獨立光伏充電蓄電池變陣控制系統(tǒng)及控制方法
【專利摘要】獨立光伏充電蓄電池變陣控制系統(tǒng)及控制方法屬于控制系統(tǒng)【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種獨立光伏充電蓄電池變陣控制系統(tǒng)及控制方法。本發(fā)明提供一種使光伏電池輸出的電能充分利用的獨立光伏充電蓄電池變陣控制系統(tǒng)及控制方法。本發(fā)明獨立光伏充電蓄電池變陣控制系統(tǒng)包括單片機、SOC光照強度數(shù)據(jù)采集部分，Boost/BuckDC/DCMPPT部分、充電控制變陣控制部分、光伏電池陣列和蓄電池陣列，其結(jié)構(gòu)要點單片機信號輸出端口分別與Boost/BuckDC/DCMPPT部分信號輸入端口、充電控制變陣控制部分信號輸入端口相連。
【專利說明】獨立光伏充電蓄電池變陣控制系統(tǒng)及控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于控制系統(tǒng)【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種獨立光伏充電蓄電池變陣控制系統(tǒng)及控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]獨立光伏充電系統(tǒng)具有如下特點。
[0003]1、外部環(huán)境(光照強度、溫度等)隨時發(fā)生變化，光伏電池輸出的電能(最大功率點)也隨時發(fā)生改變。
[0004]2、由于被充蓄電池組中，各蓄電池(鉛酸蓄電池)荷電狀態(tài)不同，導(dǎo)致充電策略不同，也就是說，同一時刻被充蓄電池充電所需功率不同。
[0005]由于上述因素的影響，產(chǎn)生如下問題。
[0006]3、當(dāng)外部條件變化光伏電池板輸出功率下降時，這時被充蓄電池組所需功率得不到滿足，一般充電系統(tǒng)為防止反充，會停止系統(tǒng)運行。然而，此時光伏系統(tǒng)仍然存在電能輸出，這些電能由于系統(tǒng)的保護(hù)性停運而損失。關(guān)鍵問題在于:如何根據(jù)光伏電池輸出功率和目前被充蓄電池充電所需功率，給出在當(dāng)前條件下被充蓄電池數(shù)量和充電陣列形式。也就是要對原有充電蓄電池陣列進(jìn)行重組，根據(jù)光伏電池輸出功率的降低，確定那些被充蓄電池脫離充電陣列，變?yōu)榇湫铍姵亍?br> [0007]4、當(dāng)外部條件變化光伏電池板輸出功率增大時,這時光伏電池輸出功率大于目前被充蓄電池組所需功率。關(guān)鍵問題:如何根據(jù)目前功率差確定哪些待充蓄電池組轉(zhuǎn)化為被充蓄電池，以及如何確定新被充蓄電池陣列形式。
[0008]5、當(dāng)外部條件不變光伏電池輸出功率不變時，由于蓄電池在充電過程中，被充蓄電池所需充電功率隨著蓄電池荷電狀態(tài)的變化而變化(下降)，充電系統(tǒng)會相對產(chǎn)生剩余電能，為了不使這部分能量損失，要對充電陣列進(jìn)行重組。需要確定哪些被充蓄電池變換為被充蓄電池，新的被充蓄電池陣列形式是什么。
[0009]多目標(biāo)優(yōu)化:第一優(yōu)化目標(biāo)為能量的最大存儲；第二優(yōu)化目標(biāo)為單位工作時間內(nèi)(一天)被充滿蓄電池數(shù)目最大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明就是針對上述問題，提供一種使光伏電池輸出的電能充分利用的獨立光伏充電蓄電池變陣控制系統(tǒng)及控制方法。
[0011]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案，本發(fā)明獨立光伏充電蓄電池變陣控制系統(tǒng)包括單片機、SOC光照強度數(shù)據(jù)采集部分，Boost/Buck DC/DC MPPT部分、充電控制變陣控制部分、光伏電池陣列和蓄電池陣列，其結(jié)構(gòu)要點單片機信號輸出端口分別與Boost/Buck DC/DC MPPT部分信號輸入端口、充電控制變陣控制部分信號輸入端口相連，光伏電池陣列電能輸出端口依次通過Boost/Buck DC/DC MPPT部分、充電控制變陣控制部分與蓄電池陣列電能輸入端口相連，SOC光照強度數(shù)據(jù)采集部分信號輸入端口分別與光伏電池陣列信號輸出端口、蓄電池陣列信號輸出端口相連，SOC光照強度數(shù)據(jù)米集信號輸出端口與單片機信號輸入端口相連。
