專(zhuān)利名稱(chēng)：電源控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種電源控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著人類(lèi)的不斷發(fā)展，能源消耗越來(lái)越大，同時(shí)對(duì)環(huán)境的影響也越來(lái)越大，整個(gè)社 會(huì)將更多的注意力轉(zhuǎn)向了新能源的開(kāi)發(fā)，取之不竭的太陽(yáng)能無(wú)疑成為了目前開(kāi)發(fā)熱點(diǎn)之 一。由于太陽(yáng)能電池往往需要有足夠強(qiáng)的光照條件下才能供電，并且存在光電轉(zhuǎn)換板受光 面積小，光電轉(zhuǎn)換效率不高，造成不穩(wěn)定的問(wèn)題。因而通常通過(guò)大量太陽(yáng)能電池方陣對(duì)蓄電 池進(jìn)行充電，再由蓄電池向負(fù)載供電。因此，采用較優(yōu)的方法控制太陽(yáng)能電池對(duì)蓄電池的充 電對(duì)于太陽(yáng)能電池系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，顯得尤為重要。太陽(yáng)能只能在白天而且光照足夠強(qiáng)的情況下才能供電，如果考慮到蓄電池需要一 天24小時(shí)不間斷的工作，僅僅太陽(yáng)能可能是不夠的，所以有必要同時(shí)也引進(jìn)220V市電的供 電，220V市電可作為太陽(yáng)能的補(bǔ)充，當(dāng)有足夠光照的時(shí)候，自動(dòng)切換成為太陽(yáng)能供電，當(dāng)太 陽(yáng)能不能再供電時(shí)，而且當(dāng)蓄電池的電壓降低到一定值的時(shí)候，開(kāi)始自動(dòng)切換到市電的供 H1^ ο當(dāng)把電源放到戶(hù)外工作的時(shí)候，不可能派人每天24小時(shí)看著它供電是否正常，這 也不現(xiàn)實(shí)，所以有必要做到可以在室內(nèi)通過(guò)某種手段自動(dòng)地獲得電源目前的供電狀況，串 口和網(wǎng)口是目前比較通用的通信手段。因此，需要一種智能切換太陽(yáng)能、市電和蓄電池供電，并且能夠通過(guò)一定渠道通信 控制電源分流輸出狀態(tài)以及獲取電源供電情況的智能電源控制系統(tǒng)，這樣可以保證供電的 連續(xù)性，也可以充分利用到太陽(yáng)能，既環(huán)保又方便。
實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種可以保持持 續(xù)、穩(wěn)定利用太陽(yáng)能、市電和蓄電池智能切換供電，并且能實(shí)時(shí)監(jiān)控電源供電情況的電源控 制系統(tǒng)。本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案是本實(shí)用新型包括電源控制器、太陽(yáng)能電池、蓄電 池、電網(wǎng)電源和負(fù)載，所述電源控制器與所述太陽(yáng)能電池、蓄電池、電網(wǎng)電源和負(fù)載對(duì)應(yīng)連 接，所述電源控制器檢測(cè)并控制所述太陽(yáng)能電池、蓄電池、電網(wǎng)電源的工作狀態(tài)，保障向所 述負(fù)載輸送電力，所述電網(wǎng)電源包括市電經(jīng)開(kāi)關(guān)電源后的直流電源，本實(shí)用新型包括工作 狀態(tài)和電壓檢測(cè)電路、電源輸出控制電路、MCU供電電路、MCU主控電路、串口通信電路、蓄 電池充電狀態(tài)切換電路、蓄電池過(guò)充/放保護(hù)電路、工作程序控制裝置，所述MCU供電電路 連接所述太陽(yáng)能電池、蓄電池、電網(wǎng)電源，所述MCU主控電路分別與所述工作狀態(tài)和電壓檢 測(cè)電路、電源輸出控制電路、MCU供電電路、串口通信電路、蓄電池充電狀態(tài)切換電路、蓄電 池過(guò)放電保護(hù)電路、工作程序控制裝置電連接，所述MCU主控電路接受所述工作狀態(tài)和電
