專利名稱：市電互補太陽能充電控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電源切換的控制系統(tǒng)，特別涉及一種市電互補太陽能充電控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
太陽能既是一次能源，又是可再生能源。它資源豐富，既可免費使用，又無需運輸，對環(huán)境無任何污染。為人類創(chuàng)造了一種新的生活形態(tài)，使社會及人類進入一個節(jié)約能源減少污染的時代。太陽能作為一種清潔能源具有普遍、無害、巨大和長久的優(yōu)點。但是到達地球表面的太陽輻射的總量盡管很大，能流密度卻很低。平均說來，北回歸線附近，在垂直于太陽光方向I平方米面積上接收到的太陽能若按全年日夜平均，只有200W左右。而在冬季大致只有一半，陰天一般只有1/5左右，而且受到晝夜、季節(jié)、地理緯度和海拔高度等自然條件的限制以及晴、陰、云、雨等隨機因素的影響，所以，到達某一地面的太陽輻照度既是間斷的，又是極不穩(wěn)定的，這給太陽能的大規(guī)模應(yīng)用增加了難度。利用太陽能充電控制器，就可以很好地解決蓄能問題，即把晴朗白天的太陽輻射能盡量貯存起來，以供夜間或陰雨天使用。但在長期陰雨天，且蓄電池電量不足時，為延長蓄電池壽命和維持負載正常工作，應(yīng)根據(jù)實際需要自動切換至市電給負載供電。目前市電太陽能互補充電控制器一般根據(jù)蓄電池電壓下降到市電切換電壓點時自動切換到市電供電，而不區(qū)分電網(wǎng)用電的高峰和低谷。中國和國外有些國家實行分時電價，一般把一天分為兩段，但分的時間不同，有些用戶把低谷時間段劃成從晚7時至次日晨7時，這一時間段內(nèi)的電價大約是日間電價的70%左右，而有些用戶的低谷時段則從夜12時至凌晨7時，這一時段內(nèi)的電費更便宜，大約是日間電價的35%。因此，現(xiàn)有的市電太陽能互補充電控制器不能滿足要求，不能錯開用電高峰，充分利用電網(wǎng)資源。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是為了克服現(xiàn)有技術(shù)中，市電太陽能互補充電控制器對蓄電池充電電源和負載供電電源不能根據(jù)時間進行合理的時段配置的不足，本發(fā)明提供一種市電互補太陽能充電控制系統(tǒng)，既可以根據(jù)蓄電池電量情況進行負載供電電源切換，還可以根據(jù)時間，在用電低谷時利用市電給負載供電，并可以根據(jù)電池電量情況為蓄電池充電。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是一種市電互補太陽能充電控制系統(tǒng)，用于蓄電池充電電源和負載供電電源的切換，包括用于將蓄電池的直流電轉(zhuǎn)換成適合負載使用的交流電的逆變器、用于給蓄電池供電的太陽能電池板和用于將市電轉(zhuǎn)換成蓄電池的充電電壓的電源適配器；還包括控制器和控制執(zhí)行模塊；所述控制器包括中央處理器和數(shù)據(jù)采集模塊，所述數(shù)據(jù)采集模塊包括日歷芯片和數(shù)據(jù)采集模塊，所述數(shù)據(jù)采集模塊包括日歷芯片和用于采集太陽能電池板電壓、蓄電池電壓和負載電流的電壓電流測量電路，所述電壓電流測量電路的信號輸出端、日歷芯片的時間輸出端分別與中央處理器的信號采集端和時間采集端連接，所述中央處理器具有太陽能充電信號輸出端、市電充電信號輸出端、蓄電池充電控制信號輸出端、負載供電控制信號輸出端和逆變器供電控制信號輸出端，根據(jù)日歷芯片輸出的時間識別用電高峰和低谷，并根據(jù)太陽能電池板電壓、蓄電池電壓和負載電流輸出太陽能充電信號、市電充電信號、蓄電池充電控制信號、負載供電控制信號和逆變器供電控制信號；所述控制執(zhí)行模塊包括CMOS管開關(guān)電路和繼電器，所述CMOS管開關(guān)電路包括第一 CMOS管開關(guān)電路、第二 CMOS管開關(guān)電路、第三CMOS管開關(guān)電路和第四CMOS管開關(guān)電路，所述第一 CMOS管開關(guān)電路和第二 