專利名稱：汽車全景天窗式太陽(yáng)電池充電自動(dòng)控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
汽車全景天窗式太陽(yáng)電池充電自動(dòng)控制系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域[0001]本實(shí)用新型涉及新能源及自動(dòng)控制領(lǐng)域，具體涉及一種新型汽車全景天窗式太 陽(yáng)電池充電自動(dòng)控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
[0002]太陽(yáng)能作為一種新的能源，具有無(wú)限性、可與常規(guī)電力構(gòu)架匹配以及無(wú)地域應(yīng) 用限制等特點(diǎn)已經(jīng)成為各國(guó)政府可持續(xù)發(fā)展新型能源的首選。太陽(yáng)能電池可以高效率及 直接將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換為電能，對(duì)環(huán)境不產(chǎn)生任何污染。汽車全景天窗式太陽(yáng)電池充電自動(dòng) 控制系統(tǒng)主要為延長(zhǎng)電瓶的使用壽命而對(duì)電瓶進(jìn)行補(bǔ)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(dòng)困難的問(wèn)題， 一般小型汽車瞬間啟動(dòng)電流根據(jù)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(nèi)普遍存在交通道路擁擠問(wèn)題，尤其在上下班高峰期間汽 車的行駛速度一般不超過(guò)60公里/小時(shí)。汽車低轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)走走停停，而且城市內(nèi)普遍 行駛路途較近，同時(shí)存在頻繁啟動(dòng)問(wèn)題，因此汽車發(fā)電機(jī)很難產(chǎn)生足夠的電能向電瓶充 電。如此往復(fù)，電瓶長(zhǎng)期處于虧電狀態(tài)，縮短了電瓶的使用時(shí)間。發(fā)明內(nèi)容[0004]本實(shí)用新型的目的是提供一種可延長(zhǎng)汽車電瓶的使用壽命的汽車全景天窗式太 陽(yáng)電池充電自動(dòng)控制系統(tǒng)。[0005]本實(shí)用新型汽車全景天窗式太陽(yáng)電池充電自動(dòng)控制系統(tǒng)，包括太陽(yáng)電池1、充電 控制2、單片機(jī)系統(tǒng)3、電瓶與檢測(cè)保護(hù)4、電瓶過(guò)放控制5;[0006]充電控制2由充電電流控制22、PWM放大及驅(qū)動(dòng)21、充電保護(hù)23、充電指示 24,防反充25組成。[0007]單片機(jī)系統(tǒng)3包括穩(wěn)壓電源31、單片機(jī)32;穩(wěn)壓電源31直接和單片機(jī)連接，為 單片機(jī)提供電源，由單片機(jī)32產(chǎn)生的PWM脈沖連接到充電控制2 ；單片機(jī)32同時(shí)和電 瓶與檢測(cè)保護(hù)4、電瓶過(guò)放控制5連接；[0008]電瓶及檢測(cè)控制包括電瓶41、電壓檢測(cè)42、電流檢測(cè)43;電瓶41和充電控制2 連接，同時(shí)和電壓檢測(cè)42及電瓶過(guò)放控制5連接；電壓檢測(cè)42和電流檢測(cè)43同時(shí)連接 到單片機(jī)系統(tǒng)3。[0009]充電控制2包括充電電流控制22、PWM放大及驅(qū)動(dòng)21、充電保護(hù)23、充電指 示對(duì)、防反充25。其中充電電流控制22由MOS大功率管Q2組成見(jiàn)附圖3，其中Q2的 源極、漏極并聯(lián)在太陽(yáng)電池的輸出端，柵極與PWM放大及驅(qū)動(dòng)21連接。PWM放大及 驅(qū)動(dòng)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(hù)23和單片機(jī)系統(tǒng) 3，防反充25分別連接到太陽(yáng)電池1、充電單元22、電瓶及檢測(cè)保護(hù)4，充電電流控制22 同時(shí)并聯(lián)在太陽(yáng)電池1兩端，電瓶過(guò)放控制5直接控制繼電器的通斷。[0010]所述的報(bào)警驅(qū)動(dòng)電路51和單片機(jī)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(jiàn)附圖3;由單片機(jī)系統(tǒng)中產(chǎn)生的PWM脈沖控制并接在太陽(yáng)電池 輸出端的大功率MOS管控制、調(diào)整充電電流，同時(shí)由單片機(jī)輸出的數(shù)字信號(hào)通過(guò)三極管 Q4控制汽車點(diǎn)火開(kāi)關(guān)的通斷及通過(guò)三極管Q3輸出報(bào)警信號(hào)。