3壓檢測(cè)電路傳輸?shù)男盘?hào)并與所述串口通信電路和工作程序控制裝置進(jìn)行交換處理后對(duì)所 述電源輸出控制電路、蓄電池充電狀態(tài)切換電路、蓄電池過(guò)充/放保護(hù)電路實(shí)施控制。所述太陽(yáng)能電池與所述電源控制器之間設(shè)置有太陽(yáng)能電池放電繼電器，所述電網(wǎng) 電源與所述電源控制器之間設(shè)置有市電放電繼電器，所述蓄電池和所述蓄電池過(guò)充/放保 護(hù)電路之間設(shè)置有蓄電池過(guò)充保護(hù)開(kāi)關(guān)、蓄電池過(guò)放保護(hù)開(kāi)關(guān)。所述工作程序控制裝置包括MCU并連接有相應(yīng)的編程接口、復(fù)位開(kāi)關(guān)及輸入輸出 輔助端子。本實(shí)用新型的有益效果是由于本實(shí)用新型包括工作狀態(tài)和電壓檢測(cè)電路、電源 輸出控制電路、MCU供電電路、MCU主控電路、串口通信電路、蓄電池充電狀態(tài)切換電路、蓄 電池過(guò)充/放保護(hù)電路、工作程序控制裝置，所述MCU供電電路連接所述太陽(yáng)能電池、蓄電 池、電網(wǎng)電源，所述MCU主控電路與所述工作狀態(tài)和電壓檢測(cè)電路、電源輸出控制電路、MCU 供電電路、串口通信電路、蓄電池充電狀態(tài)切換電路、蓄電池過(guò)充/放保護(hù)電路、工作程序 控制裝置電連接，所述MCU主控電路接受所述工作狀態(tài)和電壓檢測(cè)電路傳輸?shù)男盘?hào)與所述 串口通信電路和工作程序控制裝置進(jìn)行交換處理后對(duì)所述電源輸出控制電路、蓄電池充電 狀態(tài)切換電路、蓄電池過(guò)充/放保護(hù)電路實(shí)施控制，優(yōu)先采太陽(yáng)能電池池給蓄電池充電和 負(fù)載供電，太陽(yáng)能電池池功率不足時(shí)切換為交流市電給蓄電池充電和負(fù)載供電，所以本實(shí) 用新型是一種可以保持持續(xù)、穩(wěn)定利用太陽(yáng)能、市電和蓄電池智能切換供電，并且能實(shí)時(shí)監(jiān) 控電源供電情況的電源控制系統(tǒng)。
圖1是本實(shí)用新型電路結(jié)構(gòu)框圖；圖2是本實(shí)用新型工作程序控制裝置主程序控制流程示意圖；圖3是本實(shí)用新型工作程序控制裝置自檢程序控制流程示意圖；圖4是本實(shí)用新型工作程序控制裝置AD轉(zhuǎn)換程序控制流程示意圖。
具體實(shí)施方式
如圖1所示，本實(shí)用新型包括電源控制器1、太陽(yáng)能電池2、蓄電池3、電網(wǎng)電源4和 負(fù)載5，所述電源控制器1與所述太陽(yáng)能電池2、蓄電池3、電網(wǎng)電源4和負(fù)載5對(duì)應(yīng)連接， 所述電源控制器1檢測(cè)并控制所述太陽(yáng)能電池2、蓄電池3、電網(wǎng)電源4的工作狀態(tài)，保障向 所述負(fù)載5輸送電力，所述電網(wǎng)電源4包括市電經(jīng)開(kāi)關(guān)電源后的直流電源，所述電源控制器 1包括工作狀態(tài)和電壓檢測(cè)電路11、電源輸出控制電路12、MCU供電電路13、MCU主控電路 14、串口通信電路15、蓄電池充電狀態(tài)切換電路16、蓄電池過(guò)充/放保護(hù)電路17、工作程序 控制裝置18，所述MCU供電電路13連接所述太陽(yáng)能電池2、蓄電池3、電網(wǎng)電源4，所述MCU 主控電路14與所述工作狀態(tài)和電壓檢測(cè)電路11、電源輸出控制電路12、MCU供電電路13、 串口通信電路15、蓄電池充電狀態(tài)切換電路16、蓄電池過(guò)充/放保護(hù)電路17、工作程序控 制裝置18電連接，所述MCU主控電路14接受所述工作狀態(tài)和電壓檢測(cè)電路11傳輸?shù)男盘?hào) 與所述串口通信電路15和工作程序控制裝置18進(jìn)行交換處理后對(duì)所述電源輸出控制電路 12、蓄電池充電狀態(tài)切換電路16、蓄電池過(guò)充/放保護(hù)電路17實(shí)施控制。