專利名稱：汽車全景天窗式太陽電池充電自動控制系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
汽車全景天窗式太陽電池充電自動控制系統(tǒng)技術領域[0001]本實用新型涉及新能源及自動控制領域，具體涉及一種新型汽車全景天窗式太 陽電池充電自動控制系統(tǒng)。
背景技術：
[0002]太陽能作為一種新的能源，具有無限性、可與常規(guī)電力構架匹配以及無地域應 用限制等特點已經成為各國政府可持續(xù)發(fā)展新型能源的首選。太陽能電池可以高效率及 直接將太陽能轉換為電能，對環(huán)境不產生任何污染。汽車全景天窗式太陽電池充電自動 控制系統(tǒng)主要為延長電瓶的使用壽命而對電瓶進行補充充電。[0003]目前汽車電瓶普遍存在使用壽命較短(一般2年左右)和冬天啟動困難的問題， 一般小型汽車瞬間啟動電流根據車型不同大約在300-400A左右，因此要求電瓶提供足夠 的電流。另外，由于現(xiàn)在城市內普遍存在交通道路擁擠問題，尤其在上下班高峰期間汽 車的行駛速度一般不超過60公里/小時。汽車低轉速運轉走走停停，而且城市內普遍 行駛路途較近，同時存在頻繁啟動問題，因此汽車發(fā)電機很難產生足夠的電能向電瓶充 電。如此往復，電瓶長期處于虧電狀態(tài)，縮短了電瓶的使用時間。發(fā)明內容[0004]本實用新型的目的是提供一種可延長汽車電瓶的使用壽命的汽車全景天窗式太 陽電池充電自動控制系統(tǒng)。[0005]本實用新型汽車全景天窗式太陽電池充電自動控制系統(tǒng)，包括太陽電池1、充電 控制2、單片機系統(tǒng)3、電瓶與檢測保護4、電瓶過放控制5;[0006]充電控制2由充電電流控制22、PWM放大及驅動21、充電保護23、充電指示 24,防反充25組成。[0007]單片機系統(tǒng)3包括穩(wěn)壓電源31、單片機32;穩(wěn)壓電源31直接和單片機連接，為 單片機提供電源，由單片機32產生的PWM脈沖連接到充電控制2 ；單片機32同時和電 瓶與檢測保護4、電瓶過放控制5連接；[0008]電瓶及檢測控制包括電瓶41、電壓檢測42、電流檢測43;電瓶41和充電控制2 連接，同時和電壓檢測42及電瓶過放控制5連接；電壓檢測42和電流檢測43同時連接 到單片機系統(tǒng)3。[0009]充電控制2包括充電電流控制22、PWM放大及驅動21、充電保護23、充電指 示對、防反充25。其中充電電流控制22由MOS大功率管Q2組成見附圖3，其中Q2的 源極、漏極并聯(lián)在太陽電池的輸出端，柵極與PWM放大及驅動21連接。PWM放大及 驅動21分四路分別連接充電電流控制22、充電狀態(tài)指示M、充電保護23和單片機系統(tǒng) 3，防反充25分別連接到太陽電池1、充電單元22、電瓶及檢測保護4，充電電流控制22 同時并聯(lián)在太陽電池1兩端，電瓶過放控制5直接控制繼電器的通斷。[0010]所述的報警驅動電路51和單片機32連接。電路圖中由Ul的7腳輸出和三極管Q3及蜂鳴器組成，見附圖3;由單片機系統(tǒng)中產生的PWM脈沖控制并接在太陽電池 輸出端的大功率MOS管控制、調整充電電流，同時由單片機輸出的數(shù)字信號通過三極管 Q4控制汽車點火開關的通斷及通過三極管Q3輸出報警信號。[0011]過放控制52，過放控制52通過三極管Q4控制繼電器的通斷見附圖3。[0012]太陽電池由固定和開啟兩部分組成，太陽電池二 6(圖4斜線部分所包括的矩形 面積)組成開啟式天窗、太陽電池三7組成固定式天窗，整個天窗通過框架8鑲嵌在汽車 頂部，大小及功率視汽車尺寸而定。[0013]用太陽電池板代替全景天窗安裝在汽車頂部。太陽電池板由固定和開啟兩部分 組成，既可以作為天窗使用，同時可向汽車電瓶進行補充充電。該系統(tǒng)和汽車發(fā)電機供 電系統(tǒng)相互獨立，即可同時向電瓶充電，也可單獨工作。汽車行駛時汽車發(fā)電機和太陽 電池同時向電瓶充電，當汽車停駛熄火后只要有陽光太陽電池就可以通過控制系統(tǒng)繼續(xù) 向電瓶充電。如果汽車長期停駛在陽光下太陽電池始終向電瓶充電，當電瓶充滿時控制 系統(tǒng)自動轉為涓流充電，可以抵消電瓶的自放電，大大延長電瓶的使用壽命。