專利名稱：太陽能現(xiàn)場(chǎng)電源系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種供電系統(tǒng)，特別涉及一種太陽能現(xiàn)場(chǎng)電源系統(tǒng)。
技術(shù)背景隨著太陽能發(fā)電在離網(wǎng)系統(tǒng)應(yīng)用的不斷普及，太陽能充電控制器便得到了大規(guī)模的使用，人們希望太陽能發(fā)電可以非常穩(wěn)定地運(yùn)用在相關(guān)的遠(yuǎn)程不便于電力施工的場(chǎng)合。然而，目前市場(chǎng)上所售的太陽能充電控制器幾乎都采用了蓄電池穩(wěn)壓的技術(shù)，就是用蓄電池的儲(chǔ)電能力對(duì)充電和負(fù)載工作進(jìn)行穩(wěn)壓，于是當(dāng)蓄電池兩極電壓比較低的時(shí) 候，蓄電池可以起到一部份穩(wěn)壓作用。通常情況下，蓄電池在充電時(shí)兩極之間的電壓將高于蓄電池的正常工作電壓，于是負(fù)載工作的電壓也將高于其正常工作的電壓，其后果將導(dǎo)致部份負(fù)載不能工作或者損壞。另外一旦蓄電池因故障損壞將可能導(dǎo)致充電控制器不能正常工作，將使得負(fù)載無法工作。因?yàn)?，目前市?chǎng)上所售充電控制器采用蓄電池穩(wěn)壓的技術(shù)，在蓄電池處在欠電狀態(tài)、電壓低于負(fù)載最低工作電壓時(shí)，充電控制器對(duì)蓄電池進(jìn)行充電，必須等到蓄電池電壓上升到負(fù)載供電打開的電壓值時(shí)，負(fù)載才能獲得供電，由于太陽能發(fā)電的不穩(wěn)定性，和蓄電池在欠電狀態(tài)時(shí)電量恢復(fù)的速度的不確定性，這一段時(shí)間將是無法估算的，最終有可能使得太陽能發(fā)電系統(tǒng)形同虛設(shè)，無法為負(fù)載提供電力。另外市場(chǎng)上所售的充電控制器的充電能力都是指該充電控制器的正常充電電流值，不論被充蓄電池的實(shí)際容量大小，充電控制器的輸出的電流是最大電流是不變的(能夠輸出的最大電流是不變的)，因此這類充電控制器很大部份是不能滿足不同容量蓄電池對(duì)充電電流控制的需要
實(shí)用新型內(nèi)容
鑒于上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型提供了一種太陽能現(xiàn)場(chǎng)電源系統(tǒng)。該系統(tǒng)中的太陽能發(fā)電通過PWM脈寬調(diào)節(jié)直接(為)負(fù)載供電技術(shù)。并且蓄電池充電和太陽能發(fā)電直接(為)負(fù)載供電的調(diào)節(jié)技術(shù)，通過調(diào)節(jié)兩個(gè)PWM開關(guān)使得負(fù)載供電得到滿足，同時(shí)使得太陽能光伏器件的剩余部份有效地用于蓄電池充電。另外，該系統(tǒng)對(duì)充電功率電路和負(fù)載供電功率電路的實(shí)時(shí)溫度測(cè)量方法，可以有效控制脈寬調(diào)節(jié)元器件的溫度，保證電路穩(wěn)定工作。系統(tǒng)中的MCU控制電路的電源電路通時(shí)向太陽能發(fā)電和蓄電池取電，使得MCU可以工作于太陽能發(fā)電和蓄電池供電的兩種條件。本實(shí)用新型系統(tǒng)通過程序設(shè)置，可實(shí)現(xiàn)太陽能發(fā)電的為負(fù)載供電和為蓄電池充電的策略；通過計(jì)算蓄電池充電功率的方法來確認(rèn)太陽能發(fā)電可以為負(fù)載供電，完成由蓄電池供電向太陽能發(fā)電直接供電的切換；對(duì)蓄電池容量和充電電流的設(shè)定來調(diào)節(jié)蓄電池充電電流，對(duì)不同容量蓄電池的都能采用合適的電流進(jìn)行充電。