CN204190691U - 太阳能电池电源管理控制器 - Google Patents

Abstract

一种太阳能电池电源管理控制器，它包括发电模块、发电单元电压测量模块、串并联转换模块、储电池和控制模块，它们相互电连接。控制模块根据测量发电单元电压高低和储电池最高充电电压给出串并联转换控制信号，串并联转换控制信号控制串并联转换模块的串并联转换开关电路。电压低时由控制模块控制自动转换为其发电单元串联连接，电压较低时由控制模块控制自动转换为发电单元串并联混合连接，电压高时由控制模块控制自动转换为发电单元并联连接。实现发电单元在低电压输出时电能的有效利用；克服了传统太阳能电池在阴暗天气下不能输出电能的缺陷，最大效率的利用了太阳能；它同样适用于各种发电单元的测控。

Description

太阳能电池电源管理控制器

技术领域

本实用新型属于电子测量控制和新能源领域，它涉及一种太阳能电池电源管理控制器，它同样适用于各种发电单元的测控。

背景技术

随着环境污染和能源危机的加深，太阳能的利用和研究受到广泛的关注，充分利用太阳能是世界各国政府可持续发展的能源战略决策。太阳能是人类取之不尽用之不竭的可再生能源，它是清洁能源，不产生任何的环境污染，在太阳能的有效利用中，太阳能电池发电是近些年来发展最快，最具活力的应用领域。太阳能电池发电是基于“光生伏特效应”原理，将太阳辐射直接转化为电能。它具有永久性、清洁性和灵活性大的优点，是其他能源无法比拟的。目前全世界都在推广应用太阳能发电，许多国家正在大规模地进行太阳能发电的研制开发，积极生产各种相关的节能新产品。太阳能电池发电的应用包括军事领域、航天领域以及工业、商业、农业、通信和家用电器以及公用设施等部门，尤其适合在边远地区、高山、沙漠、海岛和农村使用，以节省造价很贵的输电线路。

太阳能电源控制器为太阳能充放电控制器，是用于太阳能发电系统中，控制多路太阳能电池组件对蓄电池充电以及蓄电池给负载供电的自动控制设备。太阳能电源控制器通常采用微处理器和A/D模数转换器快速实时采集太阳能电池当前的工作状态，根据太阳能电池的工作信息，控制对储电池的充放电，达到太阳能发电高效利用。

目前开发利用的主要目标是在提高效率的同时如何进一步降低成本，有许多基于单片机的太阳能控制器电路就是运用单片机对太阳能电池进行控制，使其高效的进行充/放电，最终达到提高效率的目的。同时降低成本，基于单片机控制的小型太阳能电池控制器具有经济环保智能化等多种特点。

太阳能电源控制器主要是数据采集和监测控制光伏系统，控制储电池的充放电，防止过充和过放电，延长储电池的使用寿命。但传统太阳能电池控制器在阴暗天气下不能输出电能，并网供电时不能维持并网，产生掉网等缺陷，

发明内容

针对上述情况，本实用新型的目的是提供一种结构简单、紧凑，制造容易，使用方便，商业前景好，适宜普及推广；实现在阴暗天气下能继续输出电能，并网供电时能维持并网的一种太阳能电池电源管理控制器。

为了实现上述目的，一种太阳能电池电源管理控制器它包括发电模块、发电单元电压测量模块、串并联转换模块、储电池和控制模块，它们相互电连接。控制模块根据测量发电单元电压高低和储电池最高充电电压给出串并联转换控制信号，串并联转换控制信号控制串并联转换模块的串并联转换开关电路。电压低时由控制模块控制自动转换为其发电单元串联连接，电压较低时由控制模块控制自动转换为发电单元串并联混合连接，电压高时由控制模块控制自动转换为发电单元并联连接。

串并联转换开关电路构成串并联转换模块，它主要由并联开关K_并、串联开关K_串、接地开关K_接地和混合连接开关K_混合组成。并联开关K_并1连接于前后两电源组件的正极，并联开关K_并2连接于前后两电源组件的负极，串联开关K_串连接前级电源组件的正极到后级电源组件的负极，接地开关K_接地连接电源组件的负极到总输出负极端头，混合连接开关K_混合连接电源组件的正极到总输出正极端头。为了实现串并联转换输出电能，其进一步的措施还有：