所述太陽(yáng)能電池2與所述電源控制器1之間設(shè)置有太陽(yáng)能電池放電繼電器K1，所述電網(wǎng)電源4與所述電源控制器1之間設(shè)置有市電放電繼電器K2，所述蓄電池3和所述蓄 電池過(guò)充/放保護(hù)電路17之間設(shè)置有蓄電池過(guò)充保護(hù)開(kāi)關(guān)Ml、蓄電池過(guò)放保護(hù)開(kāi)關(guān)M2。所述工作程序控制裝置18包括MCU并連接有相應(yīng)的編程接口、復(fù)位開(kāi)關(guān)及輸入輸 出輔助端子。本實(shí)施例中，具體設(shè)計(jì)和制作原理及方法如下一、邏輯和功能設(shè)計(jì)說(shuō)明 1、太陽(yáng)能電池、交流市電、蓄電池三者供電輸入可選配置。所述交流市電是指電網(wǎng) 電源，它是包括經(jīng)過(guò)開(kāi)關(guān)電源后的直流電源，太陽(yáng)能電池最大可配置300W，蓄電池最大配置 130AH/12V。建議擇優(yōu)的配置為太陽(yáng)能電池100W，蓄電池65AH/12V。本控制器支持的組合 為市電；蓄電池；市電+蓄電池；太陽(yáng)能電池+蓄電池；市電+太陽(yáng)能電池+蓄電池等各種 配置模式，另不支持太陽(yáng)能電池模式，且市電+太陽(yáng)能電池模式等同只接市電模式。2、蓄電池支持太陽(yáng)能電池和市電兩種充電方式，太陽(yáng)能電池采用浮充、市電采用 均壓充電，互為備用。優(yōu)先使用太陽(yáng)能電池給蓄電池充電和負(fù)載供電，待太陽(yáng)能電池功率不 夠后改由市電給蓄電池充電和負(fù)載供電，太陽(yáng)能電池功率判斷電壓為18. 5V，若超過(guò)該電壓 則由太陽(yáng)能電池充電，否則改由市電充電，控制器具備蓄電池過(guò)充保護(hù)，保護(hù)電壓為14. 4V， 并給出LED狀態(tài)指示，保護(hù)為熄滅狀態(tài)。保護(hù)后停止充電，由蓄電池放電，放電致13. 2V恢 復(fù)充電。3、當(dāng)沒(méi)有太陽(yáng)能電池和市電狀態(tài)下由蓄電池給負(fù)載供電，具備蓄電池過(guò)放保護(hù)， 斷開(kāi)輸出電壓，停止給負(fù)載供電，保護(hù)電壓為11V，并給出LED狀態(tài)指示，保護(hù)為熄滅狀態(tài)。 過(guò)放保護(hù)后，蓄電池繼續(xù)給電源控制器供電，當(dāng)配置130AH/12的蓄電池時(shí)，過(guò)放保護(hù)后到 蓄電池真正過(guò)放經(jīng)驗(yàn)保護(hù)點(diǎn)10. 5V，可保持電源自身工作至少7天。4、當(dāng)太陽(yáng)能電池或市電恢復(fù)后可給蓄電池充電，蓄電池電壓超過(guò)11. 4V后恢復(fù)電 壓輸出，負(fù)載可正常工作，實(shí)現(xiàn)自啟動(dòng)功能。5、本地控制單元的供電由市電、太陽(yáng)能電池、蓄電池三者任其一供電。6、輸出電壓為12VDC(10. 5V 14. 5V)和5VDC(4. 5V 5. 5V)，輸出最大負(fù)載電流 為10A。另還有1路通過(guò)跳線選擇12V或5V可控輸出，輸出最大負(fù)載電流為3A。各個(gè)輸出 口具備短路/過(guò)載保護(hù)功能。7、蓄電池充放電狀態(tài)，充電類(lèi)型、蓄電池電壓、市電是否掉電等信息的檢測(cè)，并通 過(guò)上述的串口通信電路15實(shí)現(xiàn)和上一級(jí)控制單元進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，同時(shí)還有可接收控制指 令，實(shí)現(xiàn)本地控制。8、另面板結(jié)構(gòu)上還有對(duì)MCU的編程口和復(fù)位開(kāi)關(guān)，太陽(yáng)能電池、蓄電池和220VAC 交流輸入都是通過(guò)電源箱面板的連接器從電源箱的外部接入。電源設(shè)計(jì)中，需要新設(shè)計(jì) E-PMB電源管理單板，單板上支持DC/DC模塊以及必要的輸入、輸出接口，單板與開(kāi)關(guān)電源 共同構(gòu)成電源控制器，兩者之間通過(guò)連線實(shí)現(xiàn)連接。