通過對(duì)蓄電池充放電的實(shí)時(shí)測(cè)量，由MCU完成對(duì)蓄電池電量的實(shí)時(shí)計(jì)算。本實(shí)用新型的具體技術(shù)方案如下[0009]太陽能現(xiàn)場(chǎng)電源系統(tǒng)，包括太陽能光伏器件、濾波電路、負(fù)載供電電路、蓄電池、MCU電源電路以及MCU控制電路；其特征在于，所述太陽能光伏器件與蓄電池通過電路連接實(shí)現(xiàn)對(duì)蓄電池的充電，所述太陽能光伏器件與蓄電池之間設(shè)有一用來調(diào)節(jié)充電能量供給的PWM開關(guān)；所述太陽能光伏器件與濾波電路通過電路連接實(shí)現(xiàn)直接供電，所述太陽能光伏器件與濾波電路之間設(shè)有一用來調(diào)節(jié)能量供給的PWM開關(guān)；所述蓄電池與濾波電路通過電路連接實(shí)現(xiàn)蓄電池供電，所述蓄電池與濾波電路之間設(shè)有一控制通斷的通斷控制器；所述濾波電路通過電路連接向負(fù)載供電電路提供穩(wěn)定的電力；所述MCU電源電路通過分別連接太陽能光伏器件或蓄電池來取電，同時(shí)給所連接的MCU控制電路供電。上述方案中，所述太陽能光伏器件與濾波電路之間設(shè)有一控制通斷的通斷控制器。上述方案中，所述蓄電池與濾波電路之間所設(shè)的通斷控制器還可以替換為PWM開
關(guān)。 上述方案中，所述MCU控制電路通過其數(shù)據(jù)輸出接口向其它協(xié)同工作系統(tǒng)、上位機(jī)以及信息管理系統(tǒng)報(bào)告實(shí)時(shí)工作數(shù)據(jù)以及電量數(shù)據(jù)。上述方案中，所述太陽能光伏器件能更換為風(fēng)能發(fā)電裝置或者機(jī)械能發(fā)電裝置。本實(shí)用新型具有以下有益效果(I)本實(shí)用新型使得負(fù)載系統(tǒng)更容易進(jìn)入工作狀態(tài)，當(dāng)太陽能發(fā)電或者風(fēng)力發(fā)電能夠滿足負(fù)載工作的要求，負(fù)載就能立即進(jìn)入工作狀態(tài)，不需要等蓄電池電壓上升到充電控制器設(shè)置的開啟電壓；(2)沒有蓄電池或者蓄電池?fù)p壞，本實(shí)用新型一樣可以使負(fù)載進(jìn)行良好的工作，而對(duì)于市場(chǎng)上銷售的充電控制器來說這時(shí)不可能的；(3)由于平時(shí)蓄電池處于備份狀態(tài)，因此蓄電池充放電的時(shí)間和次數(shù)都將大幅度延長(zhǎng)，同時(shí)針對(duì)蓄電池的容量配置最合適的恒流充電的電流值，本實(shí)用新型有效地延長(zhǎng)了蓄電池使用壽命；(4)本實(shí)用新型增加了對(duì)功率電路的溫度測(cè)量，可以有效地調(diào)節(jié)系統(tǒng)工作狀態(tài)，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行高溫保護(hù)，使得系統(tǒng)的可靠性增加；(5)本實(shí)用新型具有數(shù)據(jù)傳輸接口，可以有效地和相關(guān)工作系統(tǒng)、上位機(jī)和信息管理系統(tǒng)進(jìn)行信息交換，實(shí)現(xiàn)對(duì)電源電量的自動(dòng)化管理。


以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
