自適應(yīng)光伏市電互補蓄電池充放電控制器的制作方法

本發(fā)明涉及蓄電池的光伏控制器領(lǐng)域，特別涉及一種蓄電池的充放電一體控制器。

背景技術(shù)：

隨著可再生新能源的發(fā)展，利用光伏、市電互補方式為蓄電池充電成為一種趨勢。此外，正確的充放電方式不僅節(jié)約成本，還可以有效延長蓄電池的使用壽命。長期處于過放電狀態(tài)或過充電狀態(tài)的蓄電池，因內(nèi)部導(dǎo)電離子無法得到有效激發(fā)，蓄電池就會因為使用不當(dāng)而大大影響其使用壽命，以標(biāo)稱電壓為12v的蓄電池為例，其理想端電壓范圍是12v～13.5v，該標(biāo)稱電壓的蓄電池在使用過程中，應(yīng)盡量避免蓄電池的端電壓長期處在小于12v或高于14.5v。

用戶在使用蓄電池時往往對蓄電池剩余電量不清楚，蓄電池不進行及時有效的充放電可能會導(dǎo)致設(shè)備工作中途電力不足或使用不穩(wěn)定等情況發(fā)生。因此，有必要研發(fā)一種蓄電池自動充放電控制器，對蓄電池進行自動充放電和過充關(guān)斷控制、充電關(guān)斷恢復(fù)控制、過放關(guān)斷控制、放電關(guān)斷恢復(fù)控制，使蓄電池的電壓長期穩(wěn)定在較為正常的范圍。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述不足，本發(fā)明提供一種自適應(yīng)光伏市電互補蓄電池控制器，可以檢測蓄電池所處狀態(tài)，并進行自動充放電和充放電關(guān)斷控制、充放電關(guān)斷恢復(fù)控制，使蓄電池的電壓長期穩(wěn)定在較為正常的范圍內(nèi)；

本發(fā)明還可根據(jù)邏輯需要進行光伏電源、市電電源的自適應(yīng)切換供電。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用以下的技術(shù)方案：

自適應(yīng)光伏市電互補蓄電池充放電控制器，連接在蓄電池兩端的第一分壓支路和第二分壓支路，第一分壓支路的采樣點連接第一電壓遲滯比較器的反向輸入端，第一電壓遲滯比較器的同向輸入端通過第一電阻r1連接基準(zhǔn)電壓，第一電壓遲滯比較器的同向輸入端和輸出端之間連接第一反饋電阻r2，設(shè)定第一分壓支路的采樣比以及r1和r2的比值，使第一電壓遲滯比較器的上門限電壓對應(yīng)于蓄電池的過充關(guān)斷電壓，第一電壓遲滯比較器的下門限電壓對應(yīng)于蓄電池的充電關(guān)斷恢復(fù)電壓；

第一電壓遲滯比較器的輸出端通過第一繼電器連接電源輸出端對蓄電池的充電回路，所述電源輸出端連接由邏輯控制電路控制切入與否的光伏電源、市電電源；

當(dāng)蓄電池端電壓上升至過充關(guān)斷電壓時，第一電壓遲滯比較器發(fā)生翻轉(zhuǎn)輸出低電平，其通過第一繼電器斷開電源輸出端對蓄電池的充電，此過充關(guān)斷狀態(tài)一直維持到蓄電池端電壓降低至充電關(guān)斷恢復(fù)電壓，達(dá)到充電關(guān)斷恢復(fù)電壓則第一電壓遲滯比較器翻轉(zhuǎn)為高電平，接通電源輸出端對蓄電池的充電；

所述第二分壓支路的采樣點連接第二電壓遲滯比較器的反向輸入端，第二電壓遲滯比較器的同向輸入端通過第二電阻r3連接基準(zhǔn)電壓，第二電壓遲滯比較器的同向輸入端和輸出端之間連接第二反饋電阻r4，設(shè)定第二分壓支路的采樣比以及r3和r4的比值，使第二電壓遲滯比較器的下門限電壓對應(yīng)于蓄電池的過放關(guān)斷電壓，第二電壓遲滯比較器的上門限電壓對應(yīng)于蓄電池的放電關(guān)斷恢復(fù)電壓；第二電壓遲滯比較器的輸出端通過第二繼電器連接蓄電池對負(fù)載的放電回路；