二、運(yùn)行設(shè)計(jì)1、運(yùn)行過(guò)程本設(shè)計(jì)最主要是實(shí)現(xiàn)了太陽(yáng)能電池、交流市電、蓄電池三者充放電管理，并將電源 運(yùn)行狀態(tài)通過(guò)串口通信電路15和上層控制單元進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。其中電源充放電的具體運(yùn) 行過(guò)程如下[0032]1)、系統(tǒng)優(yōu)先采太陽(yáng)能電池池給蓄電池充電和負(fù)載供電；2)、太陽(yáng)能電池池功率不足時(shí)切換為交流市電給蓄電池充電和負(fù)載供電；3)、太陽(yáng)能電池池不足且交流市電斷電狀態(tài)下自動(dòng)切換為蓄電池輸出放電給負(fù)載
{共 O2、系統(tǒng)邏輯流程系統(tǒng)運(yùn)行的具體說(shuō)明如下(當(dāng)配置好電源輸入上電后和更改配置，要按下復(fù)位鍵 重啟，Kl太陽(yáng)能電池池放電繼電器、K2為市電放電繼電器、Ml為蓄電池過(guò)充保護(hù)開(kāi)關(guān)、M2 為蓄電池過(guò)放保護(hù)開(kāi)關(guān))當(dāng)是太陽(yáng)能電池池+開(kāi)關(guān)電源+蓄電池的組合時(shí)，在初始狀態(tài)工作程序控制裝置 18啟動(dòng)自檢程序(如圖3所示)，檢查是否配有市電和蓄電池。然后啟動(dòng)主程序(如圖2 所示)，在上電后檢測(cè)交流市電狀態(tài)，有交流市電則Kl斷開(kāi)、K2閉合、AD轉(zhuǎn)換(其AD轉(zhuǎn)換 流程如圖4所示)，M1、M2閉合，由市電給蓄電池充電和輸出給設(shè)備供電(若停電則太陽(yáng)能 電池池和蓄電池給設(shè)備供電)，再檢太陽(yáng)能電池池電壓，當(dāng)其電壓大于或等于18. 5V后，此 時(shí)動(dòng)作Kl閉合、K2斷開(kāi)，改太陽(yáng)能電池池給蓄電池充電和給設(shè)備供電，之后檢測(cè)蓄電池充 放電電流，若為充電電流則維持并循環(huán)檢測(cè)該電流，若為放電電流，此時(shí)檢太陽(yáng)能電池池電 壓，判定是否是蓄電池過(guò)充保護(hù)，若是沒(méi)有過(guò)充保護(hù)，此時(shí)再次檢測(cè)交流市電，若無(wú)交流市 電則繼電器不動(dòng)作并循環(huán)以上檢測(cè)，若有交流市電則動(dòng)作Kl為斷開(kāi)，K2為閉合，由開(kāi)關(guān)電 源給蓄電池充電和給設(shè)備供電，并定時(shí)10分鐘后再次檢太陽(yáng)能電池池電壓來(lái)判定是否可 以切太陽(yáng)能電池池給蓄電池充電。如此循環(huán)，期間一旦遇到市電掉電則判定是否太陽(yáng)能電 池池連接，有則太陽(yáng)能電池池給蓄電池充電和給設(shè)備供電太陽(yáng)能電池池功率不夠和蓄電池 一起給設(shè)備供電)，無(wú)則由蓄電池輸出放電。當(dāng)然系統(tǒng)還可支持以下的配置組合方式，分別為市電、蓄電池、市電+蓄電池1)、市電。正常為Kl斷開(kāi)、K2閉合、M1、M2閉合，始終由市電輸出14V給負(fù)載供電。2)、蓄電池。正常為Kl閉合、K2斷開(kāi)，Ml、M2閉合，由蓄電池給負(fù)載供電，當(dāng)蓄電 池電壓超過(guò)14. 4V則Ml斷開(kāi)過(guò)充保護(hù)。電壓小于IlV則M2斷開(kāi)過(guò)放保護(hù)。3)、市電+蓄電池。正常為Kl斷開(kāi)、K2閉合、Ml、M2閉合。由市電給蓄電池充電 和負(fù)載供電，當(dāng)市電斷電則由蓄電池給負(fù)載供電，蓄電池電壓小于Iiv則M2斷開(kāi)過(guò)放保護(hù)。4)太陽(yáng)能電池池+蓄電池。正常為Kl閉合、K2斷開(kāi)，Ml、M2閉合，太陽(yáng)能電池池 給蓄電池充電和負(fù)載供電，當(dāng)蓄電池電超過(guò)14. 4V則Ml斷開(kāi)過(guò)充保護(hù)，有蓄電池給負(fù)載供 電。蓄電池電壓小于13. 2V后閉合Ml恢復(fù)充電；太陽(yáng)能電池池功率不足時(shí)由蓄電池太陽(yáng) 能電池池一起給負(fù)載供電，當(dāng)蓄電池電壓小于IlV則M2斷開(kāi)過(guò)放保護(hù)，蓄電池電壓恢復(fù)在 11. 4V以上則閉合M2恢復(fù)給負(fù)載供電。
