多重保護(hù)、實時監(jiān)測功能的光伏移動電源的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了便攜式光伏移動電源，屬于光伏【技術(shù)領(lǐng)域】，其結(jié)構(gòu)主要由PV組件、鋰電池、人機(jī)交互模塊、電池管理模塊、ARM核心控制板、市電充電模塊、筆記本電源輸出模塊、光伏充電模塊、USB電源輸出模塊、適配器構(gòu)成，其PV組件、適配器分別通過專用電纜與ARM核心控制板連接，ARM核心控制板設(shè)置有USB電源輸出模塊、筆記本電源輸出模塊，人機(jī)交互模塊與ARM核心控制板相連接，鋰電池通過電池管理模塊與ARM核心控制板連接；本發(fā)明增加光伏充電部分電路，而且可以通過軟件更新的模式，能適應(yīng)其他新型能源，如風(fēng)能；通過模擬各個廠家的適配器來適應(yīng)市面上的各種手機(jī)，做到能夠給市面上99%的手機(jī)充電；杜絕了手機(jī)電池爆炸，造成人身傷害等安全隱患的發(fā)生。
【專利說明】多重保護(hù)、實時監(jiān)測功能的光伏移動電源

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種移動電源，尤其涉及一種多重保護(hù)、實時監(jiān)測功能的光伏移動電 源。

【背景技術(shù)】
[0002] 太陽能是一種取之不盡、用之不竭的可再生能源，也是一種不會產(chǎn)生任何環(huán)境污 染的清潔能源，如何更有效地利用太陽能、造福于人類已成為當(dāng)今世界上最受矚目和最具 活力的研究課題之一。公知的太陽能多通過電池板、蓄電池及操作控制面板用于家庭應(yīng)急 照明，能帶來節(jié)約220V市電用量的實際效果，具有一定的實用性和經(jīng)濟(jì)性。但在實際使用 中發(fā)現(xiàn)存在一定的局限性，由于普遍沒有交流220V輸出功能，無筆記本電腦的工作專用輸 出接口，也沒有+5V電壓的直接輸出功能，故不能用作筆記本電腦的工作電源或平板電腦、 手機(jī)、隨身聽、數(shù)碼相機(jī)類以工作電壓為+5V、須用USB標(biāo)準(zhǔn)接口頻繁充電、適于隨身攜帶、 可供旅途中使用的的電子數(shù)碼類產(chǎn)品的工作或充電電源。所以，現(xiàn)有的各種太陽能電源裝 置從實用性和經(jīng)濟(jì)性角度考慮均尚欠理想。
[0003] 光伏行業(yè)的不斷發(fā)展，光伏組件生產(chǎn)成本的下降，使得光伏產(chǎn)品開始走向家用，而 現(xiàn)在手持電子產(chǎn)品越來越智能化，芯片工作的頻率越來越高，隨之而來的功耗就越來越大， 本設(shè)計實現(xiàn)一款智能光伏移動電源，電池容量可以達(dá)到l〇〇wh，可以給筆記本、平板電腦、手 機(jī)提供電力，由可折疊30W光伏組件為其充電，或者用交流適配器為其充電。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的，是為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的弊端，而提供一種多重保護(hù)、實時 監(jiān)測功能的光伏移動電源，具有結(jié)構(gòu)簡單、可提供5V - 24V電壓輸出，能夠為手機(jī)、筆記本 電腦、IPAD等數(shù)碼產(chǎn)品的充電，且能提供過壓、過流保護(hù)功能，LCD顯示屏提示報警功能等 優(yōu)點。