當(dāng)蓄電池端電壓下降至過放關(guān)斷電壓時，第二電壓遲滯比較器發(fā)生翻轉(zhuǎn)輸出高電平，其通過第二繼電器斷開蓄電池對負(fù)載的放電，此過放關(guān)斷狀態(tài)一直維持到蓄電池端電壓上升至放電關(guān)斷恢復(fù)電壓，達(dá)到放電關(guān)斷恢復(fù)電壓則第一電壓遲滯比較器翻轉(zhuǎn)為低電平，接通蓄電池對負(fù)載的放電。

優(yōu)選地，所述邏輯控制電路包括為npn型的第三三極管，第三三極管的基極和發(fā)射極之間連接光敏電阻，其集電極通過電阻連接vcc，其發(fā)射極接地，第三三極管的集電極和第一電壓遲滯比較器的輸出端共同連接與門，與門的輸出端通過第四三極管連接第三繼電器，當(dāng)與門輸出為高電平時，第三繼電器的觸點接通光伏電源對蓄電池的充電；

所述第二電壓遲滯比較器的輸出端通過第五三極管連接第四繼電器，當(dāng)?shù)诙妷哼t滯比較器的輸出端為高電平時，第四繼電器的觸點接通市電電源對蓄電池的充電；

于是，當(dāng)晚上過充時，以及晚上不過充也不過放時，光敏元件使光伏電源、市電電源均不導(dǎo)入充電，當(dāng)晚上過放時，光敏元件使市電電源導(dǎo)入充電，當(dāng)白天過充時，光敏元件使光伏電源、市電電源均不導(dǎo)入充電，當(dāng)白天不過充也不過放時，光敏元件使光伏電源導(dǎo)入充電，當(dāng)白天過放時，光敏元件使光伏電源、市電電源均導(dǎo)入充電。

作為一種優(yōu)選方案，所述第一電壓遲滯比較器的輸出端通過npn型的第一三極管連接第一繼電器，充電指示燈并聯(lián)在第一繼電器的線圈兩端，第一繼電器的常閉觸點連接過充關(guān)斷指示燈后連接電源輸出端，其常開觸點連接在電源輸出端對蓄電池的充電回路上；

所述第二電壓遲滯比較器的輸出端通過npn型的第二三極管連接第二繼電器，過放關(guān)斷指示燈并聯(lián)在第二繼電器的線圈兩端，第二繼電器的常閉觸點連接在蓄電池對負(fù)載的放電回路上，放電指示燈連接第二繼電器的常閉觸點后并聯(lián)在蓄電池的兩端。

優(yōu)選地，所述第一電壓遲滯比較器的同向輸入端通過第一電阻連接的基準(zhǔn)電壓和第二電壓遲滯比較器的同向輸入端通過第二電阻連接的基準(zhǔn)電壓為同一基準(zhǔn)電壓。

本發(fā)明的有益效果是：(1)可以自動檢測蓄電池所處狀態(tài)，由此進行自動充放電和過充關(guān)斷控制、過放關(guān)斷控制、以及充電關(guān)斷恢復(fù)控制、放電關(guān)斷恢復(fù)控制，使蓄電池的電壓長期穩(wěn)定在較為正常的范圍內(nèi)，可以提高蓄電池的工作效率和使用壽命；并且可根據(jù)邏輯需要進行光伏電源、市電電源的自適應(yīng)切換供電。

(2)作為一種控制邏輯，當(dāng)晚上過充時，以及晚上不過充也不過放時，使光伏電源、市電電源均不導(dǎo)入充電，當(dāng)晚上過放時，使市電電源導(dǎo)入充電，當(dāng)白天過充時，使光伏電源、市電電源均不導(dǎo)入充電，當(dāng)白天不過充也不過放時，使光伏電源導(dǎo)入充電，當(dāng)白天過放時，使光伏電源、市電電源均導(dǎo)入充電。