由继电器组成并联开关K_并、串联开关K_串、接地开关K_接地和混合连接开关K_混合。

由电子开关组成并联开关K_并、串联开关K_串、接地开关K_接地和混合连接开关K_混合。

由大功率开关管组成并联开关K_并、串联开关K_串、接地开关K_接地和混合连接开关K_混合。

本实用新型由发电模块、发电单元电压测量模块、串并联转换模块、储电池和控制模块组成；发电模块包括多个发电单元，每个发电单元由太阳能电池片串并联混合连接；发电单元电压测量模块由模数转换电路组成；串并联转换模块由信号放大器和串并联转换开关电路组成；控制模块由微处理器组成；控制模块与发电单元电压测量模块、串并联转换变换模块及储电池连接，发电单元电压测量模块与发电模块连接；控制模块根据测量发电单元电压高低和储电模块最高充电电压输出串并联转换控制信号，电压低时输出串联连接控制信号，电压较低时输出串并联混合连接控制信号，电压高时输出并联连接控制信号，控制串并联转换开关电路；串并联转换根据控制模块的控制串并联转换信号，发电电压低时由控制模块控制自动转换为其发电单元串联连接，发电电压较低时由控制模块控制自动转换为发电单元串并联混合连接，发电电压高时由控制模块控制自动转换为发电单元并联连接。

太阳能电池电源管理控制器工作过程是先进行测量发电单元电压高低，然后由控制模块根据测量发电单元电压高低和储电池最高充电电压给出串并联转换控制信号，串并联转换控制信号控制串并联转换开关电路，使其根据实时的发电单元电压高低连接合适的输出电路，最终达到太阳能电池电源处于最佳输出能量工作状态。

本实用新型实现了发电单元在低电压输出时电能的有效利用，它克服了传统太阳能电池在阴暗天气下不能输出电能的缺陷，并网供电时能维持并网，最大效率的利用太阳能；它同样适用于各种发电单元的测控。

本实用新型相比现有技术所产生的有益效果：

(1)本实用新型仅只要在传统太阳能电池电源管理控制器上增加串并联转换开关电路和控制电路，通过控制串并联转换开关电路，实时调整串并联转换开关电路，最大效率的利用太阳能。

(2)本实用新型与传统太阳能电池控制器相比，并网供电时能维持并网运行，避免了掉网危险。

(3)本实用新型增加的电子元器件为常规电子器件，价格不贵，无需投入新的设备，成本增加少。

(4)本实用新型系统结构简单、可靠，制造成本低，制作容易，大大地提高了太阳能电池的发电效率，商业前景好，适宜普及推广。

本实用新型适合于各种太阳能电池发电单元的测控；它还可广泛应用于风能发电等各种发电领域。

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的说明。

附图说明

图1为本实用新型太阳能电池电源管理控制器的结构示意图。

图2为本实用新型的两发电单元串并联转换变换模块电路结构图。

图3为本实用新型的三发电单元串并联转换变换模块电路结构图。

图4为本实用新型的四发电单元串并联转换变换模块电路结构图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步的详细说明。

由附图1所示，一种太阳能电池电源管理控制器，它包括发电模块、发电单元电压测量模块、串并联转换模块、储电池和控制模块，它们相互电连接。控制模块根据测量发电单元电压高低和储电池最高充电电压给出串并联转换控制信号，串并联转换控制信号控制串并联转换模块的串并联转换开关电路。电压低时由控制模块控制自动转换为其发电单元串联连接，电压较低时由控制模块控制自动转换为发电单元串并联混合连接，电压高时由控制模块控制自动转换为发电单元并联连接。

由附图2所示，它是两发电单元模块的串并联转换变换模块电路，这种情况串并联转换变换模块电路包括由并联开关K_并1、并联开关K_并2和串联开关K_串等组成。并联开关K_并1连接于前后两电源组件的正极，并连接各电源组件的正极到总输出正极V_输出端头；并联开关K_并2连接于前后两电源组件的负极，并连接各电源组件的负极到总输出负极接地端头；串联开关K_串连接前级电源组件E₁的负极到后级电源组件E₂的正极。

