太阳能智能充电控制装置.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)实用新型专利 (10)授权公告号 (45)授权公告日 (21)申请号 202020398008.9 (22)申请日 2020.03.25 (73)专利权人 广州蓝蕊电子有限公司 地址 510000 广东省广州市黄埔区护林路 210号101房 (72)发明人 陈国宇 (74)专利代理机构 佛山市广盈专利商标事务所 (普通合伙) 44339 代理人 李俊 (51)Int.Cl. H02J 7/00(2006.01) H02J 7/35(2006.01) (54)实用新型名称 一种太阳能智能充电控制装置 (57)摘要 本实用新型公开了一种太阳能智能充电控。

2、 制装置， 所述装置包括： MCU处理模块、 太阳能主 充电控制模块、 PWM充电控制模块、 太阳能电压检 测模块、 电池电压检测模块； 所述太阳能主充电 控制模块的输入端通过接线端子分别与外设的 太阳能电池板、 蓄电池以及负载电性连接； 所述 太阳能主充电控制模块、 所述PWM充电控制模块、 所述太阳能电压检测模块、 所述电池电压检测模 块分别与所述MCU处理模块相连接。 所述装置具 备高可靠性与强实用性， 不仅提高电池充电效 率， 且通过电池保护功能来延长电池的使用寿 命。 权利要求书1页 说明书5页 附图3页 CN 211790843 U 2020.10.27 CN 211790843 。

3、U 1.一种太阳能智能充电控制装置， 其特征在于， 所述装置包括： MCU处理模块、 太阳能主 充电控制模块、 PWM充电控制模块、 太阳能电压检测模块、 电池电压检测模块； 所述太阳能主充电控制模块包括接线端子、 过压保护单元、 大电流稳压单元、 小电流稳 压单元和负载控制电路； 所述太阳能主充电控制模块的输入端通过所述接线端子分别与外 设的太阳能电池板、 蓄电池以及负载电性连接； 所述过压保护单元的输入端连接所述接线 端子， 所述过压保护单元的输出端分别连接所述大电流稳压单元的输入端和所述小电流稳 压单元的输入端； 所述大电流稳压单元的输出端连接所述负载控制电路； 所述小电流稳压 单元的输。

4、出端设置有第一USB接头和第二USB接头； 所述太阳能主充电控制模块、 所述PWM充电控制模块、 所述太阳能电压检测模块、 所述 电池电压检测模块分别与所述MCU处理模块相连接。 2.根据权利要求1所述的太阳能智能充电控制装置， 其特征在于， 所述MCU处理模块采 用型号为SN8F27E23的处理芯片。 3.根据权利要求2所述的太阳能智能充电控制装置， 其特征在于， 所述小电流稳压单元 为DC-DC转换器， 所述DC-DC转换器的输入端连接所述过压保护单元的输出端， 所述DC-DC转 换器的输出端分别连接所述第一USB接头和所述第二USB接头， 所述DC-DC转换器的控制端 连接所述处理芯片。。

5、 4.根据权利要求3所述的太阳能智能充电控制装置， 其特征在于， 所述过压保护单元为 压敏电阻。 5.根据权利要求2所述的太阳能智能充电控制装置， 其特征在于， 所述装置还包括温度 检测电路， 所述温度检测电路包括分压电阻与热敏电阻， 所述分压电阻的一端连接5V直流 电源， 所述分压电阻的另一端分别连接所述处理芯片和所述热敏电阻的一端， 所述热敏电 阻的另一端直接接地。 6.根据权利要求2所述的太阳能智能充电控制装置， 其特征在于， 所述装置还包括开关 控制模块， 所述开关控制模块包括三个开关控制单元， 所述三个开关控制单元分别连接所 述处理芯片。 7.根据权利要求2所述的太阳能智能充电控制装。