[0005] 本發(fā)明是通過以下的技術(shù)方案來實現(xiàn)的： 多重保護(hù)、實時監(jiān)測功能的光伏移動電源，其結(jié)構(gòu)主要由PV組件、鋰電池、人機(jī)交互模 土夬、電池管理模塊、ARM核心控制板、市電充電模塊、筆記本電源輸出模塊、光伏充電模塊、 USB電源輸出模塊、適配器構(gòu)成，其PV組件、適配器分別通過專用電纜與ARM核心控制板連 接，ARM核心控制板設(shè)置有USB電源輸出模塊、筆記本電源輸出模塊，人機(jī)交互模塊與ARM核 心控制板相連接，鋰電池通過電池管理模塊與ARM核心控制板連接。
[0006] 上述多重保護(hù)、實時監(jiān)測功能的光伏移動電源，其中，所述的PV組件，其通過光伏 充電模塊與ARM核心控制板連接，且內(nèi)部設(shè)置有MPPT控制單元。
[0007] 上述多重保護(hù)、實時監(jiān)測功能的光伏移動電源，其中，所述的適配器，其通過專用 電纜、DC接頭與光伏充電模塊連接后接入至ARM核心控制板，將AC220V/50HZ轉(zhuǎn)換成18V直 流電源，ARM核心控制板通過內(nèi)部的DC-DC控制單元給蓄電池充電。
[0008] 上述多重保護(hù)、實時監(jiān)測功能的光伏移動電源，其中，所述的鋰電池與電池管理模 塊通過8串2并方式與ARM核心控制板連接，總?cè)萘靠蛇_(dá)100AH。
[0009] 上述多重保護(hù)、實時監(jiān)測功能的光伏移動電源，其中，所述的ARM核心控制板，采 用芯片STM32F103RB、內(nèi)核Cotex-M3、ARMv7架構(gòu)，CPU頻率可達(dá)到72MHz，內(nèi)部Flash容量 128KB，SRAM容量達(dá)到16KB，12Bit的ADC，高達(dá)9MHz的采樣速率使控制更加精準(zhǔn)。
[0010] 上述多重保護(hù)、實時監(jiān)測功能的光伏移動電源，其中，所述的人機(jī)交互模塊通過2 個6腳的排針與ARM核心控制板連接，其結(jié)構(gòu)由IXD液晶顯示屏和按鍵構(gòu)成，ARM核心控制 板通過LCD驅(qū)動單元將電量、充放電標(biāo)志等標(biāo)志顯示出來；按鍵是用來調(diào)節(jié)筆記本輸出的 電壓，默認(rèn)為20V輸出，也可以根據(jù)實際情況有不同的輸出，可以實現(xiàn)5V - 24V連續(xù)輸出，步 進(jìn)電壓為IV ;LCD液晶顯示器是顯示電量、輸出電壓、工作狀態(tài)、故障等信息。
[0011] 上述多重保護(hù)、實時監(jiān)測功能的光伏移動電源，其中，所述的筆記本電源輸出模 塊，其設(shè)置有DC輸出端口，輸出電壓為5-20V，采用BUCK電路模型和電壓控制環(huán)進(jìn)行控制， ARM核心控制板采集輸出的電壓以及電流，如果輸出負(fù)載過小，或外部出現(xiàn)短路狀態(tài)時，可 以停止輸出，并且LCD液晶顯示器上提示報警；用戶可以通過人機(jī)交互模塊來選擇其使用 的筆記本的品牌，ARM核心控制板會控制筆記本電源輸出模塊提供適合的電壓供筆記本使 用；筆記本電腦通過使用配備的多功能筆記本轉(zhuǎn)接頭與移動電源控制板連接，控制板通過 可調(diào)節(jié)穩(wěn)壓輸出電路單元給筆記本供電。
[0012] 上述多重保護(hù)、實時監(jiān)測功能的光伏移動電源，其中，所述的USB電源輸出模塊， 其設(shè)置有USB接口，5V數(shù)碼設(shè)備通過USB接口與ARM核心控制板相連接，ARM核心控制板通 過控制內(nèi)部USB穩(wěn)壓電路單元給5V設(shè)備供電，并且提供過壓、過流保護(hù)。
[0013] 上述多重保護(hù)、實時監(jiān)測功能的光伏移動電源，其中，所述的市電充電模塊，其采 用Boost結(jié)構(gòu)，能將18V 60W AC/DC通過適配器給鋰電池充電，充電電流達(dá)到1. 8A，3-4個 小時可以將電池充滿，由ARM核心控制板決定將以多大電流給電池充電，并且嚴(yán)格按照鋰 電池充電曲線來給電池提供電能。