[0011]過(guò)放控制52，過(guò)放控制52通過(guò)三極管Q4控制繼電器的通斷見(jiàn)附圖3。[0012]太陽(yáng)電池由固定和開(kāi)啟兩部分組成，太陽(yáng)電池二 6(圖4斜線部分所包括的矩形 面積)組成開(kāi)啟式天窗、太陽(yáng)電池三7組成固定式天窗，整個(gè)天窗通過(guò)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(yáng)電池板代替全景天窗安裝在汽車頂部。太陽(yáng)電池板由固定和開(kāi)啟兩部分 組成，既可以作為天窗使用，同時(shí)可向汽車電瓶進(jìn)行補(bǔ)充充電。該系統(tǒng)和汽車發(fā)電機(jī)供 電系統(tǒng)相互獨(dú)立，即可同時(shí)向電瓶充電，也可單獨(dú)工作。汽車行駛時(shí)汽車發(fā)電機(jī)和太陽(yáng) 電池同時(shí)向電瓶充電，當(dāng)汽車停駛熄火后只要有陽(yáng)光太陽(yáng)電池就可以通過(guò)控制系統(tǒng)繼續(xù) 向電瓶充電。如果汽車長(zhǎng)期停駛在陽(yáng)光下太陽(yáng)電池始終向電瓶充電，當(dāng)電瓶充滿時(shí)控制 系統(tǒng)自動(dòng)轉(zhuǎn)為涓流充電，可以抵消電瓶的自放電，大大延長(zhǎng)電瓶的使用壽命。[0014]本汽車全景天窗式太陽(yáng)電池充電自動(dòng)控制系統(tǒng)由太陽(yáng)電池板、自動(dòng)充電控制 器、充電二極管及電瓶組成。自動(dòng)充電控制器電路是利用太陽(yáng)電池內(nèi)阻大的特點(diǎn)在太陽(yáng) 電池輸出端并接一支大功率場(chǎng)效應(yīng)MOS開(kāi)關(guān)管Q2后通過(guò)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(diào)節(jié)是通過(guò)調(diào)整太陽(yáng)電池輸出端并接開(kāi)關(guān)管Q2 的內(nèi)阻來(lái)控制。系統(tǒng)內(nèi)部AVR單片機(jī)將電瓶的實(shí)際電壓值通過(guò)和預(yù)設(shè)值比較和計(jì)算后調(diào) 整PWM脈沖的占空比控制開(kāi)關(guān)管的導(dǎo)通程度來(lái)調(diào)整充電電流。當(dāng)電瓶實(shí)際電壓達(dá)到預(yù) 設(shè)值電壓后，PWM脈沖的占空比變?yōu)樽钚。撮_(kāi)關(guān)管導(dǎo)通時(shí)間長(zhǎng)，截止時(shí)間短，脈沖充 電電流達(dá)到最小。即電瓶充滿時(shí)控制系統(tǒng)自動(dòng)轉(zhuǎn)為涓流充電。汽車啟動(dòng)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(dòng)電流很大，而電瓶失效主要表現(xiàn)在無(wú)法在瞬間提供大電流導(dǎo) 致汽車啟動(dòng)困難。本系統(tǒng)中電瓶的過(guò)放控制是在起動(dòng)機(jī)的輸入回路連接電流傳感器T， 單片機(jī)通過(guò)將電瓶的電流檢測(cè)信號(hào)和預(yù)設(shè)值比較，經(jīng)計(jì)算后輸出的數(shù)字控制信號(hào)。當(dāng)電 瓶實(shí)際提供電流值低于過(guò)放設(shè)定值時(shí)，繼電器斷開(kāi)汽車點(diǎn)火開(kāi)關(guān)，用以避免無(wú)效頻繁啟 動(dòng)使電瓶過(guò)放電損壞電瓶。當(dāng)電瓶充電后高于工作預(yù)設(shè)值時(shí)自動(dòng)接通點(diǎn)火開(kāi)關(guān)，因此可 保護(hù)電瓶及延長(zhǎng)蓄電池的使用壽命。[0016]主要應(yīng)用于各種小型汽車的生產(chǎn)和改裝。太陽(yáng)電池板根據(jù)汽車尺寸鑲嵌在汽車 頂部。主要用于汽車電瓶補(bǔ)充充電，延長(zhǎng)電瓶的使用壽命。[0017]本實(shí)用新型的有益效果是[0018]1、采用了直充式設(shè)計(jì)，即太陽(yáng)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(guò)調(diào)整PWM脈沖的占空比改變MOS管的導(dǎo)通和截止時(shí)間實(shí)現(xiàn)充電電流的調(diào)整，使充電電流穩(wěn)定。[0020]3、采用了內(nèi)置A/D轉(zhuǎn)換的單片機(jī)控制，軟件實(shí)現(xiàn)了電壓比較，報(bào)警控制，信號(hào) 燈點(diǎn)亮?xí)r間控制。電壓控制精確，硬件電路簡(jiǎn)單。[0021]4、該控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，自動(dòng)化程度高，輸出功率可根據(jù)太陽(yáng)電池功率調(diào)整。[0022]5、控制電路輸出串有低內(nèi)阻肖特基功率二極管，可防止發(fā)電機(jī)充電電流流向太 陽(yáng)電池板，增加了系統(tǒng)的可靠性。