附圖說明

圖1為本發(fā)明自適應(yīng)光伏市電互補蓄電池充放電控制器實施例的電路原理圖。

圖2是反相電壓遲滯比較器的電路模型圖。

圖3為反相電壓遲滯比較器的傳輸特性圖。

圖4為標(biāo)稱電壓為12v的蓄電池的第一電壓遲滯比較器的傳輸特性圖。

圖5為標(biāo)稱電壓為12v的蓄電池的第二電壓遲滯比較器的傳輸特性圖。

具體實施方式

使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的限制。

相反，本發(fā)明涵蓋任何依本發(fā)明精髓所作的替代、修改、等效方法以及方案。進一步，為使公眾對本發(fā)明有更好的了解，在下文的實施例中，詳盡描述了一些特定的細(xì)節(jié)部分，但這些特定的細(xì)節(jié)部分并不會限制本發(fā)明的保護范圍。

參照圖1-5：自適應(yīng)光伏市電互補蓄電池充放電控制器，包括連接在蓄電池兩端的第一分壓支路和第二分壓支路，第一分壓支路的采樣點連接第一電壓遲滯比較器u1a的反向輸入端，第一電壓遲滯比較器u1a的同向輸入端通過第一電阻r1連接基準(zhǔn)電壓vr，第一電壓遲滯比較器u1a的同向輸入端和輸出端之間連接第一反饋電阻r2，第一電壓遲滯比較器u1a的輸出端連接穩(wěn)壓二極管zd1，設(shè)定第一分壓支路的采樣比以及r1和r2的比值，使第一電壓遲滯比較器u1a的上門限電壓對應(yīng)于蓄電池的過充關(guān)斷電壓，第一電壓遲滯比較器u1a的下門限電壓對應(yīng)于蓄電池的充電關(guān)斷恢復(fù)電壓；第一電壓遲滯比較器u1a構(gòu)成過充比較；。

所述第一電壓遲滯比較器u1a的輸出端通過npn型的第一三極管q1連接第一繼電器的線圈k1a，充電指示燈led1并聯(lián)在第一繼電器的線圈k1a兩端，第一繼電器的觸點為雙向開關(guān)k1b，k1b的常閉觸點連接過充關(guān)斷指示燈led2后連接電源輸出端，k1b的常開觸點連接在電源輸出端對蓄電池的充電回路上；所述電源輸出端連接由邏輯控制電路控制切入與否的光伏電源、市電電源；

所述第二分壓支路的采樣點連接第二電壓遲滯比較器u1b的反向輸入端，第二電壓遲滯比較器u1b的同向輸入端通過第二電阻r3連接基準(zhǔn)電壓vr，第二電壓遲滯比較器u1b的同向輸入端和輸出端之間連接第二反饋電阻r4，設(shè)定第二分壓支路的采樣比以及r3和r4的比值，使第二電壓遲滯比較器u1b的下門限電壓對應(yīng)于蓄電池的過放關(guān)斷電壓，第二電壓遲滯比較器u1b的上門限電壓對應(yīng)于蓄電池的放電關(guān)斷恢復(fù)電壓；第二電壓遲滯比較器u1b構(gòu)成過放比較；

所述第二電壓遲滯比較器u1b的輸出端通過npn型的第二三極管q2連接第二繼電器的線圈k2a，過放關(guān)斷指示燈led3并聯(lián)在第二繼電器的線圈k2a兩端，第二繼電器的觸點為雙向開關(guān)k2b，k2b的常閉觸點連接在蓄電池對負(fù)載的放電回路上，放電指示燈led4連接k2b的常閉觸點后并聯(lián)在蓄電池的兩端。

于是，可以實現(xiàn)，當(dāng)蓄電池端電壓上升至過充關(guān)斷電壓時，第一電壓遲滯比較器u1a發(fā)生翻轉(zhuǎn)輸出低電平，此時npn型的第一三極管q1截止，第一繼電器的線圈k1a不上電，雙向開關(guān)k1b的常開觸點斷開對蓄電池的充電，同時雙向開關(guān)k1b的常閉觸點還使過充關(guān)斷指示燈led2點亮，此過充關(guān)斷狀態(tài)一直維持到蓄電池端電壓降低至充電關(guān)斷恢復(fù)電壓，達(dá)到充電關(guān)斷恢復(fù)電壓則第一電壓遲滯比較器翻轉(zhuǎn)為高電平，此時npn型的第一三極管q1導(dǎo)通，第一繼電器的線圈k1a上電，雙向開關(guān)k1b的常開觸點閉合，接通電源輸出端對蓄電池的充電，k1a上電還使充電指示燈led1點亮；