[0012]所述充電控制變陣控制部分包括變陣控制器，所述SOC光照強度數(shù)據(jù)采集部分和單片機組成數(shù)據(jù)采集處理部分，所述蓄電池陣列包括待充蓄電池組和被充蓄電池組，數(shù)據(jù)采集處理部分信號輸入端口分別與待充蓄電池組信號輸出端口、被充蓄電池組信號輸出端口、光伏電池陣列的光伏電池組信號輸出端口相連，數(shù)據(jù)米集處理部分信號輸出端口與變陣控制器信號輸入端口相連，變陣控制器控制信號輸出端口分別與待充蓄電池組充電控制信號輸入端口、被充蓄電池組充電控制信號輸入端口相連。
[0013]作為一種優(yōu)選方案，本發(fā)明所述Boost/Buck DC/DC MPPT部分包括電容C3，電容C3 一端分別與光伏電池組一端、電阻Rl —端、電感LI 一端相連，電容C3另一端分別與光伏電池組另一端、電阻R2 —端、電阻R3 —端相連，電阻Rl另一端與電阻R2另一端相連，電感LI另一端分別與電容Cl 一端、電感L2 —端相連，電阻R3另一端分別與電容Cl另一端、NM0SFET源極、二極管Dl陽極、電容C2 —端相連，電感L2另一端分別與NM0SFET漏極、二極管Dl陰極、二極管D2陽極相連，二極管D2陰極與電容C2另一端相連。
[0014]作為另一種優(yōu)選方案，本發(fā)明所述數(shù)據(jù)采集處理部分包括ADC0809芯片U3、80C528 芯片 U1、DAC0832 芯片 U2、0P07C 芯片 U4, U3 的 17、14、15、8、18、19、20、21、22、23、24、25、6、7、9 引腳分別與 Ul 的 1、2、3、4、5、6、7、8、10、11、12、13、15、16、17 引腳對應(yīng)相連，Ul 的 14、21、22、23、24、25、26、27、28 引腳分別與 U2 的 2、7、6、5、4、16、15、14、13 引腳對應(yīng)相連，U2的9、11引腳分別與U4的6、2引腳對應(yīng)相連；U3的28、I引腳分別與與所述電阻Rl另一端、電阻R3另一端對應(yīng)相連，Ul的34引腳與所述NM0SFET門極相連。
[0015]另外，本發(fā)明所述充電控制變陣控制部分的充電控制電路包括M0C3053芯片U4，U4的1、6引腳通過電阻Rl'相連，U4的2引腳與Ul的32引腳相連，U4的4引腳與TP0604的2腳相連，TP0604的3腳與1N4002G負(fù)極相連，1N4002G陽極為充電輸入端，TP0604的I腳分別與保險絲FUl —端、電阻R3' —端相連，F(xiàn)Ul另一端為充電輸出端，電阻R3'另一端分別與電阻R4' —端、U3的26引腳相連，電阻R4'另一端為充電輸出端。
[0016]本發(fā)明獨立光伏充電蓄電池變陣控制方法，包括以下步驟。
[0017]1、根據(jù)光伏電池輸出最大輸出功率，計算出目前光照條件下單位工作時間內(nèi)發(fā)電總量 Ql:Q1= f Idt0
[0018]2、根據(jù)被充蓄電池單體的荷電狀態(tài)和蓄電池單體的電容量，計算出每塊蓄電池到充滿電需要電能Q2:Q2=Q3-Q4，其中Q3為蓄電池單體的電容量，Q4為被充蓄電池單體的荷電狀態(tài)；進(jìn)一步計算出所有被充蓄電池陣列到充滿電所需電能總量Q5:設(shè)蓄電池總數(shù)為N，則Q5=NQ2，其中N為被充蓄電池單體個數(shù)。
[0019]3、建立待充蓄電池組荷電狀態(tài)、蓄電池充電接受率α和充滿所需電量數(shù)據(jù)庫。
[0020]4、通過最大功率跟蹤模塊實時檢驗?zāi)壳鞍l(fā)電總量，并和被充蓄電池所需電量總量進(jìn)行比較，即Q1-Q5。
[0021]說明有多余電量，此時對待充蓄電池組進(jìn)行檢索，根據(jù)被充蓄電池數(shù)據(jù)庫信息，確定電量最少待充蓄電池組，使這些待充蓄電池組轉(zhuǎn)換為被充蓄電池組。