6、置， 其特征在于， 所述装置还包括状态 显示模块， 所述状态显示模块为LCD显示屏， 所述LCD显示屏与所述处理芯片相连接。 8.根据权利要求1所述的太阳能智能充电控制装置， 其特征在于， 所述太阳能电池板为 晶硅光伏组件或者薄膜光伏组件。 权利要求书 1/1 页 2 CN 211790843 U 2 一种太阳能智能充电控制装置 技术领域 0001 本实用新型涉及能源控制领域， 具体而言， 涉及一种太阳能智能充电控制装置。 背景技术 0002 电能是社会发展和经济建设的重要保障， 与高科技的紧密结合创造了丰富的人类 生活， 同时电能的广泛应用也导致全球范围内的电力供应不足现象时常出现。 能源的。

7、使用 一直是人类稳定发展的重要影响因素， 伴随着世界能源危机的日益严重， 利用常规能源已 不能适应世界经济的迅速发展， 解决能源的过度使用问题成为全人类共同的需求。 太阳能 作为新能源具有巨大的优势， 廉价且无污染， 是人类能够自由利用的能源， 所以世界各国都 在着力研发太阳能光伏发电技术。 目前太阳能光伏发电装置已广泛应用于通讯、 交通、 电力 等各个方面。 0003 在进行太阳能光伏发电时， 由于一般太阳能极板的输出电压不稳定， 不能直接将 太阳能极板应用于负载， 因此设计出一种可实现将太阳能高效地转变为电能并存储到蓄电 池中这一功能的充电控制装置。 但是， 如何保障相应充电电路结合并实现。

8、负载检测和保护， 现有充电控制装置缺少对蓄电池和负载进行检测和保护的电路， 使得太阳能智能充电控制 装置控制下的太阳能蓄电池不稳定， 会减少蓄电池使用寿命。 发明内容 0004 本实用新型的目的在于克服现有技术的不足， 本实用新型提供了一种太阳能智能 充电控制装置， 所述装置基于太阳能电池板可以实现充电功能， 其相应电路具有对蓄电池 和负载进行检测与保护的功能， 可靠性高， 将延长蓄电池的使用寿命。 0005 相应的， 本实用新型提出了一种太阳能智能充电控制装置， 所述装置包括： MCU处 理模块、 太阳能主充电控制模块、 PWM充电控制模块、 太阳能电压检测模块、 电池电压检测模 块； 00。

9、06 所述太阳能主充电控制模块包括接线端子、 过压保护单元、 大电流稳压单元、 小电 流稳压单元和负载控制电路； 所述太阳能主充电控制模块的输入端通过所述接线端子与外 设的太阳能电池板、 蓄电池以及负载电性连接； 所述过压保护单元的输入端连接所述接线 端子， 所述过压保护单元的输出端分别连接所述大电流稳压单元的输入端和所述小电流稳 压单元的输入端； 所述大电流稳压单元的输出端连接所述负载控制电路； 所述小电流稳压 单元的输出端设置有第一USB接头和第二USB接头； 0007 所述太阳能主充电控制模块、 所述PWM充电控制模块、 所述太阳能电压检测模块、 所述电池电压检测模块分别与所述MCU处理。

10、模块相连接。 0008 可选的实施方式， 所述MCU处理模块采用型号为SN8F27E23的处理芯片。 0009 可选的实施方式， 所述小电流稳压单元为DC-DC转换器， 所述DC-DC转换器的输入 端连接所述过压保护单元的输出端， 所述DC-DC转换器的输出端分别连接所述第一USB接头 和所述第二USB接头， 所述DC-DC转换器的控制端连接所述处理芯片。 说明书 1/5 页 3 CN 211790843 U 3 0010 可选的实施方式， 所述过压保护单元为压敏电阻。 0011 可选的实施方式， 所述装置还包括温度检测电路， 所述温度检测电路包括分压电 阻与热敏电阻， 所述分压电阻的一端连接。

11、5V直流电源， 所述分压电阻的另一端分别连接所 述处理芯片和所述热敏电阻的一端， 所述热敏电阻的另一端直接接地。 0012 可选的实施方式， 所述装置还包括开关控制模块， 所述开关控制模块包括三个开 关控制单元， 所述三个开关控制单元分别连接所述处理芯片。 0013 可选的实施方式， 所述装置还包括状态显示模块， 所述状态显示模块为LCD显示 屏， 所述LCD显示屏与所述处理芯片相连接。 0014 可选的实施方式， 所述太阳能电池板为晶硅光伏组件或者薄膜光伏组件。 0015 在本实用新型实施例中， 所述充电控制装置基于太阳能主充电控制模块这种硬件 模块实现了太阳能充电控制装置下所具有对太阳能电。