CMOS管開關(guān)電路的輸入端分別連接電源適配器和太陽能電池板，輸出端并聯(lián)后連接第三CMOS管開關(guān)電路的輸入端，第三CMOS管開關(guān)電路的輸出端與蓄電池的充電接口連接，所述第一 CMOS管開關(guān)電路、第二 CMOS管開關(guān)電路和第三CMOS管開關(guān)電路的控制端分別與中央處理器的市電充電信號輸出端、太陽能充電信號輸出端連接和蓄電池充電控制信號輸出端連接，所述蓄電池充電控制信號為PWM信號；所述第四CMOS管開關(guān)電路的輸入端連接蓄電池，輸出端連接逆變器的輸入端，第四CMOS管開關(guān)電路的控制端與中央處理器的逆變器供電控制信號輸出端連接；第一 CMOS管開關(guān)電路、第二 CMOS管開關(guān)電路、第三CMOS管開關(guān)電路和第四CMOS管開關(guān)電路的控制端信號控制輸入端和輸出端是否導(dǎo)通。所述繼電器具有一個動觸點和兩個靜觸點，繼電器線圈與中央處理器的負載供電控制信號輸出端連通，動觸點與負載連通，其中一個靜觸點與逆變器的輸出端連通，另一個靜觸點與市電連通。作為優(yōu)選，所述的日歷芯片為DS1302芯片，DS1302芯片性能高，功耗低，適合于本發(fā)明的要求。作為優(yōu)選，所述電壓電流測量電路包括依次連接的采樣電阻和中央處理器中的差分AD通道。所述控制器還包括溫度測量模塊，由于溫度傳感器18B20線路簡單，體積小，因此，溫度測量模塊采用單總線數(shù)字溫度傳感器18B20，用于測量蓄電池和控制器的實時溫度。所述中央處理器具有通訊接口，采用RS-485總線接口電路，用于實現(xiàn)所述數(shù)據(jù)采集模塊和控制執(zhí)行模塊與中央處理器之間的遠距離數(shù)據(jù)傳輸。通過該接口可以進行工作參數(shù)的設(shè)定與修改，采集數(shù)據(jù)、計算數(shù)據(jù)和工作狀態(tài)的上傳，也可以通過中央處理器向數(shù)據(jù)采集模塊和控制執(zhí)行模塊下傳控制參數(shù)和控制策略。所述中央處理器連接有顯示器，用于顯示中央處理器計算出的太陽能電池板發(fā)電量和蓄電池電量。本發(fā)明的有益效果是，本發(fā)明的市電互補太陽能充電控制系統(tǒng)，根據(jù)采集的數(shù)據(jù)進行蓄電池的充放電控制和太陽能與市電充電的切換控制，并根據(jù)蓄電池的電壓情況對負載電源選擇進行實時控制；設(shè)計了日歷芯片，除了根據(jù)蓄電池電量情況進行負載供電電源切換，還可以根據(jù)時間，在用電低谷時利用市電給負載供電，并可以根據(jù)電池電量情況為蓄電池充電，很大程度上為用戶節(jié)約了使用成本，并且解決了太陽能電池供電不穩(wěn)定的問題，在實行峰谷電價的大趨勢下，本發(fā)明的產(chǎn)品將會在商業(yè)上取得很大的成功；采用CMOS管開關(guān)電路和繼電器執(zhí)行控制，能耗低，提高系統(tǒng)的供電效率，；設(shè)計了 RS-485串行總線接口電路，能夠?qū)⒉杉瘮?shù)據(jù)和狀態(tài)上傳給中央處理器進行數(shù)據(jù)集中顯示、儲存和處理，同時也可以通過中央處理器向數(shù)據(jù)采集模塊和控制執(zhí)行模塊下傳控制參數(shù)和控制策略，例如時間的校準可以由RS-485通訊接口實現(xiàn)。


下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明。圖1是本發(fā)明的市電互補太陽能充電控制系統(tǒng)的原理框圖。圖2是圖1中控制器的原理框圖。圖中1、第一 CMOS管開關(guān)電路，2、第二 CMOS管開關(guān)電路，3、第四CMOS管開關(guān)電路，4、第四CMOS管開關(guān)電路，5、繼電器。