于是，可以實現(xiàn)，當(dāng)蓄電池端電壓下降至過放關(guān)斷電壓時，第二電壓遲滯比較器u1b發(fā)生翻轉(zhuǎn)輸出高電平，此時npn型的第二三極管q2導(dǎo)通，第二繼電器的線圈k2a上電，雙向開關(guān)k2b的常閉觸點斷開，使蓄電池斷開對負(fù)載的放電，k2a上電還使過放關(guān)斷指示燈led3點亮，此過放關(guān)斷狀態(tài)一直維持到蓄電池端電壓上升至放電關(guān)斷恢復(fù)電壓，達(dá)到放電關(guān)斷恢復(fù)電壓則第一電壓遲滯比較器翻轉(zhuǎn)為低電平，此時npn型的第二三極管q2截止，第二繼電器的線圈k2a不上電，雙向開關(guān)k2b的常閉觸點閉合，接通蓄電池對負(fù)載的放電，k2b的常閉觸點閉合還使放電指示燈led4點亮。圖1中的out1為蓄電池對負(fù)載的放電端口。

本實施例中，所述第一電壓遲滯比較器u1a的同向輸入端通過第一電阻r1連接的基準(zhǔn)電壓和第二電壓遲滯比較器u1b的同向輸入端通過第二電阻r3連接的基準(zhǔn)電壓采用同一基準(zhǔn)電壓，二者也可采用不同的基準(zhǔn)電壓，本實施例中，由已存在的穩(wěn)壓二極管zd3提供(也可采用其他方便獲得的電壓源提供)。

以下以標(biāo)稱電壓為12v的蓄電池為例，說明如何確定第一、第二分壓支路的采樣系數(shù)以及第一、第二電壓遲滯比較器的電阻比值。

第一電壓遲滯比較器的上門限電壓下門限電壓其中vr為第一電壓遲滯比較器的基準(zhǔn)電壓，vz為輸出端穩(wěn)壓二極管zd1的穩(wěn)壓值，令上門限電壓vp1＝過充關(guān)斷電壓14.5v，下門限電壓vp2＝充電關(guān)斷恢復(fù)電壓13.8v，本實施例中設(shè)定基準(zhǔn)電壓由穩(wěn)壓值為5.1v的穩(wěn)壓二極管zd3提供，設(shè)定zd1＝5v，則，

將①式除以②式，可以得到第一電阻r1與第一反饋電阻r2的比值，將該比值帶入①式，可以得到采樣系數(shù)x的值。圖1中第一分壓支路的采樣

同理，第二電壓遲滯比較器的上門限電壓下門限電壓其中vr2為第二電壓遲滯比較器的基準(zhǔn)電壓，vz為輸出端穩(wěn)壓二極管zd2的穩(wěn)壓值，令上門限電壓vp1＝放電關(guān)斷恢復(fù)電壓11.5v，下門限電壓vp2＝過放關(guān)斷電壓11v，設(shè)定基準(zhǔn)電壓由穩(wěn)壓值為5.1v的zd3一并提供，設(shè)定zd1＝5v，則可以計算出第二分壓支路的采樣系數(shù)以及第二電阻r3和第二反饋電阻r4的比值，過程同上；

上述公式可參見高教版，模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)(第四版)，430頁，該頁的原理圖中的-uz我們這里是0，所以下門限電壓的第二項為零，簡化成了上述公式。該公式還可參見南開版，模擬電路基礎(chǔ)。