12、池板的充电功能控制， 同时该充电控 制装置具有通过MCU处理模块对太阳能电池板的电压以及蓄电池的电压进行实时检测显示 与PWM二次调整的功能和作用， 且通过设置有充电保护、 过压保护、 温度保护等电路， 可保证 最大程度地提高充电控制装置的充电效率， 延长电池寿命， 性能可靠且实用性强。 另外， 所 述充电控制装置采用双USB接口的充电方式， 符合多功能扩展性能， 能够适用于各种形式的 太阳能充电。 附图说明 0016 为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案， 下面将对实施例 或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍， 显而易见的， 下面描述中的附图仅仅 是本实用新型的一些。

13、实施例， 对于本领域普通技术人员来讲， 在不付出创造性劳动的前提 下， 还可以根据这些附图获得其它的附图。 0017 图1是本实用新型实施例公开的太阳能智能充电控制装置的结构组成示意图； 0018 图2是本实用新型实施例公开的MCU处理模块的电路结构图； 0019 图3是本实用新型实施例公开的太阳能主充电控制模块的电路结构图； 0020 图4是本实用新型实施例公开的太阳能电压检测模块的电路结构图； 0021 图5是本实用新型实施例公开的电池电压检测模块的电路结构图； 0022 图6是本实用新型实施例公开的PWM充电控制模块的电路结构图； 0023 图7是本实用新型实施例公开的开关控制模块的电路。

14、结构示意图。 具体实施方式 0024 下面将结合本实用新型实施例中的附图， 对本实用新型实施例中的技术方案进行 清楚、 完整地描述， 显然， 所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例， 而不是全部的 实施例。 基于本实用新型中的实施例， 本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下 所获得的所有其它实施例， 都属于本实用新型保护的范围。 0025 请参阅图1， 图1是本实用新型实施例中的太阳能智能充电控制装置的结构组成示 意图。 0026 如图1所示， 一种太阳能智能充电控制装置， 所述装置包括： MCU处理模块、 太阳能 主充电控制模块、 PWM充电控制模块、 太阳能电压检测模块、 电池电。

15、压检测模块； 其中， 所述 说明书 2/5 页 4 CN 211790843 U 4 太阳能主充电控制模块、 所述PWM充电控制模块、 所述太阳能电压检测模块、 所述电池电压 检测模块分别与所述MCU处理模块相连接。 0027 需要说明的是， 如图2所示， 所述MCU处理模块采用型号为SN8F27E23的处理芯片 U4， 所述处理芯片U4是Flash自带A/D模块的单片机， 工作电压范围广， 具备低功耗和高可靠 性， 可对所述充电控制装置中的各个模块的输入输出进行及时响应； 另外， 由于所述处理芯 片U4自带A/D模块， 解决所述充电控制装置实时采样太阳能电池板的输出电流与输出电压 的问题， 。

16、可降低所述充电控制装置的成本。 0028 进一步的， 图3示出了本实用新型实施例中的太阳能主充电控制模块的电路结构 图， 所述太阳能主充电控制模块包括接线端子J1、 过压保护单元、 大电流稳压单元、 小电流 稳压单元和负载控制电路； 所述太阳能主充电控制模块的输入端通过所述接线端子J1与外 设的太阳能电池板、 蓄电池以及负载电性连接； 所述过压保护单元的输入端连接所述接线 端子J1， 所述过压保护单元的输出端分别连接所述大电流稳压单元的输入端和所述小电流 稳压单元的输入端； 所述大电流稳压单元的输出端连接所述负载控制电路； 所述小电流稳 压单元的输出端设置有第一USB接头和第二USB接头。 0。