[0014] 上述多重保護(hù)、實時監(jiān)測功能的光伏移動電源，其中，所述的光伏充電模塊實現(xiàn)對 PV組件采光功率的跟蹤，ARM核心控制板通過不斷采集電壓以及輸出電流，計算功率，并且 調(diào)整輸出給鋰電池的功率大小，使PV組件工作在最大功率點；同時ARM核心控制板也監(jiān)測 鋰電池的電壓，按照鋰電池充電曲線給電池充電。
[0015] 上述多重保護(hù)、實時監(jiān)測功能的光伏移動電源，其中，所述的電池管理模塊，其具 有電源軟開關(guān)功能，以及ARM核心控制板可以實現(xiàn)對電源的控制，當(dāng)過充、過放、電流過大、 溫度過高等狀況出現(xiàn)時，ARM核心控制板會及時切斷電源輸出，保護(hù)鋰電池，并且在LCD液 晶顯示器上顯示故障原因等。
[0016] 本發(fā)明增加了三重保護(hù)功能，第一層采取了電池保護(hù)板實現(xiàn)過流停止輸出、欠壓/ 過壓停止輸出、過充停止輸入、過溫保護(hù)等功能；第二層采用硬件電路保護(hù)，在光伏充電模 塊、市電充電模塊、電路板與電池連接處、筆記本電源輸出模塊、USB電源輸出模塊都加裝 NTC保險絲，如果電流高于設(shè)計值，將阻斷通路，切斷電源；第三層，使用ARM核心控制板來 實時監(jiān)測光伏充電模塊、市電輸入模塊、電路板與電池連接處、筆記本電源輸出模塊、USB輸 出模塊的電壓與電流，監(jiān)測各個部分的功率，如果測量值超過設(shè)計值將通過軟件停止輸出。 并且對電池溫度、功率電路溫度等進(jìn)行監(jiān)測，一旦溫度超標(biāo)，將停止電能輸出，實現(xiàn)溫度保 護(hù)。
[0017] 由于采用了以上技術(shù)，本發(fā)明較現(xiàn)有技術(shù)或產(chǎn)品相比，具有的有益效果如下： 1) 、功能上有所增加，第一增加光伏充電部分電路，而且可以通過軟件更新的模式，使 之適應(yīng)其他新型能源，比如風(fēng)能等。 2) 、通過模擬各個廠家的適配器來適應(yīng)市面上的各種手機(jī)，做到能夠給市面上99%的 手機(jī)充電。
[0018] 3 )、杜絕了手機(jī)電池爆炸，造成人身傷害等安全隱患的發(fā)生。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0019] 圖1、為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020] 圖2、為本發(fā)明中ARM核心控制板的電路圖。
[0021] 圖3、為本發(fā)明中光伏充電模塊的電路圖。
[0022] 圖4、為本發(fā)明中市電充電模塊的電路圖。
[0023] 圖5、為本發(fā)明中電池管理模塊的電路圖。
[0024] 圖6、為本發(fā)明中人機(jī)交互模塊的電路圖。
[0025] 圖7、為本發(fā)明中筆記本電源輸出模塊的電路圖。
[0026] 圖8、為本發(fā)明中USB電源輸出模塊的電路圖。
[0027] 圖1中：1-PV組件；2-鋰電池、3-人機(jī)交互模塊、4-電池管理模塊、5-ARM核心控 制板、6-光伏充電模塊、7-筆記本電源輸出模塊、8-市電充電模塊、9-USB接口、10-USB電源 輸出模塊、11-DC輸出端口、12-適配器。

【具體實施方式】
[0028] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的結(jié)構(gòu)和工作方式做進(jìn)一步進(jìn)行說明； 參見圖1，多重保護(hù)、實時監(jiān)測功能的光伏移動電源，其結(jié)構(gòu)主要由PV組件、鋰電池、人 機(jī)交互模塊、電池管理模塊、ARM核心控制板、市電充電模塊、筆記本電源輸出模塊、光伏充 電模塊、USB電源輸出模塊、適配器構(gòu)成，其PV組件、適配器分別通過專用電纜與ARM核心 控制板連接，ARM核心控制板設(shè)置有USB電源輸出模塊、筆記本電源輸出模塊，人機(jī)交互模 塊與ARM核心控制板相連接，鋰電池通過電池管理模塊與ARM核心控制板連接。