[0022]說明太陽能電池輸出電量不足，此時對被充蓄電池組進(jìn)行檢索，根據(jù)被充蓄電池數(shù)據(jù)庫信息，確定電量最多被充蓄電池組，使這些被充蓄電池組轉(zhuǎn)換為待充蓄電池組。[0023]本發(fā)明有益效果。
[0024]本發(fā)明通過單片機、SOC光照強度數(shù)據(jù)采集部分、Boost/Buck DC/DC MPPT部分、充電控制變陣控制部分的配合使用，可實現(xiàn)光伏電池輸出的電能更大限度地被蓄電池組儲存，大幅度優(yōu)化光伏充電控制系統(tǒng)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0025]下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。本發(fā)明保護(hù)范圍不僅局限于以下內(nèi)容的表述。
[0026]圖1獨立光伏充電系統(tǒng)蓄電池變陣控制器基本功能圖。
[0027]圖2蓄電池變陣控制器工作原理框圖。
[0028]圖3總成原理框圖。
[0029]圖4Boost升壓、最大功率點跟蹤模塊電路圖。
[0030]圖5信號采集電路圖。
[0031]圖6充電控制電路圖。
[0032]圖7最大功率跟蹤(MPPT)工作流程圖。
[0033]圖8總成工作流程圖(圖中功率差指光伏陣列輸出功率與被充蓄電池所需功率之差)。
【具體實施方式】
[0034]如圖所示，本發(fā)明獨立光伏充電蓄電池變陣控制系統(tǒng)包括單片機、SOC光照強度數(shù)據(jù)采集部分，Boost/Buck DC/DC MPPT部分、充電控制變陣控制部分、光伏電池陣列和蓄電池陣列，其結(jié)構(gòu)要點單片機信號輸出端口分別與Boost/Buck DC/DC MPPT部分信號輸入端口、充電控制變陣控制部分信號輸入端口相連，光伏電池陣列電能輸出端口依次通過Boost/Buck DC/DC MPPT部分、充電控制變陣控制部分與蓄電池陣列電能輸入端口相連，SOC光照強度數(shù)據(jù)采集部分信號輸入端口分別與光伏電池陣列信號輸出端口、蓄電池陣列信號輸出端口相連，SOC光照強度數(shù)據(jù)米集信號輸出端口與單片機信號輸入端口相連。
[0035]所述充電控制變陣控制部分包括變陣控制器，所述SOC光照強度數(shù)據(jù)采集部分和單片機組成數(shù)據(jù)采集處理部分，所述蓄電池陣列包括待充蓄電池組和被充蓄電池組，數(shù)據(jù)采集處理部分信號輸入端口分別與待充蓄電池組信號輸出端口、被充蓄電池組信號輸出端口、光伏電池陣列的光伏電池組信號輸出端口相連，數(shù)據(jù)米集處理部分信號輸出端口與變陣控制器信號輸入端口相連，變陣控制器控制信號輸出端口分別與待充蓄電池組充電控制信號輸入端口、被充蓄電池組充電控制信號輸入端口相連。
[0036]所述Boost/Buck DC/DC MPPT部分包括電容C3，電容C3—端分別與光伏電池組一端、電阻Rl —端、電感LI 一端相連，電容C3另一端分別與光伏電池組另一端、電阻R2 —端、電阻R3 —端相連，電阻Rl另一端與電阻R2另一端相連，電感LI另一端分別與電容Cl一端、電感L2 —端相連，電阻R3另一端分別與電容Cl另一端、NM0SFET源極、二極管Dl陽極、電容C2 —端相連，電感L2另一端分別與NM0SFET漏極、二極管Dl陰極、二極管D2陽極相連，二極管D2陰極與電容C2另一端相連。
[0037]所述數(shù)據(jù)采集處理部分包括ADC0809芯片U3、80C528芯片Ul、DAC0832芯片U2、0P07C 芯片 U4，U3 的 17、14、15、8、18、19、20、21、22、23、24、25、6、7、9 引腳分別與 Ul 的 1、2、
3、4、5、6、7、8、10、11、12、13、15、16、17 引腳對應(yīng)相連，Ul 的 14、21、22、23、24、25、26、27、28引腳分別與U2的2、7、6、5、4、16、15、14、13引腳對應(yīng)相連，U2的9、11引腳分別與U4的6、2引腳對應(yīng)相連；U3的28、1引腳分別與與所述電阻Rl另一端、電阻R3另一端對應(yīng)相連，Ul的34引腳與所述NMOSFET門極相連。
