集，并将这些信号供ARM处理器运算处理。电压电流采集电路受ARM处理器的控制，从而控制均衡电路是否工作。当蓄电池设置为是锂电池时，均衡电路正常工作，否则均衡电路不工作，蓄电池电压电流信号经反接保护后直接进入电压电流采集电路。\n[0011] 3、ARM处理器：采用飞利浦公司ARM芯片LPC2134，该芯片是高端的32位实时处理器，在整个系统中处于核心地位。对采集模块采集来的数据进行分析处理，做出相应决策，控制充放电及供电切换电路、电压电流采集电路、MosFet稳压及短路保护电路和软开关，实现对蓄电池的充放电控制、对控制器的保护控制、对输出负载的通断控制。\n[0012] 4、输出部分：包括MosFet稳压及短路保护电路和软开关。在ARM处理器的控制下，MosFet稳压及短路保护电路实现短路保护和稳压输出，软开关实现双路输出独立的通断控制。\n[0013] 本发明所述多功能智能光伏控制器的工作原理是：\n[0014] 控制器以ARM处理器为核心，通过微处理器对蓄电池电压、太阳能电池电压、放电电流、环境温度等参数进行采集，通过专用控制模型计算，选择符合蓄电池特性的放电率及温度补偿参数，实现高准确控制，同时，采用智能高效的PWM模糊充电方式对蓄电池进行充电，保证蓄电池工作在最佳状态。控制器带有按键显示电路，可以方便的设置运行模式和运行参数，同时显示电路也可直观的显示当前的运行状态。\n[0015] 本发明所述控制电路板上的接线端子分别是蓄电池、开关电源、太阳能电池、光敏电阻的输入接口及两路负载的输出接口。\n[0016] 本发明所述多功能智能光伏控制器专为太阳能直流供电系统、太阳能直流路灯系统、小型太阳能电站系统设计，使用ARM芯片实现了智能化控制，所有芯片均采用工业级别，可以在恶劣的环境下使用。系统具有短路、过载和防反接保护，充满、过放自动关断、恢复等全功能保护措施，详细的充电指示、蓄电池状态、负载、市电及各种故障指示。本发明通过电脑芯片对蓄电池电压、太阳能电池电压、放电电流、环境温度等参数进行采样，通过专用控制模型计算，实现符合蓄电池特性的放电率、温度补偿修正的高准确控制，并采用了智能高效的PWM模糊充电方式对蓄电池进行充电，保证蓄电池工作在最佳状态，大大延长了蓄电池的使用寿命。本控制器具有多种工作模式，可满足不同用户的需要。\n附图说明\n[0017] 图1是本发明所述多功能光伏智能控制器原理示意框图。\n具体实施方式\n[0018] 下面结合图1具体进行说明；\n[0019] 本发明所述多功能智能光伏控制器包括盒体、配装在盒体内的控制电路板及控制电路板上的接口（接线端子），图1中虚线部份为控制器控制电路板的原理示意框图，所述控制电路板包括对输入电源起反接保护作用的反接保护电路，所述反接保护电路设有和开关电源、蓄电池、太阳能电池分别连接的三个接口（A、B、C三个接线端子），所述开关电源与市电相连，所述稳压及短路保护电路为MosFet稳压及短路保护电路，太阳能电池与控制器之间的接口C电路中还集成了由二极管组成的光伏组件接线盒电路，所述开关电源、蓄电池和太阳能电池经A、B、C接口与反接保护电路相连后再与充放电及供电切换电路相连，蓄电池和太阳能电池经B、C接口与反接保护电路相连后再与电压电流采集电路相连。在保持蓄电池和太阳能电池经B、C接口与反接保护电路相连后再与电压电流采集电路相连的同时，为了更好地实现对锂电池的均衡充电，延长锂电池的使用寿命，本发明还在反接保护电路与电压电流采集电路之间增加了一个一端与反接保护电路相连、另一端与电压电流采集电路相连的均衡电路，因而可将蓄电池电压信号、放电电流和太阳能电池电压信号更好的引入电压电流采集电路。所述充放电及供电切换电路与MosFet稳压及短路保护电路相连，将电源信号引入MosFet稳压及短路保护电路，所述MosFet稳压及短路保护电路与软开关相连，所述ARM处理器分别与电压电流采集电路、按键显示电路、光敏传感器、温度传感器、充放电及供电切换电路、MosFet稳压及短路保护电路、软开关相连，接收并处理电压、电流、温度、光照度、温度、按键输入信号，同时完成对显示电路、电压电流采集电路、充放电及供电切换电路、MosFet稳压及短路保护电路和软开关的控制，所述按键显示电路包括控制按键、LED显示电路，控制按键包括测试按键、菜单选择键和参数选择键，测试按键可使控制器进入测试状态，菜单选择键用来选择工作模式，参数选择键用来设置对应模式的运行参数，LED显示电路包括五个发光二极管的状态显示和两个数码管的运行参数显示，五个LED发光二极管用来显示太阳能电池、蓄电池、市电、负载1、负载2的工作状态，两个数码管在进行参数设置时分别显示模式和改模式下的参数，在没有进行参数设置时显示温度。\n[0020] 所述ARM处理器芯片为LPC2134，通过ARM处理器对蓄电池电压、太阳能电池电压、放电电流和环境温度等参数进行采集，通过专用控制模型计算，选择符合蓄电池特性的放电率及温度补偿参数，实现高准确控制。同时，采用PWM模糊充电方式对蓄电池进行充电，保持蓄电池工作在最佳状态。