[實用新型]適應極端光照條件的智能光伏電源系統

有效

• 申請號: 201922016160.6
• 申請日: 2019-11-20
• 公開（公告）號: CN210839049U
• 公開（公告）日: 2020-06-23
• 發明（設計）人: 麥文;秦爽
• 申請（專利權）人: 四川師范大學
• 主分類號: H02J7/35
• 分類號: H02J7/35;H02J7/00;G05F1/67
• 代理公司: 成都禾創知家知識產權代理有限公司 51284
• 代理人: 許宜生

1.一種適應極端光照條件的智能光伏電源系統，其特征在于，包括具有溫度傳感器的光伏電池模塊、供電輸出與通信接口模塊、蓄電池模塊、低功耗處理器模塊、ModBus通信模塊、變電流蓄電池充電模塊、變電壓超級電容充電模塊、低功耗降壓開關電源模塊以及電流電壓檢測與開關控制模塊；

所述具有溫度傳感器的光伏電池模塊：將光能轉換為電能，作為電能輸入，并能探測光伏電池工作溫度；

所述供電輸出與通信接口模塊：提供電源輸出和光電隔離型RS485串口通信，光伏電源告警信息和控制信息由該端口輸入輸出；

所述蓄電池模塊：在光照充足的情況下將電能儲存到蓄電池，在光照不足情況下，蓄電池放電供負載使用；

所述低功耗處理器模塊：采用低功耗單片機以及低靜態電流開關電源組成，采用Buck降壓轉換器，為單片機提供電源；

所述ModBus通信模塊：使用ModBus RTU通信協議與外設進行通信，并提供電源輸出，電源輸出與通信輸入輸出構成可提供電能的總線結構；

所述變電流蓄電池充電模塊：由Buck降壓型電池充電集成電路U5實現，U5具有最大功率點跟蹤MPPT控制端，該控制端口與低功耗處理器模塊的單片機U1通過IO_BUS2相連；單片機U1控制MPPT端口實現充電電流大小的控制；變電流蓄電池充電模塊，以外置電阻可調工作電流方式的開關式充電集成電路為基礎，包括蓄電池負溫度系數NTC檢測電阻R10、儲能電感L2、充電電流檢測電阻RS3、充電電流調整電阻Rx；采用單個或者多個數字電位器U10級聯替代電流調整電阻Rx，實現可變充電電流控制；

所述變電壓超級電容充電模塊：由單片機U1以及U6組成的Buck-Boost可升降壓型開關電源實現，U6的MPPT端口通過IO_BUS1與低功耗處理器模塊中的單片機U1相連；單片機U1通過IO_BUS1控制單片機U6單元輸出不同的電壓；變電壓超級電容充電模塊，由Buck-Boost升降壓變換電路組成，包括儲能電感L3、Boost電容C8、C9，內部邏輯中具有4個MOS管驅動儲能電感L3；還包括輸出反饋電阻R13、電阻R16；將電阻R13、R16反饋的電壓與集成電路U6之間引入一個運算放大器U9，使得電阻R13、電阻R16、電阻R19、電阻R20、運算放大器U9構成一個減法運算器；用單片機控制數模轉換器DAC輸出不同電壓，采用運算放大器U10做電平變換，將DAC電壓變換成驅動U9反向端適合電壓，從而改變Buck-Boost變換器輸出電壓V_out，實現輸出電壓可控；

所述低功耗降壓開關電源模塊：包括U7，電源輸入由太陽能電池提供，輸出電壓提供給U3和U4；U3與U4均為低壓低功耗輸入電流檢測放大器；

所述電流電壓檢測與開關控制模塊：包括電流檢測、電壓檢測、開關控制；設置有光電池輸出電流檢測電阻RS1，電阻RS1與低壓低功耗輸入電流檢測放大器U3構成光電池輸出電流測量電路，U3輸出與單片機U1模擬轉數字接口AD1相連；設置有串聯分壓式光電池電壓檢測，由電阻R7、電阻R6構成，分壓輸出與單片機U1的AD2相連；AD1與AD2構成的電流測量和電壓測量，可以檢測光電池輸出功率；設置有輸出電流檢測電阻RS2，電阻RS2與低壓低功耗輸出電流檢測放大器U4構成輸出電流測量電路，U4輸出與單片機U1的AD5相連；設置有串聯分壓電路，由電阻R2、電阻R3組成，用于檢測輸出電壓大小；AD5與AD6構成輸出電壓、輸出電流測量，可以測量電源輸出功率。

2.根據權利要求1所述的一種適應極端光照條件的智能光伏電源系統，其特征在于，還可采用MOS管替代充電電流調整電阻Rx，方法是使用MOS管源極S與漏極D之間的電阻充當電流調整電阻Rx，在MOS管柵極G上施加不同的電壓，實現MOS管的源極S與漏極D之間的導通電阻改變；其中，施加可變電壓的方式是單片機產生一個PWM波，將單片機產生的PWM電壓波通過一個低通濾波器來實現；單片機輸出的PWM信號占空比改變時，低通濾波器輸出的電壓也跟隨改變，從而實現對MOS管柵極電壓的控制。

3.根據權利要求1所述的一種適應極端光照條件的智能光伏電源系統，其特征在于，還可采用數字電位器替代DAC輸出，將所述U10同向端輸入電壓由數字電位器分壓輸出替代，也可實現變電壓輸出。