[0038]所述充電控制變陣控制部分的充電控制電路包括M0C3053芯片U4，U4的1、6引腳通過電阻Rl'相連，U4的2引腳與Ul的32引腳相連，U4的4引腳與TP0604的2腳相連，TP0604的3腳與1N4002G負(fù)極相連，1N4002G陽極為充電輸入端，TP0604的I腳分別與保險絲FUl —端、電阻R3' —端相連，F(xiàn)Ul另一端為充電輸出端，電阻R3'另一端分別與電阻R4 —端、U3的26引腳相連，電阻R4另一端為充電輸出端。
[0039]本發(fā)明獨立光伏充電蓄電池變陣控制方法，包括以下步驟。
[0040]1、根據(jù)光伏電池輸出最大輸出功率，計算出目前光照條件下單位工作時間內(nèi)發(fā)電總量 Ql:Q1= f Idt0
[0041]2、根據(jù)被充蓄電池單體的荷電狀態(tài)和蓄電池單體的電容量，計算出每塊蓄電池到充滿電需要電能Q2:Q2=Q3-Q4，其中Q3為蓄電池單體的電容量，Q4為被充蓄電池單體的荷電狀態(tài)；進(jìn)一步計算出所有被充蓄電池陣列到充滿電所需電能總量Q5:設(shè)蓄電池總數(shù)為N，則Q5=NQ2，其中N為被充蓄電池單體個數(shù)。
[0042]3、建立待充蓄電池組荷電狀態(tài)、蓄電池充電接受率α (上式表示當(dāng)一定時，接受率越高，起始接受電流越高充電就越快，對于某一類蓄電池它的充電曲線是固定的也就是它的接受率是固定的，那么最大充電電流可由下式確定其中為當(dāng)前條件下電池還能輸出的容量，也就是剩余容量，它是可測的。對于固定型號的電池它的接受率是固定的)和充滿所需電量數(shù)據(jù)庫。
[0043]4、通過最大功率跟蹤模塊(如圖4)實時檢驗?zāi)壳鞍l(fā)電總量，并和被充蓄電池所需電量總量進(jìn)行比較，即Q1-Q5。
[0044]說明有多余電量，此時對待充蓄電池組進(jìn)行檢索，根據(jù)被充蓄電池數(shù)據(jù)庫信息，確定電量最少待充蓄電池組，使這些待充蓄電池組轉(zhuǎn)換為被充蓄電池組。
[0045]說明太陽能電池輸出電量不足，此時對被充蓄電池組進(jìn)行檢索，根據(jù)被充蓄電池數(shù)據(jù)庫信息，確定電量最多被充蓄電池組，使這些被充蓄電池組轉(zhuǎn)換為待充蓄電池組。如圖6所示，其中BI為被充蓄電池單體，其他蓄電池單體的充電形式與此電路圖相似，此處不
列出。其中每一個蓄電池單體的充電電路都與單片機的一個I/O 口(如P0.7)相連，由單片機控制其進(jìn)行被充、待充之間的轉(zhuǎn)換。
[0046]可以理解的是，以上關(guān)于本發(fā)明的具體描述，僅用于說明本發(fā)明而并非受限于本發(fā)明實施例所描述的技術(shù)方案，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，仍然可以對本發(fā)明進(jìn)行修改或等同替換，以達(dá)到相同的技術(shù)效果；只要滿足使用需要，都在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.獨立光伏充電蓄電池變陣控制系統(tǒng)，包括單片機、SOC光照強度數(shù)據(jù)采集部分，Boost/Buck DC/DC MPPT部分、充電控制變陣控制部分、光伏電池陣列和蓄電池陣列，其特征在于單片機信號輸出端口分別與Boost/Buck DC/DC MPPT部分信號輸入端口、充電控制變陣控制部分信號輸入端口相連，光伏電池陣列電能輸出端口依次通過Boost/Buck DC/DCMPPT部分、充電控制變陣控制部分與蓄電池陣列電能輸入端口相連，SOC光照強度數(shù)據(jù)采集部分信號輸入端口分別與光伏電池陣列信號輸出端口、蓄電池陣列信號輸出端口相連，SOC光照強度數(shù)據(jù)采集信號輸出端口與單片機信號輸入端口相連； 所述充電控制變陣控制部分包括變陣控制器，所述SOC光照強度數(shù)據(jù)采集部分和單片機組成數(shù)據(jù)采集處理部分，所述蓄電池陣列包括待充蓄電池組和被充蓄電池組，數(shù)據(jù)采集處理部分信號輸入端口分別與待充蓄電池組信號輸出端口、被充蓄電池組信號輸出端口、光伏電池陣列的光伏電池組信號輸出端口相連，數(shù)據(jù)采集處理部分信號輸出端口與變陣控制器信號輸入端口相連，變陣控制器控制信號輸出端口分別與待充蓄電池組充電控制信號輸入端口、被充蓄電池組充電控制信號輸入端口相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述獨立光伏充電蓄電池變陣控制系統(tǒng)，其特征在于所述Boost/Buck