圖1中，第一電壓遲滯比較器u1a和第二電壓遲滯比較器u1b通過三端可調(diào)穩(wěn)壓器u2供電，u2采用芯片lm317，lm317的輸入端連接蓄電池，可實現(xiàn)在輸入電壓變化的情況下穩(wěn)壓輸出，調(diào)節(jié)r8和r9的比值可改變輸出電壓的大小，lm317的輸出端vcc1連接第一、第二電壓遲滯比較器的正電源端。

r12，r20，r7對應(yīng)為穩(wěn)壓二極管zd1、zd2、zd3的限流電阻。

以下解釋反相電壓遲滯比較器的工作原理。圖2是反相電壓遲滯比較器的電路模型圖，圖3為反相電壓遲滯比較器的傳輸特性圖，只有當(dāng)輸入電壓達(dá)到u上限時，反相電壓遲滯比較器才輸出低電平，此后輸入電壓只要不降低至u下限則持續(xù)輸出低電平，只有當(dāng)輸入電壓降低至u下限時，反相電壓遲滯比較器才翻轉(zhuǎn)輸出高電平，此后輸入電壓只要不上升至u上限則持續(xù)輸出高電平。

以標(biāo)稱電壓12v的蓄電池為例，圖4為第一電壓遲滯比較器u1a的傳輸特性圖，其構(gòu)成充電回路，其中，u上限為14.5v，u下限為13.8v。圖5為第二電壓遲滯比較器u1b的傳輸特性圖，其構(gòu)成放電回路，圖中，u上限為12v，u下限為11v。

作為一種可選擇的方案，本實施例中，如圖1所示，所述邏輯控制電路通過光敏元件識別白天及晚上，其包括為npn型的第三三極管q3，第三三極管q3的基極和發(fā)射極之間連接光敏電阻r光，其基極和集電極通過電阻連接vcc，其發(fā)射極接地，第三三極管q3的集電極和第一電壓遲滯比較器u1a的輸出端共同連接與門u3a，與門u3a的輸出端通過第四三極管q4連接第三繼電器k3，當(dāng)與門u3a輸出為高電平時，第三繼電器k3的觸點接通光伏電源對蓄電池的充電；

所述第二電壓遲滯比較器u1b的輸出端通過第五三極管q5連接第四繼電器k4，當(dāng)?shù)诙妷哼t滯比較器u1b的輸出端為高電平時，第四繼電器k4的觸點接通市電電源對蓄電池的充電。

當(dāng)白天有光照時，光敏電阻r光呈現(xiàn)小電阻，第三三極管q3的基極為低電平，第三三極管q3不導(dǎo)通，其集電極輸出高電平，當(dāng)夜晚沒有光照時，光敏電阻r光呈現(xiàn)大電阻，第三三極管q3的基極為高電平，第三三極管q3導(dǎo)通，其集電極輸出低電平。

圖1中，在與門的作用下，yg＝qg·qc，另外，ys＝qf；在此邏輯下，可以實現(xiàn)，當(dāng)晚上過充時，以及晚上不過充也不過放時，光敏元件使光伏電源、市電電源均不導(dǎo)入充電，當(dāng)晚上過放時，光敏元件使市電電源導(dǎo)入充電，當(dāng)白天過充時，光敏元件使光伏電源、市電電源均不導(dǎo)入充電，當(dāng)白天不過充也不過放時，光敏元件使光伏電源導(dǎo)入充電(目的是白天最大限度利用光伏電能充電)，當(dāng)白天過放時，光敏元件使光伏電源、市電電源均導(dǎo)入充電。

下表一為上述邏輯控制電路的邏輯實現(xiàn)表格。

需要說明的是，標(biāo)稱電壓為12v的蓄電池的過充關(guān)斷電壓、充電關(guān)斷恢復(fù)電壓、放電關(guān)斷電壓、放電關(guān)斷恢復(fù)電壓不僅限于上述實施例中的14.5v、13.8v、11v、12v，可以在一定范圍內(nèi)做調(diào)整。比如，優(yōu)選地，過充關(guān)斷電壓可以為14.1～14.5v，充電關(guān)斷恢復(fù)電壓可以為13.1～13.5v，放電關(guān)斷電壓可以為10.8～11.5v，放電關(guān)斷恢復(fù)電壓可以為11.5～12v。本發(fā)明中的蓄電池也不僅限于12v，還可為其他標(biāo)稱電壓的蓄電池。

上述實施例僅僅是本發(fā)明技術(shù)構(gòu)思實現(xiàn)形式的列舉，并不用以限制本發(fā)明的保護范圍，凡依本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思所作的等同替換和改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。