[0023]圖1總體結(jié)構(gòu)圖[0024]圖2原理框圖[0025]圖3電路原理圖[0026]圖4太陽(yáng)電池板安裝示意圖具體實(shí)施方式
[0027]實(shí)施例1[0028]結(jié)合說(shuō)明書附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說(shuō)明[0029]如圖1所示，該控制系統(tǒng)由充電控制2、單片機(jī)系統(tǒng)3、電瓶及檢測(cè)控制4、電瓶 過(guò)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(yáng)電池板安裝示意圖[0031]本控制系統(tǒng)控制16V太陽(yáng)電池向12V電瓶充電，太陽(yáng)電池輸出功率視汽車頂部 尺寸而定。太陽(yáng)電池和電瓶同時(shí)向控制系統(tǒng)提供電源。在充電控制2中；由單片機(jī)輸 出正向的PWM脈沖，經(jīng)過(guò)放大及驅(qū)動(dòng)21后，脈沖占空比的改變使源、漏極直接接在太 陽(yáng)電池兩端的大功率MOS管Q2內(nèi)阻發(fā)生變化。當(dāng)電瓶實(shí)際電壓充到單片機(jī)的預(yù)設(shè)過(guò)充 值14V時(shí)，單片機(jī)控制頻率為IOHZ的PWM脈沖的占空比變小，使Q2管內(nèi)阻變小，導(dǎo) 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(jī)的控制下，根據(jù)電瓶的實(shí)際電位在不斷調(diào)整，始終保持在最佳的充電狀態(tài)。由 于控制系統(tǒng)實(shí)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(dǎo)通、截止的不斷轉(zhuǎn)換中以及MOS管本身存在內(nèi)阻，所以太陽(yáng)電池不會(huì)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(shí)，太陽(yáng)電池直接通過(guò)防反充25 接在電瓶的正極，以最大的充電電流對(duì)電瓶充電。[0032]當(dāng)電瓶電壓下降達(dá)到單片機(jī)預(yù)設(shè)過(guò)放點(diǎn)10.5V時(shí)，單片機(jī)將檢測(cè)到的電瓶41電 壓信號(hào)和預(yù)設(shè)電壓比較經(jīng)計(jì)算后輸出的控制信號(hào)使報(bào)警驅(qū)動(dòng)電路51中三極管Q4導(dǎo)通，汽 車將發(fā)出報(bào)警信號(hào)同時(shí)控制繼電器常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)，切斷汽車點(diǎn)火開(kāi)關(guān)使汽車無(wú)法啟動(dòng)。 同樣電流傳感器T將實(shí)時(shí)檢測(cè)啟動(dòng)電流，由單片機(jī)將電流檢測(cè)信號(hào)和預(yù)設(shè)值比較。當(dāng)電 瓶實(shí)際提供電流值低于設(shè)定值時(shí)，繼電器也斷開(kāi)汽車點(diǎn)火開(kāi)關(guān)，用以避免無(wú)效頻繁啟動(dòng) 使電瓶過(guò)放電而損壞電瓶。當(dāng)電瓶充電后高于工作預(yù)設(shè)值時(shí)自動(dòng)接通點(diǎn)火開(kāi)關(guān)。當(dāng)汽車 停駛熄火后只要有陽(yáng)光太陽(yáng)電池就可以通過(guò)控制系統(tǒng)繼續(xù)向電瓶充電。當(dāng)電瓶充滿時(shí)控 制系統(tǒng)自動(dòng)轉(zhuǎn)為涓流充電，這樣可以抵消電瓶的自放電，大大延長(zhǎng)電瓶的使用壽命。[0033]單片機(jī)是由電瓶通過(guò)穩(wěn)壓電源31供電，經(jīng)過(guò)軟件設(shè)計(jì)好的控制信號(hào)分別從圖3 中單片機(jī)的5、7腳輸出的控制信號(hào)直接控制報(bào)警和切斷點(diǎn)火開(kāi)關(guān)電路。