權(quán)利要求一種電源控制系統(tǒng)，它包括電源控制器(1)、太陽(yáng)能電池(2)、蓄電池(3)、電網(wǎng)電源(4)和負(fù)載(5)，所述電源控制器(1)與所述太陽(yáng)能電池(2)、蓄電池(3)、電網(wǎng)電源(4)和負(fù)載(5)對(duì)應(yīng)連接，所述電源控制器(1)檢測(cè)并控制所述太陽(yáng)能電池(2)、蓄電池(3)、電網(wǎng)電源(4)的工作狀態(tài)，保障向所述負(fù)載(5)輸送電力，所述電網(wǎng)電源(4)包括市電經(jīng)開(kāi)關(guān)電源后的直流電源，其特征在于所述電源控制器(1)包括工作狀態(tài)和電壓檢測(cè)電路(11)、電源輸出控制電路(12)、MCU供電電路(13)、MCU主控電路(14)、串口通信電路(15)、蓄電池充電狀態(tài)切換電路(16)、蓄電池過(guò)充/放保護(hù)電路(17)、工作程序控制裝置(18)，所述MCU供電電路(13)連接所述太陽(yáng)能電池(2)、蓄電池(3)和電網(wǎng)電源(4)，所述MCU主控電路(14)分別與所述工作狀態(tài)和電壓檢測(cè)電路(11)、電源輸出控制電路(12)、MCU供電電路(13)、串口通信電路(15)、蓄電池充電狀態(tài)切換電路(16)、蓄電池過(guò)充/放保護(hù)電路(17)、工作程序控制裝置(18)電連接，所述MCU 主控電路(14)接受所述工作狀態(tài)和電壓檢測(cè)電路(11)傳輸?shù)男盘?hào)，并與所述串口通信電路(15)和工作程序控制裝置(18)進(jìn)行交換處理后對(duì)所述電源輸出控制電路(12)、蓄電池充電狀態(tài)切換電路(16)、蓄電池過(guò)充/放保護(hù)電路(17)實(shí)施控制。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電源控制系統(tǒng)，其特征在于所述太陽(yáng)能電池(2)與所述電 源控制器⑴之間設(shè)置有太陽(yáng)能電池放電繼電器(Kl)，所述電網(wǎng)電源(4)與所述電源控制 器(1)之間設(shè)置有市電放電繼電器(K2)，所述蓄電池(3)和所述蓄電池過(guò)充/放保護(hù)電路 (17)之間設(shè)置有蓄電池過(guò)充保護(hù)開(kāi)關(guān)(Ml)、蓄電池過(guò)放保護(hù)開(kāi)關(guān)(M2)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電源控制系統(tǒng)，其特征在于所述工作程序控制裝置(18)包 括MCU并連接有相應(yīng)的編程接口、復(fù)位開(kāi)關(guān)及輸入輸出輔助端子。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種電源控制系統(tǒng)，旨在提供一種可以保持持續(xù)、穩(wěn)定利用太陽(yáng)能、市電和蓄電池智能切換供電，并且能實(shí)時(shí)監(jiān)控電源供電情況的電源控制系統(tǒng)。本實(shí)用新型包括電源控制器(1)，它包括工作狀態(tài)和電壓檢測(cè)電路(11)、電源輸出控制電路(12)、MCU供電電路(13)、MCU主控電路(14)、串口通信電路(15)、蓄電池充電狀態(tài)切換電路(16)、蓄電池過(guò)充/放保護(hù)電路(17)、工作程序控制裝置(18)，所述工作程序控制裝置(18)包括MCU并連接有相應(yīng)的編程接口、復(fù)位開(kāi)關(guān)及輸入輸出輔助端子，本實(shí)用新型可廣泛應(yīng)用于太陽(yáng)能、市電、蓄電池組合供電系統(tǒng)。
文檔編號(hào)H02J7/02GK201750203SQ20102023933
公開(kāi)日2011年2月16日 申請(qǐng)日期2010年6月25日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月25日
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