來進(jìn)一步說明本實(shí)用新型。圖I為本實(shí)用新型所述的太陽能現(xiàn)場(chǎng)電源系統(tǒng)的方案一電路框圖。圖2為本實(shí)用新型所述的太陽能現(xiàn)場(chǎng)電源系統(tǒng)的方案二電路框圖。圖3為本實(shí)用新型所述的太陽能現(xiàn)場(chǎng)電源系統(tǒng)的方案三電路框圖。圖4為本實(shí)用新型所述的太陽能現(xiàn)場(chǎng)電源系統(tǒng)中大功率器件散熱和測(cè)溫的結(jié)構(gòu)圖。圖5為本實(shí)用新型所述的太陽能現(xiàn)場(chǎng)電源系統(tǒng)的流程圖一。圖6為本實(shí)用新型所述的太陽能現(xiàn)場(chǎng)電源系統(tǒng)的流程圖二。圖7為本實(shí)用新型所述的太陽能現(xiàn)場(chǎng)電源系統(tǒng)的流程圖三。
具體實(shí)施方式
為了使本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達(dá)成目的與功效易于明白了解，下面結(jié)合具體圖示，進(jìn)一步闡述本實(shí)用新型。如圖I所示，作為本實(shí)用新型所述系統(tǒng)的方案一，這種太陽能現(xiàn)場(chǎng)電源系統(tǒng)，包括太陽能光伏器件101、濾波電路106、負(fù)載供電功率電路102、蓄電池103、MCU電源電路104以及MCU控制電路105。其中，太陽能光伏器件101與濾波電路106之間還設(shè)有通斷控制器112和PWM開關(guān)114。太陽能光伏器件101與蓄電池103之間還設(shè)有PWM開關(guān)115。蓄電池103與PWM開關(guān)114之間還設(shè)有通斷控制器113。整個(gè)系統(tǒng)由太陽能光伏器件發(fā)電后向兩個(gè)分支電路供電。其中，太陽能光伏器件101發(fā)電后經(jīng)通斷控制器112由PWM開關(guān)114進(jìn)行降壓調(diào)節(jié)后，再經(jīng)過濾波電路106以后向負(fù)載供電功率電路102直接提供電力，這樣一條電力供應(yīng)通路徹底擺脫了對(duì)蓄電池穩(wěn)壓的依賴。當(dāng)通斷控制器112設(shè)置為斷時(shí)，將沒有太陽能發(fā)電為負(fù)載供電。濾波電路106的作用是為負(fù)載提供穩(wěn)定的直流電。同時(shí)太陽能光伏器件101由PWM開關(guān)115調(diào)節(jié)后向蓄電池103進(jìn)行充電，當(dāng)PWM開關(guān)115的脈沖寬度為O時(shí)，將沒有電流為蓄電池充電。當(dāng)通斷控制器113設(shè)置為通時(shí)，蓄電池為負(fù)載供電，PWM開關(guān)114對(duì)蓄電池供電進(jìn)行穩(wěn)壓。當(dāng)通斷控制器112和通斷控制器113都被設(shè)置為斷時(shí)，將沒有對(duì)負(fù)載供電。另外，在圖I 中，U(107)、1(108)、U/I (109)、U/I (110)和 I(Ill)分別為對(duì)電路中電壓電流的測(cè)量，MCU用以計(jì)算并控制PWM開關(guān)114調(diào)節(jié)負(fù)載供電和控制PWM開關(guān)115調(diào)節(jié)蓄電池充電以及過壓、過流、欠壓保護(hù)；T(117)、T(118)和T(119)分別對(duì)蓄電池溫度、負(fù)載供電功率電路、蓄電池充電功率電路進(jìn)行溫度測(cè)量，MCU用以計(jì)算并進(jìn)行溫度補(bǔ)償以及高溫保護(hù)。整個(gè)太陽能現(xiàn)場(chǎng)電源系統(tǒng)在MCU控制電路105的控制下工作，為了保證控制電路的工作，MCU電源電路104通時(shí)向太陽能發(fā)電和蓄電池取電，然后向MCU控制電路105供電。MCU控制電路105還通過其數(shù)據(jù)輸出接口 116向其它協(xié)同工作系統(tǒng)、上位機(jī)以及信息管理系統(tǒng)報(bào)告實(shí)時(shí)工作數(shù)據(jù)以及電量數(shù)據(jù)。