专利名称：一种光伏电池离网分层均衡充电系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及光伏发电领域，更具体地说，涉及一种光伏电池离网分层均衡充电系统。
背景技术：
离网型太阳能光伏发电系统是由太阳能光伏电池对蓄电池组进行充电的系统，是一种用于控制太阳能光伏电池对蓄电池组进行充电蓄电池再通过逆变、并向用电器提供电力的系统。传统离网型太阳能光伏发电系统包括单片机主控模块、总体充电模块、总体充电防反充模块、光伏电池模块、蓄电池模块。在由太阳能光伏电池对蓄电池充电过程中，为了避免蓄电池的过充、过放现象，必须利用单片机主控模块对太阳能光伏充电进行控制，虽然单片机主控模块是根据太阳能光伏发电量和蓄电池的放电程度进行自动充电控制，但是单片机主控模块在工作过程中会截止太阳能光伏发电超过蓄电池额定充电电压的部分，低于蓄电池的充电电压时，单片机主控模块会控制系统不对蓄电池进行充电，同时也会截止掉蓄电池最低放电电压的部分。所以，单片机主控模块的控制电压范围较窄，因环境及时间因素造成某时刻光伏电池模块发出的微弱电压不能满足单片机主控模块的充电电压，而造成该部分能量损失，不能使能源得到最大化利用。
实用新型内容有鉴于此，本申请提供一种光伏电池离网分层均衡充电系统，该充电系统可以对充电模式进行选择，达到能源最大化利用的目的。为实现上述目的，本实用新型提供了如下技术方案一种光伏电池离网分层均衡充电系统，包括单片机主控模块、总体充电模块、总体充电防反充模块、光伏电池模块、蓄电池模块、单组循环充电模块和总体充电循环充电选择模块；其中，所述光伏电池模块与所述总体充电模块、单组循环充电模块和总体充电循环充电选择模块相连接，所述总体充电循环充电选择模块与所述总体充电模块、单组循环充电模块和单片机主控模块相连接，所述总体充电模块与所述蓄电池模块和单片机主控模块相连接，所述单组循环充电模块与所述蓄电池模块和单片机主控模块相连接，所述总体充电防反充模块设置在所述总体充电模块内，并与所述单片机主控模块相连接。优选的，所述单组循环充电模块包括第一反相器D17、第一单组引脚BAT-、第二单组引脚BAT+、第三单组引脚BAT1、第四单组引脚BAT2、第五单组引脚ΡΒ0、第六单组引脚PB1、第七单组引脚PB2、第八单组引脚PV+、第九单组弓I脚PV-和第一单组充电电路、第二单组充电电路、第三单组充电电路；其中，所述第一反相器D17具有十四个反向引脚，分别为第一反向引脚、第二反向引脚、第三反向引脚......第十四反向引脚；所述第五单组引脚PBO与第九反向引脚相连接，所述第六单组引脚PBl与第i^一反向引脚相连接，所述第七单组引脚PB2与第十三反向引脚相连接，所述第一单组引脚BAT-分别与第一单组充电电路、第二单组充电电路和第三单组充电电路相连接，并且所述第一单组引脚BAT-与所述第一反相器D17的第七反向引脚相连接，所述第二单组引脚BAT+与第三单组充电电路相连接，所述第三单组引脚BATl分别与第一单组充电电路和第二单组充电电路相连接，所述第四单组引脚BAT2分别与第二单组充电电路和第三单组充电电路相连接，所述第八单组引脚PV+分别与第一单组充电电路、第二单组充电电路、第三单组充电电路相连接，所述第九单组引脚PV-分别与第一单组充电电路、第二单组充电电路、第三单组充电电路相连接，并且所述第九单组引脚PV-与光伏电池模块的负极相连接；所述第一单组充电电路、第二单组充电电路和第三单组充电电路的第一接出端均与反相器D17的第十四反向引脚相连接；所述第一单组充电电路的第二接出端与反相器的第十三反向引脚相连接，所述第一单组充电电路的第三接出端与反相器的第十二反向引脚相连接；所述第二单组充电电路的第二接出端与反相器的第十一反向引脚相连接，所述第二单组充电电路的第三接出端与反相器的第十反向引脚相连接；所述第三单组充电电路的第二接出端与反相器的第九反向引脚相连接，所述第三单组充电电路的第三接出端与反相器的第八反向引脚相连接。优选的，所述第一单组充电电路、第二单组充电电路和第三单组充电电路结构相同。优选的，所述第一单组充电电路包括第一光电稱合器D10,所述第一光电稱合器DlO具有十六个光电引脚,分别为第一
光电引脚、第二光电引脚、第三光电引脚......第十六光电引脚，所述第二光电引脚、第四
光电引脚、第六光电引脚和第八光电引脚相连接；第一三极管Q8和第二三极管Q19，所述第一三极管Q8的集电极与第二三极管Q19的集电极相连接，所述第一三极管Q8的集电极和第二三极管Q19的集电极之间依次串联有第一电阻R40和第二电阻R55,所述第一单组充电电路的第一接出端设置在第一电阻R40和第二电阻R55之间，所述第一三极管Q8的基极与第三电阻R48的第一端相连接，所述第一单组充电电路的第二接出端设置在第三电阻R48的第二端，所述第一三极管Q8的发射极分别与第一光电耦合器DlO的第一光电引脚和第三光电引脚相连接，所述第二三极管Q19的基极与第四电阻R63的第一端相连接，所述第一单组充电电路的第三接出端设置在第四电阻R63的第二端，所述第二三极管Q19的发射极分别与第一光电耦合器DlO的第五光电引脚和第七光电引脚相连接；第一二极管D15、第一 