[0029] 上述多重保護(hù)、實時監(jiān)測功能的光伏移動電源，其中，所述的PV組件，其通過光伏 充電模塊與ARM核心控制板連接，且內(nèi)部設(shè)置有MPPT控制單元。
[0030] 上述多重保護(hù)、實時監(jiān)測功能的光伏移動電源，其中，所述的適配器，其通過專用 電纜、DC接頭與光伏充電模塊連接后接入至ARM核心控制板，將AC220V/50HZ轉(zhuǎn)換成18V直 流電源，ARM核心控制板通過內(nèi)部的DC-DC控制單元給蓄電池充電。
[0031] 上述多重保護(hù)、實時監(jiān)測功能的光伏移動電源，其中，所述的鋰電池與電池管理模 塊通過8串2并方式與ARM核心控制板連接，總?cè)萘靠蛇_(dá)100AH。
[0032] 參見圖2,上述多重保護(hù)、實時監(jiān)測功能的光伏移動電源，其中，所述的ARM核心 控制板，采用芯片STM32F103RB、內(nèi)核Cotex-M3、ARMv7架構(gòu)，CPU頻率可達(dá)到72MHz，內(nèi)部 Flash容量128KB，SRAM容量達(dá)到16KB，12Bit的ADC，高達(dá)9MHz的采樣速率使控制更加精 準(zhǔn)。
[0033] 進(jìn)一步地，所述的ARM核心控制板中的引腳ΡΑ0 - PA7, PC0 - PC4端口為ADC輸 入端口，整個系統(tǒng)中電壓值、電流值等信息都是通過這8個端口輸入到ARM核心控制板的； PB0、PB1、PB10、PB11是負(fù)責(zé)輸出PWM信號；PA8、PC8、PC9控制按鍵的燈光；PB6、PB7、PC5控 制 3 個按鍵；PC11、PC12、PB13、PB14、PB15 是控制 LCD 液晶顯示屏；PB8、PB9 是 EEPROM 芯 片接口；VSS1-VSS4, VDD1-VDD4是相關(guān)電源的引腳。
[0034] 參見圖6,上述多重保護(hù)、實時監(jiān)測功能的光伏移動電源，其中，所述的人機(jī)交互模 塊通過2個6腳的排針與ARM核心控制板連接，其結(jié)構(gòu)由IXD液晶顯示屏和按鍵構(gòu)成，ARM 核心控制板通過LCD驅(qū)動單元將電量、充放電標(biāo)志等標(biāo)志顯示出來；按鍵是用來調(diào)節(jié)筆記 本輸出的電壓，默認(rèn)為20V輸出，也可以根據(jù)實際情況有不同的輸出，可以實現(xiàn)5V - 24V連 續(xù)輸出，步進(jìn)電壓為IV ;LCD液晶顯示器是顯示電量、輸出電壓、工作狀態(tài)、故障等信息。
[0035] 參見圖7,上述多重保護(hù)、實時監(jiān)測功能的光伏移動電源，其中，所述的筆記本電源 輸出模塊，其設(shè)置有DC輸出端口，輸出電壓為5-20V，采用BUCK電路模型和電壓控制環(huán)進(jìn)行 控制，ARM核心控制板采集輸出的電壓以及電流，如果輸出負(fù)載過小，或外部出現(xiàn)短路狀態(tài) 時，可以停止輸出，并且LCD液晶顯示器上提示報警；用戶可以通過人機(jī)交互模塊來選擇其 使用的筆記本的品牌，ARM核心控制板會控制筆記本電源輸出模塊提供適合的電壓供筆記 本使用；筆記本電腦通過使用配備的多功能筆記本轉(zhuǎn)接頭與移動電源控制板連接，控制板 通過可調(diào)節(jié)穩(wěn)壓輸出電路單元給筆記本供電。