通过按键和显示电路，可方便的设置运行模式和运行参数，并可直接观察到当前的各种运行状态。\n[0021] 下面分别说明各种功能是如何实现的：\n[0022] 1、参数浏览、参数调节和掉电保持功能：控制器面板上的两位数码管，第一位显示模式、第二位显示该模式下的参数；正常工作时，按下控制器面板上的菜单选择按键，系统模式和控制参数会显示出来，每按一下菜单选择按键，模式值将会变换一次，同时也会显示该模式下的对应参数，此时，按下参数选择按键则可设置改模式下的运行参数；系统的运行模式和参数等重要数据均保存在芯片内部，掉电后不丢失，使调节更加方便，系统工作更可靠。\n[0023] 2、LED显示：LED显示电路包括五个发光二极管的状态显示和两个数码管的运行参数显示，五个LED发光二极管用来显示太阳能电池、蓄电池、市电、负载1、负载2的工作状态，两个数码管在进行参数设置时分别显示模式和改模式下的参数，在没有进行参数设置时显示温度。\n[0024] 市电和蓄电池供电自动切换功能：\n[0025] 3、当太阳能电池不能正常向负载供电时，市电通过控制器上的充放电及供电切换电路、稳压及短路保护电路和软开关，可自动单独给负载供电而非市电直接加到蓄电池上面的接入方式，可减小市电对蓄电池和市电电源造成的损坏，能有效减少市电电源功率配置，整个切换过程实现软切换，不会对负载和蓄电池造成冲击，负载工作不受影响。当出现过放时，对蓄电池进行提升充电，进行一次补偿维护；当太阳能电池正常供电负载正常使用时，使用直充充电和浮充结合的充电方式，每隔7天市电就会加载到蓄电池上，对蓄电池进行一次提升充电，防止蓄电池硫化，大大延长了蓄电池的使用寿命；同时具有高精度温度补偿；当蓄电池过放后自动切断与负载的连接。\n[0026] 4、双路稳压输出功能：本发明通过MosFet稳压及短路保护电路提供了两路独立的稳压输出，可独立的对每一路输出进行控制。\n[0027] 5、双时段功能：本发明在进行软件程序设计时也可对增加了两路负载的双时段控制功能，双时段控制是指两路负载的晚上亮灯时间和早晨亮灯时间均可设置，设置为双时段功能后，负载晚上亮灯一段时间后关闭，天亮之前再次亮灯，等到白天时再关闭，并且亮灯时间可调。\n[0028] 6、蓄电池的选择功能：为了实现这一功能在控制器软件程序设计时增加了蓄电池选择程序，本发明支持密封电池、开口电池、胶体电池、锂电池等蓄电池的使用，使用前，需选择正确的蓄电池类型，通过按压设置在控制电路板上的菜单选择键来进入蓄电池类型选择模式，再通过按压设置在控制电路板上的参数选择键来选定蓄电池类型，设定完毕后等待30秒，参数将自动保存，控制器在运行时将根据设定的蓄电池参数在ARM处理器程序的作用下自动选择的匹配的参数运行。当设定的蓄电池为锂电池是，ARM处理器会发出控制信号让均衡电路有效，使锂电池各电芯的容量保持均衡，延长锂电池的使用寿命。\n[0029] 7、光控时控配合控制：本发明通过监测光控点可以实现纯光控，也可以实现光控和双时段定时配合控制。\n[0030] 8、光控点调整：光控点指晚上亮灯时太阳能电池板的电压值，用户可以根据实际环境调整光控开启电压，比如晚上太阳能电池板有其他光线干扰而开不了灯时，可调高此值，滤除杂光干扰，但开灯时间可能提前。\n[0031] 9、光控判断时间调整：光控判断时间指电池板电压达到光控点时需要判断的时间，时间越长滤波效果越好，调小此值可以达到提前开灯的目的，但容易受外界杂光干扰。\n[0032] 10、开灯延时时间调整：延时开灯指晚上延时一定时间再开灯，调节此时间，可以达到推迟开灯的目的。\n[0033] 11、测试功能：白天时，按下控制器上的测试按键，可以直接打开负载，再次按下则关闭负载，打开后没有再按键关闭负载，则1分钟后自动关闭，方便现场施工测试使用。\n[0034] 12、温度补偿：通过控制器上的温度传感器，控制器会根据环境温度自动调节充电电压，以达到最佳充电效果。\n[0035] 13、自我保护功能：具有过充、过放、过载保护以及独特电子短路保护与防反接保护，所有保护均不损害任何部件，不烧保险；具有TVS防雷保护，无跳线设计，可提高系统的可靠性、耐用性。\n[0036] 下面表格是适用电压为24V的控制器的系统基本电气参数\n[0037] \n[0038] 模式与参数设置表\n[0039] \n[0040] 定时时间最长可以设置14小时，如要实现双时段功能，请确认晚上亮灯时间和晨亮时间之\n[0041] 和不超过整个夜晚时间\n[0042] \n[0043] 光控点电压可调：4V ～ 10 V，出厂默认5V/12；10V/24V\n[0044] \n数码管显示 4567890\n光控点电压V 45678910\n[0045] 光控判断时间表，时间越长滤波效果越好，抗干扰越强，出厂默认10分钟[0046] \n数码管显示 1234567890\n光控判断时间min 12345678910\n[0047] 蓄电池参数 ： 24V系统X2\n[0048] \n[0049] 其中锂电池参数仅供参考，可根据用户实际所用电池参数进行修改[0050] LED显示状态\n[0051]