[0014]本汽車全景天窗式太陽電池充電自動控制系統(tǒng)由太陽電池板、自動充電控制 器、充電二極管及電瓶組成。自動充電控制器電路是利用太陽電池內阻大的特點在太陽 電池輸出端并接一支大功率場效應MOS開關管Q2后通過充電二極管直接和電瓶連接， 最大限度的提高了充電效率。充電電流的調節(jié)是通過調整太陽電池輸出端并接開關管Q2 的內阻來控制。系統(tǒng)內部AVR單片機將電瓶的實際電壓值通過和預設值比較和計算后調 整PWM脈沖的占空比控制開關管的導通程度來調整充電電流。當電瓶實際電壓達到預 設值電壓后，PWM脈沖的占空比變?yōu)樽钚?，即開關管導通時間長，截止時間短，脈沖充 電電流達到最小。即電瓶充滿時控制系統(tǒng)自動轉為涓流充電。汽車啟動后隨著蓄電池電 壓的降低，PWM脈沖的占空比不斷變大，充電電流也逐漸變大。由于充電回路中不存在 控制充電元件及限流電阻，所以提高了充電效率。[0015]小型汽車瞬間啟動電流很大，而電瓶失效主要表現(xiàn)在無法在瞬間提供大電流導 致汽車啟動困難。本系統(tǒng)中電瓶的過放控制是在起動機的輸入回路連接電流傳感器T， 單片機通過將電瓶的電流檢測信號和預設值比較，經計算后輸出的數(shù)字控制信號。當電 瓶實際提供電流值低于過放設定值時，繼電器斷開汽車點火開關，用以避免無效頻繁啟 動使電瓶過放電損壞電瓶。當電瓶充電后高于工作預設值時自動接通點火開關，因此可 保護電瓶及延長蓄電池的使用壽命。[0016]主要應用于各種小型汽車的生產和改裝。太陽電池板根據汽車尺寸鑲嵌在汽車 頂部。主要用于汽車電瓶補充充電，延長電瓶的使用壽命。[0017]本實用新型的有益效果是[0018]1、采用了直充式設計，即太陽電池和電瓶直接連接，使控制系統(tǒng)發(fā)揮出最大的 充電效率。[0019]2、通過調整PWM脈沖的占空比改變MOS管的導通和截止時間實現(xiàn)充電電流的調整，使充電電流穩(wěn)定。[0020]3、采用了內置A/D轉換的單片機控制，軟件實現(xiàn)了電壓比較，報警控制，信號 燈點亮時間控制。電壓控制精確，硬件電路簡單。[0021]4、該控制系統(tǒng)結構簡單，自動化程度高，輸出功率可根據太陽電池功率調整。[0022]5、控制電路輸出串有低內阻肖特基功率二極管，可防止發(fā)電機充電電流流向太 陽電池板，增加了系統(tǒng)的可靠性。


[0023]圖1總體結構圖[0024]圖2原理框圖[0025]圖3電路原理圖[0026]圖4太陽電池板安裝示意圖具體實施方式
[0027]實施例1[0028]結合說明書附圖對本實用新型作進一步說明[0029]如圖1所示，該控制系統(tǒng)由充電控制2、單片機系統(tǒng)3、電瓶及檢測控制4、電瓶 過放控制5組成。[0030]圖2為原理框圖、圖3是電路原理圖、圖4是太陽電池板安裝示意圖[0031]本控制系統(tǒng)控制16V太陽電池向12V電瓶充電，太陽電池輸出功率視汽車頂部 尺寸而定。太陽電池和電瓶同時向控制系統(tǒng)提供電源。在充電控制2中；由單片機輸 出正向的PWM脈沖，經過放大及驅動21后，脈沖占空比的改變使源、漏極直接接在太 陽電池兩端的大功率MOS管Q2內阻發(fā)生變化。當電瓶實際電壓充到單片機的預設過充 值14V時，單片機控制頻率為IOHZ的PWM脈沖的占空比變小，使Q2管內阻變小，導 通程度變大，充電電流減小，使蓄電池處于維持充電狀態(tài)。因此，PWM脈沖的占空比 在單片機的控制下，根據電瓶的實際電位在不斷調整，始終保持在最佳的充電狀態(tài)。由 于控制系統(tǒng)實際工作中充電電流控制22中MOS管Q2受PWM脈沖占空比控制始終處于 導通、截止的不斷轉換中以及MOS管本身存在內阻，所以太陽電池不會被短路，但充電 電流將變小，即處于維持充電狀態(tài)。在MOS管Q2截止時，太陽電池直接通過防反充25 接在電瓶的正極，以最大的充電電流對電瓶充電。[0032]當電瓶電壓下降達到單片機預設過放點10.5V時，單片機將檢測到的電瓶41電 壓信號和預設電壓比較經計算后輸出的控制信號使報警驅動電路51中三極管Q4導通，汽 車將發(fā)出報警信號同時控制繼電器常閉觸點斷開，切斷汽車點火開關使汽車無法啟動。 同樣電流傳感器T將實時檢測啟動電流，由單片機將電流檢測信號和預設值比較。當電 瓶實際提供電流值低于設定值時，繼電器也斷開汽車點火開關，用以避免無效頻繁啟動 使電瓶過放電而損壞電瓶。當電瓶充電后高于工作預設值時自動接通點火開關。當汽車 停駛熄火后只要有陽光太陽電池就可以通過控制系統(tǒng)繼續(xù)向電瓶充電。當電瓶充滿時控 制系統(tǒng)自動轉為涓流充電，這樣可以抵消電瓶的自放電，大大延長電瓶的使用壽命。[0033]單片機是由電瓶通過穩(wěn)壓電源31供電，經過軟件設計好的控制信號分別從圖3 中單片機的5、7腳輸出的控制信號直接控制報警和切斷點火開關電路。