由附图所示1和2，一种太阳能电池电源管理控制器的工作原理如下。

参照附图1和2，发电模块包括两个发电单元，两个发电单元由太阳能电池片串并联连接；发电单元电压测量模块由模数转换电路组成；串并联转换模块由信号放大器和串并联转换开关电路组成；控制模块由微处理器组成。控制模块与发电单元电压测量模块、串并联转换变换模块及储电池连接，发电单元电压测量模块与发电模块连接。控制器工作时，先进行测量发电单元电压高低，然后由控制模块根据测量发电单元电压高低和储电模块最高充电电压输出串并联转换控制信号，串并联转换控制信号控制串并联转换开关电路。电压低时输出串联连接控制信号，控制串并联转换开关电路自动转换为其发电单元串联连接，先使并联开关K_并1和并联开关K_并2处于断开状态，然后使串联开关K_串处于闭合状态，因此使发电单元E₁和E₂处于串联连接输出；电压高时输出并联连接控制信号，控制串并联转换开关电路自动转换为发电单元并联连接，先使串联开关K_串处于断开状态，然后使并联开关K_并1和并联开关K_并2处于闭合状态，因此使发电单元E₁和E₂处于并联连接输出。由此使其根据实时的发电单元电压高低连接合适的输出电路，最终达到太阳能电池电源处于最佳输出能量工作状态，使其在阴暗天气下也能输出电能。

由附图3所示，它是三发电单元模块的串并联转换变换模块电路，这种情况串并联转换变换模块电路包括由并联开关K_并1、并联开关K_并2、并联开关K_并3、并联开关K_并4和串联开关K_串1和串联开关K_串2等组成。并联开关K_并1和并联开关K_并3连接于前后两电源组件的正极，并连接各电源组件的正极到总输出正极V_输出端头；并联开关K_并2和并联开关K_并4连接于前后两电源组件的负极，并连接各电源组件的负极到总输出负极接地端头；串联开关K_串1连接前级电源组件E₁的负极到后级电源组件E₂的正极，串联开关K₂连接前级电源组件E₂的负极到后级电源组件E₃的正极。

参照附图1和3，控制器工作时，由控制模块根据测量发电单元电压高低和储电模块最高充电电压输出串并联转换控制信号。电压低时输出串联连接控制信号，控制串并联转换开关电路自动转换为其发电单元串联连接，先使并联开关K_并1、并联开关K_并2、并联开关K_并3和并联开关K_并4处于断开状态，然后使串联开关K_串1和串联开关K_串2处于闭合状态，因此使发电单元E₁、E₂和E₃处于串联连接输出；电压高时输出并联连接控制信号，控制串并联转换开关电路自动转换为发电单元并联连接，先使串联开关K_串1和串联开关K_串2处于断开状态，然后使并联开关K_并1、并联开关K_并2、并联开关K_并3和并联开关K_并4处于闭合状态，因此使发电单元E₁、E₂和E₃处于并联连接输出。电压较低时输出串并联混合连接控制信号，控制串并联转换开关电路自动转换为其发电单元串并联混合连接，先使并联开关K_并3和并联开关K_{并 4}以及串联开关K_串1处于断开状态，然后使并联开关K_并1、并联开关K_并2和串联开关K_串2处于闭合状态，它使E₁和E₂并联，E₁并E₂再与E₃形成串联，因此使发电单元E₁、E₂和E₃处于串并联混合连接输出；也可先使并联开关K_并1、并联开关K_并2和串联开关K_串2处于断开状态，然后使并联开关K_并3和并联开关K_并4以及串联开关K_串1处于闭合状态，它使E₂和E₃并联，E₁再与E₂并E₃形成串联，达到发电单元E₁、E₂和E₃处于串并联混合连接输出。

由附图4所示，它是四发电单元模块的串并联转换变换模块电路，这种情况串并联转换变换模块电路包括由并联开关K_并1、并联开关K_并2、并联开关K_并3、并联开关K_并4、并联开关K_并5、并联开关K_并6、串联开关K_串1、串联开关K_串2、串联开关K_串3、混合连接开关K_混合1和接地开关K_接地(既混合连接开关K_混合2)等组成。并联开关K_并1、并联开关K_并3和并联开关K_并5连接于前后两电源组件的正极；混合连接开关K_混合1连接E₃电源组件的正极到总输出正极V_{输 出}端头；并联开关K_并2、并联开关K_并4和并联开关K_并6连接于前后两电源组件的负极；接地开关K_接地(既混合连接开关K_混合2)连接E₂电源组件的负极到总输出负极接地端头；串联开关K_串1连接前级电源组件E₁的负极到后级电源组件E₂的正极，串联开关K_串2连接前级电源组件E2的负极到后级电源组件E₃的正极，串联开关K_串3连接前级电源组件E₃的负极到后级电源组件E₄的正极。