具體實施例方式現(xiàn)在結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步詳細的說明。這些附圖均為簡化的示意圖，僅以示意方式說明本發(fā)明的基本結(jié)構(gòu)，因此其僅顯示與本發(fā)明有關(guān)的構(gòu)成。如圖1、圖2所示，本發(fā)明的市電互補太陽能充電控制系統(tǒng)的原理框圖。本發(fā)明的市電互補太陽能充電控制系統(tǒng)，用于蓄電池充電電源和負載供電電源的切換，包括逆變器用于將蓄電池的直流電轉(zhuǎn)換成適合負載使用的交流電；太陽能電池板用于給蓄電池供電；和電源適配器用于將市電轉(zhuǎn)換成蓄電池的充電電壓；還包括控制器包括中央處理器和數(shù)據(jù)采集模塊，數(shù)據(jù)采集模塊包括溫度測量模塊、日歷芯片和用于采集太陽能電池板電壓、蓄電池電壓和負載電流的電壓電流測量電路，溫度測量模塊采用單總線數(shù)字溫度傳感器18B20，用于測量蓄電池和控制器的實時溫度；日歷芯片為DS1302芯片；電壓電流測量電路包括依次連接的采樣電阻和中央處理器中的差分AD通道。電壓電流測量電路的信號輸出端、日歷芯片的時間輸出端分別與中央處理器的信號采集端和時間采集端連接，中央處理器具有太陽能充電信號輸出端、市電充電信號輸出端、蓄電池充電控制信號輸出端、負載供電控制信號輸出端和逆變器供電控制信號輸出端，根據(jù)日歷芯片輸出的時間識別用電高峰和低谷，并根據(jù)溫度信號、太陽能電池板電壓、蓄電池電壓和負載電流輸出太陽能充電信號、市電充電信號、蓄電池充電控制信號、負載供電控制信號和逆變器供電控制信號；和控制執(zhí)行模塊包括CMOS管開關(guān)電路和繼電器5，CMOS管開關(guān)電路包括第一 CMOS管開關(guān)電路1、第二 CMOS管開關(guān)電路2、第三CMOS管開關(guān)電路3和第四CMOS管開關(guān)電路4，第一 CMOS管開關(guān)電路I和第二 CMOS管開關(guān)電路2的輸入端分別連接電源適配器和太陽能電池板，輸出端并聯(lián)后連接第三CMOS管開關(guān)電路3的輸入端，第三CMOS管開關(guān)電路3的輸出端與蓄電池的充電接口連接，第一 CMOS管開關(guān)電路1、第二 CMOS管開關(guān)電路2和第三CMOS管開關(guān)電路3的控制端分別與中央處理器的市電充電信號輸出端、太陽能充電信號輸出端連接和蓄電池充電控制信號輸出端連接，蓄電池充電控制信號為PWM信號；第四CMOS管開關(guān)電路4的輸入端連接蓄電池，輸出端連接逆變器的輸入端，第四CMOS管開關(guān)電路4的控制端與中央處理器的逆變器供電控制信號輸出端連接。第一 CMOS管開關(guān)電路I和第二 CMOS管開關(guān)電路2用于充電電源的選擇，第三CMOS管開關(guān)電路3用于控制是否充電，第四CMOS管開關(guān)電路4用于控制逆變器供電的通斷。繼電器5用于控制負載電源的選擇，具有一個動觸點和兩個靜觸點，繼電器線圈與中央處理器的負載供電控制信號輸出端連通，動觸點與負載連通，其中一個靜觸點與逆變器的輸出端連通，另一個靜觸點與市電連通。中央處理器具有通訊接口，采用RS-485總線接口電路，用于實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集模塊和控制執(zhí)行模塊與中央處理器之間的遠距離數(shù)據(jù)傳輸。通過該接口可以進行工作參數(shù)的設(shè)定與修改，采集數(shù)據(jù)、計算數(shù)據(jù)和工作狀態(tài)的上傳，也可以通過中央處理器向數(shù)據(jù)采集模塊和控制執(zhí)行模塊下傳控制參數(shù)和控制策略。中央處理器還連接有顯示器和鍵盤，用于顯示中央處理器計算出的太陽能電池板發(fā)電量和蓄電池電量，以及數(shù)據(jù)采集模塊采集的各種信息，用戶可以參考顯示的參數(shù)通過鍵盤進行手動控制。以上述依據(jù)本發(fā)明的理想實施例為啟示，通過上述的說明內(nèi)容，相關(guān)工作人員完全可以在不偏離本項發(fā)明技術(shù)思想的范圍內(nèi)，進行多樣的變更以及修改。本項發(fā)明的技術(shù)性范圍并不局限于說明書上的內(nèi)容，必須要根據(jù)權(quán)利要求范圍來確定其技術(shù)性范圍。
權(quán)利要求