如圖2所示，作為本實(shí)用新型系統(tǒng)的方案二，其與方案一相比，區(qū)別在于方案二中減少了通斷控制器112和電流測(cè)量點(diǎn)1(108)。如圖3所示，作為本實(shí)用新型系統(tǒng)的方案三，其與方案二相比，區(qū)別在于方案三中將通斷控制器113改編成了 PWM開關(guān)113，以便對(duì)蓄電池輸出電壓進(jìn)行調(diào)壓。如圖4所示，上述三個(gè)方案中的大功率器件的散熱和測(cè)溫結(jié)構(gòu)分別由PCB板401、大功率元件402、大功率元件散熱片403以及測(cè)溫元件404構(gòu)成。需要強(qiáng)調(diào)的是，系統(tǒng)中的太陽能光伏器件還能更換為風(fēng)能發(fā)電裝置或者機(jī)械能發(fā)電裝置等其他形式的發(fā)電裝置。如圖5所示，該圖為系統(tǒng)通過程序設(shè)定的處理流程，具體如下(I)太陽能發(fā)電為負(fù)載供電的優(yōu)先級(jí)高于為蓄電池充電的優(yōu)先級(jí)，所以當(dāng)有太陽能發(fā)電時(shí)首先滿足負(fù)載供電的需要；[0042](2)當(dāng)太陽能發(fā)電不能滿足負(fù)載供電的需要、同時(shí)蓄電池儲(chǔ)存的電量可以滿足負(fù)載供電時(shí)，采用蓄電池為負(fù)載供電；(3)當(dāng)太陽能發(fā)電和蓄電池儲(chǔ)存電量之和不能滿足負(fù)載供電的需要，系統(tǒng)將停止對(duì)負(fù)載供電；(4)當(dāng)太陽能發(fā)電不能滿足負(fù)載供電的需要，將這部分發(fā)電用于蓄電池充電。如圖6所示，該圖為系統(tǒng)判斷是否切換到太陽能發(fā)電直接供電的流程圖。其中，當(dāng)負(fù)載供電從蓄電池供電切換到太陽能發(fā)電直接供電時(shí)，需要對(duì)太陽能發(fā)電的帶載能力進(jìn)行確認(rèn)，為此我們采用臨時(shí)打開蓄電池充電調(diào)節(jié)PWM開關(guān)115，通過U(IlO)采集到蓄電池充電的電壓值和電流值的乘積來確定太陽能發(fā)電能夠是否滿足負(fù)載供電的需要，最后決定是否切換到太陽能發(fā)電直接供電。如圖7所示，該圖為系統(tǒng)對(duì)蓄電池容量或者對(duì)充電電流的設(shè)定流程圖。其中，首先設(shè)定蓄電池額定容量或者恒流充電電流，然后計(jì)算和保存恒流充電電流，接著取蓄電池電壓、電流、蓄電池溫度等參數(shù)；如果符合涓流充電條件，就設(shè)定為涓流充電；如果符合恒流充電條件，就設(shè)定為恒流充電；如果符合恒壓充電條件，就設(shè)定為恒壓充電；如果符合浮充充電條件，就設(shè)定為浮充充電；如果皆不符合則生成蓄電池錯(cuò)誤報(bào)告。上述流程通過對(duì)蓄電池容量或者對(duì)充電電流的設(shè)定來滿足不同容量蓄電池對(duì)充電電流的需要，利于蓄電池壽命的延長(zhǎng)和蓄電池充滿電后的長(zhǎng)時(shí)間為負(fù)載供電。以上顯示和描述了本實(shí)用新型的基本原理和主要特征和本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本實(shí)用新型不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說明書中描述的只是說明本實(shí)用新型的原理，在不脫離本實(shí)用新型精神和范圍的前提下，本實(shí)用新型還會(huì)有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本實(shí)用新型范圍內(nèi)。本實(shí)用新型要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。