權(quán)利要求1.一種汽車全景天窗式太陽(yáng)電池充電自動(dòng)控制系統(tǒng)，其特征在于它包括太陽(yáng)電池 (1)、充電控制O)、單片機(jī)系統(tǒng)(3)、電瓶與檢測(cè)保護(hù)G)、電瓶過(guò)放控制(5)；充電控制O)由充電電流控制02)、PWM放大及驅(qū)動(dòng)01)、充電保護(hù)03)、充電 指示(24)、防反充(25)組成；單片機(jī)系統(tǒng)C3)包括穩(wěn)壓電源(31)、單片機(jī)(3 ；穩(wěn)壓電源(31)直接和單片機(jī)連 接，為單片機(jī)提供電源，由單片機(jī)(32)產(chǎn)生的PWM脈沖連接到充電控制；單片機(jī) (32)同時(shí)和電瓶與檢測(cè)保護(hù)G)、電瓶過(guò)放控制(5)連接；電瓶及檢測(cè)控制包括電瓶G1)、電壓檢測(cè)G2)、電流檢測(cè)03)；電瓶和充電 控制( 連接，同時(shí)和電壓檢測(cè)0 及電瓶過(guò)放控制( 連接；電壓檢測(cè)0 和電流檢 測(cè)(43)同時(shí)連接到單片機(jī)系統(tǒng)(3)。
2.據(jù)權(quán)利要求1所述的汽車全景天窗式太陽(yáng)電池自動(dòng)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(qū)動(dòng)01)、充電保護(hù)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(yáng)電池的輸出端，柵極與PWM放大及驅(qū)動(dòng)連接；PWM放大 及驅(qū)動(dòng)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(hù)03)和 單片機(jī)系統(tǒng)(3)，防反充05)分別連接到太陽(yáng)電池(1)、充電單元02)、電瓶及檢測(cè)保護(hù) (4),充電電流控制0 同時(shí)并聯(lián)在太陽(yáng)電池(1)兩端，電瓶過(guò)放控制( 直接控制繼電 器的通斷。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的汽車全景天窗式太陽(yáng)電池自動(dòng)充電控制系統(tǒng)，其特征在于 所述的報(bào)警驅(qū)動(dòng)電路(51)和單片機(jī)(3 連接；由單片機(jī)系統(tǒng)中產(chǎn)生的PWM脈沖控制并 接在太陽(yáng)電池輸出端的大功率MOS管控制、調(diào)整充電電流，同時(shí)由單片機(jī)輸出的數(shù)字信 號(hào)通過(guò)三極管(Q4)控制汽車點(diǎn)火開(kāi)關(guān)的通斷及通過(guò)三極管輸出報(bào)警信號(hào)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的汽車全景天窗式太陽(yáng)電池自動(dòng)充電控制系統(tǒng)，其特征在于 過(guò)放控制(52)，過(guò)放控制(52)通過(guò)三極管(Q4)控制繼電器的通斷。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的汽車全景天窗式太陽(yáng)電池自動(dòng)充電控制系統(tǒng)，其特征在于 太陽(yáng)電池由固定和開(kāi)啟兩部分組成，太陽(yáng)電池二(6)組成開(kāi)啟式天窗、太陽(yáng)電池三(7)組 成固定式天窗，整個(gè)天窗通過(guò)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(yáng)電池充電自動(dòng)控制系統(tǒng)，本實(shí)用新型涉及新能源及自動(dòng)控制領(lǐng)域，具體涉及一種新型汽車全景天窗式太陽(yáng)電池充電自動(dòng)控制系統(tǒng)。本實(shí)用新型汽車全景天窗式太陽(yáng)電池充電自動(dòng)控制系統(tǒng)，包括太陽(yáng)電池、充電控制、單片機(jī)系統(tǒng)、電瓶與檢測(cè)保護(hù)、電瓶過(guò)放控制；充電控制由充電電流控制、PWM放大及驅(qū)動(dòng)、充電保護(hù)、充電指示、防反充組成。單片機(jī)系統(tǒng)包括穩(wěn)壓電源、單片機(jī)；穩(wěn)壓電源直接和單片機(jī)連接，為單片機(jī)提供電源，由單片機(jī)產(chǎn)生的PWM脈沖連接到充電控制；單片機(jī)同時(shí)和電瓶與檢測(cè)保護(hù)、電瓶過(guò)放控制連接。電壓控制精確，硬件電路簡(jiǎn)單。該控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，自動(dòng)化程度高，輸出功率可根據(jù)太陽(yáng)電池功率調(diào)整。控制電路輸出串有低內(nèi)阻肖特基功率二極管，可防止發(fā)電機(jī)充電電流流向太陽(yáng)電池板，增加了系統(tǒng)的可靠性。
文檔編號(hào)H02J7/00GK201813175SQ20102022227
公開(kāi)日2011年4月27日 申請(qǐng)日期2010年6月11日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月11日
發(fā)明者程如歧, 趙庚申, 趙耀, 郭天勇 申請(qǐng)人:南開(kāi)大學(xué)