1.一種市電互補太陽能充電控制系統(tǒng)，用于蓄電池充電電源和負載供電電源的切換， 包括用于將蓄電池的直流電轉(zhuǎn)換成適合負載使用的交流電的逆變器、用于給蓄電池供電的太陽能電池板和用于將市電轉(zhuǎn)換成蓄電池的充電電壓的電源適配器；其特征在于還包括控制器和控制執(zhí)行模塊；所述控制器包括中央處理器和數(shù)據(jù)采集模塊，所述數(shù)據(jù)采集模塊包括日歷芯片和電壓電流測量電路，所述電壓電流測量電路的信號輸出端、日歷芯片的時間輸出端分別與中央處理器的信號采集端和時間采集端連接；所述中央處理器具有太陽能充電信號輸出端、市電充電信號輸出端、蓄電池充電控制信號輸出端、負載供電控制信號輸出端和逆變器供電控制信號輸出端；所述控制執(zhí)行模塊包括CMOS管開關(guān)電路和繼電器，所述CMOS管開關(guān)電路包括第一 CMOS管開關(guān)電路、第二 CMOS管開關(guān)電路、第三CMOS管開關(guān)電路和第四CMOS管開關(guān)電路，所述第一 CMOS管開關(guān)電路和第二 CMOS管開關(guān)電路的輸入端分別連接電源適配器和太陽能電池板，輸出端并聯(lián)后連接第三CMOS管開關(guān)電路的輸入端，第三CMOS管開關(guān)電路的輸出端與蓄電池的充電接口連接，所述第一 CMOS管開關(guān)電路、第二 CMOS管開關(guān)電路和第三CMOS管開關(guān)電路的控制端分別與中央處理器的市電充電信號輸出端、太陽能充電信號輸出端連接和蓄電池充電控制信號輸出端連接，所述蓄電池充電控制信號為PWM (脈沖寬度調(diào)制)信號；所述第四CMOS管開關(guān)電路的輸入端連接蓄電池，輸出端連接逆變器的輸入端，第四CMOS管開關(guān)電路的控制端與中央處理器的逆變器供電控制信號輸出端連接；所述繼電器具有一個動觸點和兩個靜觸點，繼電器線圈與中央處理器的負載供電控制信號輸出端連通，動觸點與負載連通，其中一個靜觸點與逆變器的輸出端連通，另一個靜觸點與市電連通。
2.如權(quán)利要求1所述的市電互補太陽能充電控制系統(tǒng)，其特征在于所述的日歷芯片為DS1302芯片。
3.如權(quán)利要求1所述的市電互補太陽能充電控制系統(tǒng)，其特征在于所述電壓電流測量電路包括依次連接的采樣電阻和中央處理器中的差分AD通道。
4.如權(quán)利要求1所述的市電互補太陽能充電控制系統(tǒng)，其特征在于所述控制器還包括溫度測量模塊，采用單總線數(shù)字溫度傳感器18B20，用于測量蓄電池和控制器的實時溫度。
5.如權(quán)利要求1所述的市電互補太陽能充電控制系統(tǒng)，其特征在于所述中央處理器具有通訊接口，采用RS-485總線接口電路，用于實現(xiàn)所述數(shù)據(jù)采集模塊和控制執(zhí)行模塊與中央處理器之間的遠距離數(shù)據(jù)傳輸。
6.如權(quán)利要求1所述的市電互補太陽能充電控制系統(tǒng)，其特征在于所述中央處理器連接有顯示器，用于顯示中央處理器計算出的太陽能電池板發(fā)電量和蓄電池電量。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種市電互補太陽能充電控制系統(tǒng)，包括逆變器、太陽能電池板、電源適配器、控制器、CMOS管開關(guān)電路和繼電器電路，控制器包括中央處理器、日歷芯片和電壓電流測量電路，中央處理器根據(jù)日歷芯片輸出的時間識別用電高峰和低谷，并根據(jù)太陽能電池板電壓、蓄電池電壓和負載電流輸出太陽能充電信號、市電充電信號、蓄電池充電控制信號、負載供電控制信號和逆變器供電控制信號；逆變器的輸入端與控制器的逆變器供電通斷控制信號輸出端連接。本發(fā)明設(shè)計了日歷芯片，除了根據(jù)蓄電池電量情況進行負載供電電源切換，還可以根據(jù)時間，在用電低谷時利用市電給負載供電，并可以根據(jù)電池電量情況為蓄電池充電，解決了太陽能電池供電不穩(wěn)定的問題。
文檔編號H02J7/00GK103023108SQ201210537608
公開日2013年4月3日 申請日期2012年12月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月13日
發(fā)明者李智輝, 劉全璽, 石東, 王漢芝, 楊偉明 申請人:天津科技大學(xué), 常州市東君光能科技發(fā)展有限公司