權(quán)利要求1.太陽能現(xiàn)場(chǎng)電源系統(tǒng)，包括太陽能光伏器件、濾波電路、負(fù)載供電電路、蓄電池、MCU電源電路以及MCU控制電路；其特征在于，所述太陽能光伏器件與蓄電池通過電路連接實(shí)現(xiàn)對(duì)蓄電池的充電，所述太陽能光伏器件與蓄電池之間設(shè)有一用來調(diào)節(jié)充電能量供給的PWM開關(guān)；所述太陽能光伏器件與濾波電路通過電路連接實(shí)現(xiàn)直接供電，所述太陽能光伏器件與濾波電路之間設(shè)有一用來調(diào)節(jié)能量供給的PWM開關(guān)；所述蓄電池與濾波電路通過電路連接實(shí)現(xiàn)蓄電池供電，所述蓄電池與濾波電路之間設(shè)有一控制通斷的通斷控制器；所述濾波電路通過電路連接向負(fù)載供電電路提供穩(wěn)定的電力；所述MCU電源電路通過分別連接太陽能光伏器件或蓄電池來取電，同時(shí)給所連接的MCU控制電路供電。
2.根據(jù)權(quán)利要求I的太陽能現(xiàn)場(chǎng)電源系統(tǒng)，其特征在于，所述太陽能光伏器件與濾波電路之間設(shè)有一控制通斷的通斷控制器。
3.根據(jù)權(quán)利要求I的太陽能現(xiàn)場(chǎng)電源系統(tǒng)，其特征在于，所述蓄電池與濾波電路之間>所設(shè)的通斷控制器還可以替換為PWM開關(guān)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I或2或3的太陽能現(xiàn)場(chǎng)電源系統(tǒng)，其特征在于，所述MCU控制電路通過其數(shù)據(jù)輸出接口向其它協(xié)同工作系統(tǒng)、上位機(jī)以及信息管理系統(tǒng)報(bào)告實(shí)時(shí)工作數(shù)據(jù)以及電量數(shù)據(jù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的太陽能現(xiàn)場(chǎng)電源系統(tǒng)，其特征在于，所述太陽能光伏器件能更換為風(fēng)能發(fā)電裝置或者機(jī)械能發(fā)電裝置。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種太陽能現(xiàn)場(chǎng)電源系統(tǒng)，包括太陽能光伏器件、濾波電路、負(fù)載供電電路、蓄電池、MCU電源電路以及MCU控制電路；所述太陽能光伏器件與蓄電池通過電路連接實(shí)現(xiàn)對(duì)蓄電池的充電，所述太陽能光伏器件與蓄電池之間設(shè)有一用來調(diào)節(jié)充電能量供給的PWM開關(guān)；所述太陽能光伏器件與濾波電路通過電路連接實(shí)現(xiàn)直接供電，所述太陽能光伏器件與濾波電路之間設(shè)有一用來調(diào)能量供給的PWM開關(guān)；所述蓄電池與濾波電路通過電路連接實(shí)現(xiàn)蓄電池供電，所述蓄電池與濾波電路之間設(shè)有一控制通斷的通斷控制器；所述濾波電路通過電路連接向負(fù)載供電電路提供穩(wěn)定的電力；所述MCU電源電路通過分別連接太陽能光伏器件和蓄電池來取電，同時(shí)給所連接的MCU控制電路供電。
文檔編號(hào)H02J7/00GK202696185SQ20122022030
公開日2013年1月23日 申請(qǐng)日期2012年5月16日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月16日
發(fā)明者吳勇彪 申請(qǐng)人:上海橋茵自動(dòng)化設(shè)備有限公司