[0036] 參見圖8,上述多重保護(hù)、實時監(jiān)測功能的光伏移動電源，其中，所述的USB電源輸 出模塊，其設(shè)置有USB接口，5V數(shù)碼設(shè)備通過USB接口與ARM核心控制板相連接，ARM核心 控制板通過控制內(nèi)部USB穩(wěn)壓電路單元給5V設(shè)備供電，并且提供過壓、過流保護(hù)。
[0037] 參見圖4,上述多重保護(hù)、實時監(jiān)測功能的光伏移動電源，其中，所述的市電充電模 塊，其采用Boost結(jié)構(gòu)，能將18V 60W AC/DC通過適配器給鋰電池充電，充電電流達(dá)到1.8A， 3-4個小時可以將電池充滿，由ARM核心控制板決定將以多大電流給電池充電，并且嚴(yán)格按 照鋰電池充電曲線來給電池提供電能。
[0038] 參見圖3,上述多重保護(hù)、實時監(jiān)測功能的光伏移動電源，其中，所述的光伏充電模 塊實現(xiàn)對PV組件采光功率的跟蹤，ARM核心控制板通過不斷采集電壓以及輸出電流，計算 功率，并且調(diào)整輸出給鋰電池的功率大小，使PV組件工作在最大功率點；同時ARM核心控制 板也監(jiān)測鋰電池的電壓，按照鋰電池充電曲線給電池充電。
[0039] 參見圖5,上述多重保護(hù)、實時監(jiān)測功能的光伏移動電源，其中，所述的電池管理模 塊，其具有電源軟開關(guān)功能，以及ARM核心控制板可以實現(xiàn)對電源的控制，當(dāng)過充、過放、電 流過大、溫度過高等狀況出現(xiàn)時，ARM核心控制板會及時切斷電源輸出，保護(hù)鋰電池，并且在 IXD液晶顯示器上顯示故障原因等。
[0040] 本發(fā)明增加了三重保護(hù)功能，第一層采取了電池保護(hù)板實現(xiàn)過流停止輸出、欠壓/ 過壓停止輸出、過充停止輸入、過溫保護(hù)等功能；第二層采用硬件電路保護(hù)，在光伏充電模 塊、市電充電模塊、電路板與電池連接處、筆記本電源輸出模塊、USB電源輸出模塊都加裝 NTC保險絲，如果電流高于設(shè)計值，將阻斷通路，切斷電源；第三層，使用ARM核心控制板來 實時監(jiān)測光伏充電模塊、市電輸入模塊、電路板與電池連接處、筆記本電源輸出模塊、USB輸 出模塊的電壓與電流，監(jiān)測各個部分的功率，如果測量值超過設(shè)計值將通過軟件停止輸出。 并且對電池溫度、功率電路溫度等進(jìn)行監(jiān)測，一旦溫度超標(biāo)，將停止電能輸出，實現(xiàn)溫度保 護(hù)。
【權(quán)利要求】
1. 多重保護(hù)、實時監(jiān)測功能的光伏移動電源，其結(jié)構(gòu)主要由PV組件、鋰電池、人機(jī)交互 模塊、電池管理模塊、ARM核心控制板、市電充電模塊、筆記本電源輸出模塊、光伏充電模塊、 USB電源輸出模塊、適配器構(gòu)成，其特征在于：PV組件、適配器分別通過專用電纜與ARM核心 控制板連接，ARM核心控制板設(shè)置有USB電源輸出模塊、筆記本電源輸出模塊，人機(jī)交互模 塊與ARM核心控制板相連接，鋰電池通過電池管理模塊與ARM核心控制板連接。
2. 如權(quán)利要求1所述的多重保護(hù)、實時監(jiān)測功能的光伏移動電源，其特征在于：所述的 PV組件，其通過光伏充電模塊與ARM核心控制板連接，且內(nèi)部設(shè)置有MPPT控制單元。
3. 如權(quán)利要求1所述的多重保護(hù)、實時監(jiān)測功能的光伏移動電源，其特征在于：所 述的適配器，其通過專用電纜、DC接頭與光伏充電模塊連接后接入至ARM核心控制板，將 AC220V/50HZ轉(zhuǎn)換成18V直流電源，ARM核心控制板通過內(nèi)部的DC-DC控制單元給蓄電池充 電。
4. 如權(quán)利要求1所述的多重保護(hù)、實時監(jiān)測功能的光伏移動電源，其特征在于：所述的 鋰電池與電池管理模塊通過8串2并方式與ARM核心控制板連接，總?cè)萘靠蛇_(dá)100AH。