17、029 在本实用新型实施例中， 所述太阳能主充电控制模块的输入端通过所述接线端子 J1的引脚5和引脚6连接所述太阳能电池板， 通过所述接线端子J1的引脚3和引脚4连接所述 蓄电池， 通过所述接线端子J1的引脚1和引脚2连接所述负载。 所述接线端子J1可将所述充 电控制装置与外设的供电组件和负载分离开， 便于所述供电组件与所述负载的随时更换。 0030 所述过压保护单元为压敏电阻RV1， 所述压敏电阻RV1的一端分别连接所述太阳能 电池板、 所述蓄电池和所述负载的正极输入端， 另一端直接接地； 所述过压保护单元还包括 限流电阻R14和保护二极管D2。 本实用新型实施过程中， 通过在充电电压输入端。

18、并联一个型 号为7D470的47V压敏电阻RV1， 当所述太阳能电池板的输入电压达到47V时被击穿， 防止因 意外情况产生的高压损坏所述充电控制装置和所述蓄电池， 具有防雷作用。 0031 所述小电流稳压单元为DC-DC转换器U1， 所述DC-DC转换器U1的输入端连接所述过 压保护单元的输出端， 所述DC-DC转换器U1的输出端分别连接所述第一USB接头USB1与所述 第二USB接头USB2， 所述DC-DC转换器U1的控制端连接所述处理芯片U4。 具体的， 所述DC-DC 转换器U1的输入端连接所述保护二极管D2的反向端， 当所述太阳能电池板的输入电压经所 述过压保护单元的检测后， 流经所。

19、述DC-DC转换器U1， 并结合所述处理芯片U4提供的供电信 息进行太阳能最大功率点跟踪， 以输出稳定的供电电压提供给上述的两个USB接头。 0032 需要说明的是， 所述DC-DC转换器U1是一个型号为XL1509-5.0V的150KHz固定频率 脉宽调制(降压型)DC/DC转换芯片， 负载驱动能力好且电压转换效率高， 仅需最少的外部元 件便可调整输出电压， 内置过流保护和短路保护功能。 在本实用新型实施例中， 根据所述太 阳能电池板所输入的电信息， 通过所述DC-DC转换器U1的内部进行自身参数的调节， 以此执 行太阳能最大功率点跟踪， 可保证光伏电池始终工作在最大功率点处。 0033 所。

20、述大电流稳压单元的输入端连接所述保护二极管D2的反向端， 所述大电流稳压 单元主要由开关三极管Q2、 三端稳压管Q4和稳压二极管D3组成， 由于所述三端稳压管Q4的 稳压特性， 使得所述开关三极管Q2处于导通状态， 此时所述太阳能电池板的输入电压转换 成+5V的稳定直流电压， 作为所述充电控制装置中的各个模块的供电所需； 由于所述稳压二 极管D3的稳压作用， 使得所述太阳能电池板的输入电压直接转换为+12V的稳定直流电压， 说明书 3/5 页 5 CN 211790843 U 5 主要提供给所述蓄电池和所述负载的充电电压。 0034 所述大电流稳压单元的输出端连接所述负载控制电路， 所述负载控。

21、制电路主要包 括双MOSFET管控制电路、 熔断器RN1、 开关三极管Q3和运算放大器U3A， 所述双MOSFET管控制 电路受控于所述太阳能电池板端。 实施过程中， 当所述负载出现短路时， 由所述太阳能电池 板的LAMP-端口通过光控作用控制所述双MOSFET管控制电路处于导通状态， 所产生的短路 电流直接将所述熔断器RN1熔断， 再根据所述运算放大器U3A的比较结果控制所述开关三极 管Q3导通， 此时所述处理芯片U4通过 “PWMLAMP灯开关” 端口识别所述负载的短路情况， 并作 出相应的保护措施。 0035 进一步的， 图4示出了本实用新型实施例中的太阳能电压检测模块的电路结构图， 所。

22、述太阳能电压检测模块的核心器件为运算放大器U3C， 具体实施过程中， 所述太阳能电压 检测模块将根据所述太阳能电池板的当前输入电压， 利用所述运算放大器U3C的比较功能 以及电阻R40的分压作用， 在 “TES SUN太阳能电压检测” 端口输出一个电平信号， 使得所述 处理芯片U4通过识别该电平信号判断出所述太阳能电池板的当前工作情况。 0036 进一步的， 图5示出了本实用新型实施例中的电池电压检测模块的电路结构图， 所 述电池电压检测模块基于电阻R12和电阻R35的分压原理进行工作， 所述电阻R12的一端连 接所述蓄电池的正极输入端， 所述电阻R35直接接地， 所述处理芯片U4将通过识别 。