参照附图1和4，控制器工作时，由控制模块根据测量发电单元电压高低和储电模块最高充电电压输出串并联转换控制信号。电压低时输出串联连接控制信号，控制串并联转换开关电路自动转换为其发电单元串联连接，先使并联开关K_并1、并联开关K_并2、并联开关K_并3、并联开关K_并4、并联开关K_并5和并联开关K_并6以及混合连接开关K_混合1和混合连接开关K_混合2处于断开状态，然后使串联开关K_串1、串联开关K_串2和串联开关K_串3处于闭合状态，因此使发电单元E₁、E₂、E₃和E₄处于串联连接输出。电压高时输出并联连接控制信号，控制串并联转换开关电路自动转换为发电单元并联连接，先使串联开关K_串1、串联开关K_串2和串联开关K_串3处于断开状态，然后使并联开关K_并1、并联开关K_并2、并联开关K_并3、并联开关K_并4、并联开关K_并5和并联开关K_并6处于闭合状态，也使混合连接开关K_混合1和混合连接开关K_混合2处于闭合状态，因此使发电单元E₁、E₂、E₃和E₄处于并联连接输出。电压较低时输出串并联混合连接控制信号，控制串并联转换开关电路自动转换为其发电单元串并联混合连接，先使并联开关K_并1、并联开关K_并2、并联开关K_并3、并联开关K_并4、并联开关K_并5和并联开关K_并6以及串联开关K_串2处于断开状态，然后使串联开关K_串1和串联开关K_串3处于闭合状态，再使混合连接开关K_混合1和混合连接开关K_混合2处于闭合状态，它使E₁和E₂串联，E₃和E₄串联，E₁串E₂再与E₃串E₄形成并联，因此使发电单元E₁、E₂、E₃和E₄处于串并联混合连接输出；也可使E₁和E₂并联，E₃和E₄并联，E₁并E₂再与E₃并E₄形成串联，达到发电单元E₁、E₂和E₃处于串并联混合连接输出。

Claims (9)

1.一种太阳能电池电源管理控制器，其特征在于它包括发电模块、发电单元电压测量模块、串并联转换模块、储电模块和控制模块。

2.根据权利要求1所述的太阳能电池电源管理控制器，其特征在于发电模块包括多个发电单元，每个发电单元由太阳能电池片串并联混合连接。

3.根据权利要求1所述的太阳能电池电源管理控制器，其特征在于发电单元电压测量模块由模数转换电路组成。

4.根据权利要求1所述的太阳能电池电源管理控制器，其特征在于串并联转换模块由信号放大器和串并联转换开关电路组成。

5.根据权利要求1所述的太阳能电池电源管理控制器，其特征在于控制模块输出串并联转换信号控制串并联转换开关电路。

6.根据权利要求1所述的太阳能电池电源管理控制器，其特征在于控制模块根据测量发电单元电压高低和储电模块最高充电电压给出串并联转换控制信号，电压低时输出串联连接控制信号，电压较低时输出串并联混合连接控制信号，电压高时输出并联连接控制信号。

7.根据权利要求1所述的太阳能电池电源管理控制器，其特征在于串并联转换根据发电单元电压测量模块测量的电压高低情况，由控制模块控制串并联转换模块；发电电压低时由控制模块控制自动转换为其发电单元串联连接，发电电压较低时由控制模块控制自动转换为发电单元串并联混合连接，发电电压高时由控制模块控制自动转换为发电单元并联连接。

8.根据权利要求1所述的太阳能电池电源管理控制器，其特征在于控制模块与发电单元电压测量模块、串并联转换变换模块及储电模块连接；发电单元电压测量模块与发电模块连接。

9.根据权利要求1或4所述的太阳能电池电源管理控制器，其特征在于串并联转换开关电路由并联开关K_并、串联开关K_串、接地开关K_接地和混合连接开关K_混合组成；并联开关K_并1连接于前后两电源的正极，并联开关K_并2连接于前后两电源的负极，串联开关K_串连接前级电源的正极到后级电源的负极，接地开关K_接地连接电源的负极到总输出负极端头，混合连接开关K_混合连接电源的正极到总输出正极端头。