權利要求1.一種汽車全景天窗式太陽電池充電自動控制系統(tǒng)，其特征在于它包括太陽電池 (1)、充電控制O)、單片機系統(tǒng)(3)、電瓶與檢測保護G)、電瓶過放控制(5)；充電控制O)由充電電流控制02)、PWM放大及驅動01)、充電保護03)、充電 指示(24)、防反充(25)組成；單片機系統(tǒng)C3)包括穩(wěn)壓電源(31)、單片機(3 ；穩(wěn)壓電源(31)直接和單片機連 接，為單片機提供電源，由單片機(32)產生的PWM脈沖連接到充電控制；單片機 (32)同時和電瓶與檢測保護G)、電瓶過放控制(5)連接；電瓶及檢測控制包括電瓶G1)、電壓檢測G2)、電流檢測03)；電瓶和充電 控制( 連接，同時和電壓檢測0 及電瓶過放控制( 連接；電壓檢測0 和電流檢 測(43)同時連接到單片機系統(tǒng)(3)。
2.據權利要求1所述的汽車全景天窗式太陽電池自動充電控制系統(tǒng)，其特征在于充電控制(2)包括充電電流控制(22)、PWM放大及驅動01)、充電保護03)、充電指示04)、防反充05)；其中充電電流控制02)由MOS大功率管Q2組成，其中Q2 的源極、漏極并聯(lián)在太陽電池的輸出端，柵極與PWM放大及驅動連接；PWM放大 及驅動分四路分別連接充電電流控制02)、充電狀態(tài)指示04)、充電保護03)和 單片機系統(tǒng)(3)，防反充05)分別連接到太陽電池(1)、充電單元02)、電瓶及檢測保護 (4),充電電流控制0 同時并聯(lián)在太陽電池(1)兩端，電瓶過放控制( 直接控制繼電 器的通斷。
3.根據權利要求1所述的汽車全景天窗式太陽電池自動充電控制系統(tǒng)，其特征在于 所述的報警驅動電路(51)和單片機(3 連接；由單片機系統(tǒng)中產生的PWM脈沖控制并 接在太陽電池輸出端的大功率MOS管控制、調整充電電流，同時由單片機輸出的數(shù)字信 號通過三極管(Q4)控制汽車點火開關的通斷及通過三極管輸出報警信號。
4.根據權利要求1所述的汽車全景天窗式太陽電池自動充電控制系統(tǒng)，其特征在于 過放控制(52)，過放控制(52)通過三極管(Q4)控制繼電器的通斷。
5.根據權利要求1所述的汽車全景天窗式太陽電池自動充電控制系統(tǒng)，其特征在于 太陽電池由固定和開啟兩部分組成，太陽電池二(6)組成開啟式天窗、太陽電池三(7)組 成固定式天窗，整個天窗通過框架8鑲嵌在汽車頂部。
專利摘要一種汽車全景天窗式太陽電池充電自動控制系統(tǒng)，本實用新型涉及新能源及自動控制領域，具體涉及一種新型汽車全景天窗式太陽電池充電自動控制系統(tǒng)。本實用新型汽車全景天窗式太陽電池充電自動控制系統(tǒng)，包括太陽電池、充電控制、單片機系統(tǒng)、電瓶與檢測保護、電瓶過放控制；充電控制由充電電流控制、PWM放大及驅動、充電保護、充電指示、防反充組成。單片機系統(tǒng)包括穩(wěn)壓電源、單片機；穩(wěn)壓電源直接和單片機連接，為單片機提供電源，由單片機產生的PWM脈沖連接到充電控制；單片機同時和電瓶與檢測保護、電瓶過放控制連接。電壓控制精確，硬件電路簡單。該控制系統(tǒng)結構簡單，自動化程度高，輸出功率可根據太陽電池功率調整?？刂齐娐份敵龃械蛢茸栊ぬ鼗β识O管，可防止發(fā)電機充電電流流向太陽電池板，增加了系統(tǒng)的可靠性。
文檔編號H02J7/00GK201813175SQ20102022227
公開日2011年4月27日 申請日期2010年6月11日 優(yōu)先權日2010年6月11日
發(fā)明者程如歧, 趙庚申, 趙耀, 郭天勇 申請人:南開大學