DC/DC MPPT部分包括電容C3，電容C3—端分別與光伏電池組一端、電阻Rl—端、電感LI 一端相連，電容C3另一端分別與光伏電池組另一端、電阻R2 —端、電阻R3 —端相連，電阻Rl另一端與電阻R2另一端相連，電感LI另一端分別與電容Cl 一端、電感L2 —端相連，電阻R3另一端分別與電容Cl另一端、NM0SFET源極、二極管Dl陽極、電容C2 —端相連，電感L2另一端分別與NM0SFET漏極、二極管Dl陰極、二極管D2陽極相連，二極管D2陰極與電容C2另一端相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求 1所述獨立光伏充電蓄電池變陣控制系統(tǒng)，其特征在于所述數(shù)據(jù)采集處理部分包括ADC0809芯片U3、80C528芯片U1、DAC0832芯片U2、0P07C芯片U4，U3的17、14、15、8、18、19、20、21、22、23、24、25、6、7、9 引腳分別與 Ul 的 1、2、3、4、5、6、7、8、10、11、12、13、15、16、17 引腳對應(yīng)相連，Ul 的 14、21、22、23、24、25、26、27、28 引腳分別與 U2 的 2、7、6、5、4、16、15、14、13引腳對應(yīng)相連，U2的9、11引腳分別與U4的6、2引腳對應(yīng)相連；U3的28、I引腳分別與與所述電阻Rl另一端、電阻R3另一端對應(yīng)相連，Ul的34引腳與所述NM0SFET門極相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述獨立光伏充電蓄電池變陣控制系統(tǒng)，其特征在于所述充電控制變陣控制部分的充電控制電路包括M0C3053芯片U4，U4的1、6引腳通過電阻Rl'相連，U4的2引腳與Ul的32引腳相連，U4的4引腳與TP0604的2腳相連，TP0604的3腳與1N4002G負(fù)極相連，1N4002G陽極為充電輸入端，TP0604的I腳分別與保險絲FUl —端、電阻R3' —端相連，F(xiàn)Ul另一端為充電輸出端，電阻R3'另一端分別與電阻R4' —端、U3的26引腳相連，電阻R4'另一端為充電輸出端。
5.獨立光伏充電蓄電池變陣控制方法，其特征在于包括以下步驟: 1)根據(jù)光伏電池輸出最大輸出功率，計算出目前光照條件下單位工作時間內(nèi)發(fā)電總量Ql:Q1= f Idt ； 2)根據(jù)被充蓄電池單體的荷電狀態(tài)和蓄電池單體的電容量，計算出每塊蓄電池到充滿電需要電能Q2:Q2=Q3-Q4，其中Q3為蓄電池單體的電容量，Q4為被充蓄電池單體的荷電狀態(tài)；進(jìn)一步計算出所有被充蓄電池陣列到充滿電所需電能總量Q5:設(shè)蓄電池總數(shù)為N，則Q5=NQ2，其中N為被充蓄電池單體個數(shù)； 3)建立待充蓄電池組荷電狀態(tài)、蓄電池充電接受率α和充滿所需電量數(shù)據(jù)庫； 4)通過最大功率跟蹤模塊實時檢驗?zāi)壳鞍l(fā)電總量，并和被充蓄電池所需電量總量進(jìn)行比較，即Q1-Q5 ； Ql-Q5>0說明有多余電量，此時對待充蓄電池組進(jìn)行檢索，根據(jù)被充蓄電池數(shù)據(jù)庫信息，確定電量最少待充蓄電池組，使這些待充蓄電池組轉(zhuǎn)換為被充蓄電池組； Ql-Q5〈0說明太陽能電池輸出電量不足，此時對被充蓄電池組進(jìn)行檢索，根據(jù)被充蓄電池數(shù)據(jù)庫信息，確定電量最多被充蓄電池組，使這些被充蓄電池組轉(zhuǎn)換為待充蓄電池組。
【文檔編號】H02J7/00GK103904744SQ201410127880
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2014年4月1日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月1日
【發(fā)明者】王福忠, 姚波 申請人:王福忠