5. 如權(quán)利要求1所述的多重保護(hù)、實時監(jiān)測功能的光伏移動電源，其特征在于：所述 的ARM核心控制板，采用芯片STM32F103RB、內(nèi)核Cotex-M3、ARMv7架構(gòu)，CPU頻率可達(dá)到 72MHz，內(nèi)部Flash容量128KB，SRAM容量達(dá)到16KB，12Bit的ADC，高達(dá)9MHz的采樣速率 使控制更加精準(zhǔn)。
6. 如權(quán)利要求1所述的多重保護(hù)、實時監(jiān)測功能的光伏移動電源，其特征在于：所述的 人機(jī)交互模塊通過2個6腳的排針與ARM核心控制板連接，其結(jié)構(gòu)由LCD液晶顯示屏和按鍵 構(gòu)成，ARM核心控制板通過LCD驅(qū)動單元將電量、充放電標(biāo)志顯示出來；按鍵是用來調(diào)節(jié)筆 記本輸出的電壓，默認(rèn)為20V輸出，也可以根據(jù)實際情況有不同的輸出，可以實現(xiàn)5V - 24V 連續(xù)輸出，步進(jìn)電壓為IV ;LCD液晶顯示器是顯示電量、輸出電壓、工作狀態(tài)、故障信息。
7. 如權(quán)利要求1所述的多重保護(hù)、實時監(jiān)測功能的光伏移動電源，其特征在于：所述的 筆記本電源輸出模塊，其設(shè)置有DC輸出端口，輸出電壓為5-20V，采用BUCK電路模型和電壓 控制環(huán)進(jìn)行控制，ARM核心控制板采集輸出的電壓以及電流，如果輸出負(fù)載過小，或外部出 現(xiàn)短路狀態(tài)時，可以停止輸出，并且LCD液晶顯示器上提示報警；用戶可以通過人機(jī)交互模 塊來選擇其使用的筆記本的品牌，ARM核心控制板會控制筆記本電源輸出模塊提供適合的 電壓供筆記本使用；筆記本電腦通過使用配備的多功能筆記本轉(zhuǎn)接頭與移動電源控制板連 接，控制板通過可調(diào)節(jié)穩(wěn)壓輸出電路單元給筆記本供電。
8. 如權(quán)利要求1所述的多重保護(hù)、實時監(jiān)測功能的光伏移動電源，其特征在于：所述的 USB電源輸出模塊，其設(shè)置有USB接口，5V數(shù)碼設(shè)備通過USB接口與ARM核心控制板相連接， ARM核心控制板通過控制內(nèi)部USB穩(wěn)壓電路單元給5V設(shè)備供電，并且提供過壓、過流保護(hù)。
9. 如權(quán)利要求1所述的多重保護(hù)、實時監(jiān)測功能的光伏移動電源，其特征在于：所述的 市電充電模塊，其采用Boost結(jié)構(gòu)，能將18V 60W AC/DC通過適配器給鋰電池充電，充電電 流達(dá)到1. 8A，3-4個小時可以將電池充滿，由ARM核心控制板決定將以多大電流給電池充 電，并且嚴(yán)格按照鋰電池充電曲線來給電池提供電能。
10. 如權(quán)利要求1所述的多重保護(hù)、實時監(jiān)測功能的光伏移動電源，其特征在于：所述 的光伏充電模塊實現(xiàn)對PV組件采光功率的跟蹤，ARM核心控制板通過不斷采集電壓以及輸 出電流，計算功率，并且調(diào)整輸出給鋰電池的功率大小，使PV組件工作在最大功率點；同時 ARM核心控制板也監(jiān)測鋰電池的電壓，按照鋰電池充電曲線給電池充電。
【文檔編號】H02H7/18GK104158268SQ201410445280
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2014年9月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月4日
【發(fā)明者】盧光偉, 李達(dá)非, 李夢義, 張敏玲 申請人:上海太陽能科技有限公司