23、“TES BA” 端口的电压信号， 判断所述蓄电池的当前电压大小， 对所述蓄电池起到安全检测的作用。 0037 进一步的， 图6示出了本实用新型实施例中的PWM充电控制模块的电路结构图， 图7 示出了本实用新型实施例中的开关控制模块的电路结构示意图， 所述开关控制模块包括三 个开关控制单元， 所述三个开关控制单元分别连接所述处理芯片U4。 具体的， 所述PWM充电 控制模块的控制基础间接来自于所述开关控制模块的工作状态， 由于所述充电控制装置的 充电模式有强充、 均衡充和浮充这三个阶段， 所述三个开关控制单元中的开关K1、 开关K2和 开关K3的闭合分别对应上述三个阶段的充电工作。 需要说明的。

24、是， 上述三个阶段的充电模 式均对应有一个电压限定范围， 通过利用所述处理芯片U4所识别到的所述蓄电池的当前电 压， 判断该当前电压所处的电压限定范围， 再控制相应的一个开关闭合， 此时所述处理芯片 U4将生成一个相应的PWM开关信号， 并通过 “solar PWM充电控制” 端口发送至所述PWM充电 控制模块， 控制所述PWM充电控制模块根据该PWM开关信号及时调整所述充电控制装置的充 电模式， 避免所述蓄电池的温度持续升高， 起到充电保护的作用， 从而延长所述蓄电池的使 用寿命。 0038 进一步的， 如图2所示， 所述装置还包括温度检测电路， 所述温度检测电路包括分 压电阻R5与热敏电阻。

25、RTC1， 所述分压电阻R5的一端连接5V直流电源， 所述分压电阻R5的另 一端分别连接所述处理芯片U4和所述热敏电阻RTC1的一端， 所述热敏电阻RTC1的另一端直 接接地。 在本实用新型实施例中， 所述热敏电阻RTC1可自动检测所述蓄电池和所述充电控 制装置的内部环境温度， 提高所述充电控制装置的安全可靠性。 0039 进一步的， 如图2所示， 所述装置还包括状态显示模块， 所述状态显示模块为LCD显 示屏， 所述LCD显示屏与所述处理芯片U4相连接。 所述LCD显示屏将对所述处理芯片U4的各 种识别结果进行直观显示， 包括负载短路情况、 环境温度、 太阳能电池板电压、 蓄电池电压 等， 。

26、便于操作者了解所述充电控制装置的当前运行状况， 以作出及时反应。 0040 在本实用新型实施例中， 所述充电控制装置基于太阳能主充电控制模块这种硬件 说明书 4/5 页 6 CN 211790843 U 6 模块实现了太阳能充电控制装置下所具有对太阳能电池板的充电功能控制， 同时该充电控 制装置具有通过MCU处理模块对太阳能电池板的电压以及蓄电池的电压进行实时检测显示 与PWM二次调整的功能和作用， 且通过设置有充电保护、 过压保护、 温度保护等电路， 可保证 最大程度地提高充电控制装置的充电效率， 延长电池寿命， 性能可靠且实用性强。 另外， 所 述充电控制装置采用双USB接口的充电方式， 。

27、符合多功能扩展性能， 能够适用于各种形式的 太阳能充电。 0041 以上对本实用新型实施例所提供的一种太阳能智能充电控制装置进行了详细介 绍， 本文中采用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述， 以上实施例的说 明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想； 同时， 对于本领域的一般技术人员， 依据本实用新型的思想， 在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处， 综上所述， 本说明 书内容不应理解为对本实用新型的限制。 说明书 5/5 页 7 CN 211790843 U 7 图1 图2 说明书附图 1/3 页 8 CN 211790843 U 8 图3 图4 图5 说明书附图 2/3 页 9 CN 211790843 U 9 图6 图7 说明书附图 3/3 页 10 CN 211790843 U 10 。