MOS管Q23和第二 MOS管Q25，所述第一 MOS管Q23的栅极分别与第十一光电引脚和第十五光电引脚相连接，所述第一 MOS管Q23的源极通过第五电阻R51与第十二光电引脚相连接，通过第六电阻R60与第十光电引脚相连接，并且通过第七电阻R62与第二 MOS管Q25的源极相连接，所述第一 MOS管Q23的漏极与第一二极管D15的阴极相连接，并且所述第一二极管D15的阳极通过第八电阻R49分别与第一第四光电引脚和第二 MOS管Q25的漏极相连接，并且所述第一二极管D15的阳极与第一第六光电引脚相连接，在第一二极管D15的阳极与第一第六光电引脚之间串联有第八电阻R49和第九电阻R37，所述第二 MOS管25的栅极分别与第九光电引脚和第十三光电引脚相连接。优选的，所述第二单组充电电路包括第二光电耦合器D19、第三三极管Q28、第四三极管Q37、第二二极管D27、第三MOS管Q39、第四MOS管Q45、第十电阻R81、第i^一电阻R87、第十二电阻R93、第十三电阻R103、第十四电阻R76、第十五电阻R88、第十六电阻R89、第十七电阻R97和第十八电阻R106 ；所述第三单组充电电路包括第三光电耦合器D32、第五三极管Q54、第六三极管Q59、第三二极管D36、第五MOS管Q62、第六MOS管Q63、第十九电阻R141、第二十电阻R147、第二i^一电阻R129、第二十二电阻R124、第二十三电阻R148、第二十四电阻R142、第二十五电阻R136、第二十六电阻R134和第二十七电阻R121。优选的,所述第一单组弓I脚BAT-分别与第一光电稱合器DlO、第二光电稱合器D19和第三光电耦合器D32的第八光电引脚相连接，并且与第一单组充电电路的第一二极管D15的阳极相连接；·所述第二单组引脚BAT+与第三单组充电电路的第六MOS管Q63的源极相连接；所述第三单组引脚BATl与第一单组充电电路的第二 MOS管Q25的源极相连接，并且与第二单组充电电路的第二二极管D27的阳极相连接；所述第四单组引脚BAT2与第二单组充电电路的第四MOS管Q45的源极相连接，并且与第三单组充电电路的第三二极管D36的阳极相连接；所述第八单组引脚PV+分别与第一光电耦合器D10、第二光电耦合器D19和第三光电耦合器D32的第十四光电引脚相连接，并且与第一单组充电电路的第一二极管D15的阳极相连接；所述第九单组引脚PV-分别与第一 MOS管D23、第三MOS管D39、第五MOS管D62的源极相连接。优选的，所述总体充电循环充电选择模块包括第七三极管Q69，所述第七三极管Q69的发射极接有5V的电压，所述第七三极管Q69的基极通过第二十八电阻R161与单片机主控模块相连接；单刀双置继电器，所述单刀双置继电器的常闭触点一端与总体充电模块相连接，所述单刀双置继电器的常开触点一端与单组循环充电模块的第八单组引脚PV+相连接，所述单刀双置继电器的输入端与光伏电池模块的正极相连接，所述单刀双置继电器的第一控制端与第七三极管Q69的集电极相连接；第四二极管D44，所述第四二极管D44的阳极与所述单刀双置继电器的第二控制端相连接，所述第四二极管D44的阴极与所述第七三极管Q69的基极相连接。优选的，所述单片机主控模块包括第一主控引脚PBO，所述第一主控引脚PBO与第五单组引脚PBO相连接；第二主控引脚PBl，所述第二主控引脚PBl与第六单组引脚PBl相连接；第三主控引脚PB2，所述第三主控引脚PB2与第七单组引脚PB2相连接；第四主控引脚PC7，所述第四主控引脚PC7与总体充电循环充电选择模块相连接；第五主控引脚PD4和第六主控引脚TO5，所述第五主控引脚PD4和第六主控引脚PD5分别与总体充电模块相连接。[0042]优选的，所述总体充电模块包括第一总体充电引脚PV-,所述第一总体充电引脚PV-与光伏电池模块的负极相连接；第二总体充电引脚PV+，所述第二总体充电引脚PV+与总体充电循环充电选择模块相连接；第三总体充电引脚BAT+，所述第三总体充电引脚BAT+与单组循环充电模块的第一单组引脚BAT-相连接；第四总体充电引脚BAT-，所述第四总体充电引脚BAT-与单组循环充电模块的第二单组引脚BAT+相连接。优选的，所述蓄电池模块包括第一蓄电池，所述第一蓄电池的正极与单组循环充电模块的第一单组引脚BAT-)相连接，所述第一蓄电池的负极与单组循环充电模块的第三单组引脚BATl相连接；第二蓄电池，所述第二蓄电池的正极与第一蓄电池的负极相连接，所述第二蓄电池的负极与单组循环充电模块的第四单组引脚BAT2相连接；第三蓄电池，所述第三蓄电池的正极与第二蓄电池的负极相连接，所述第三蓄电池的负极与单组循环充电模块的第二单组引脚BAT+相连接。优选的，还包括蓄电池的电压采集模块，所述蓄电池的电压采集模块分别与单片机主控模块和蓄电池模块相连接，用于采集蓄电池模块的电压，并反馈给单片机主控模块。优选的，还包括充电电流采集模块，所述充电电流采集模块分别与单片机主控模块和蓄电池模块相连接，用于采集蓄电池模块的充电电流，并反馈给单片机主控模块。优选的，还包括过放控制模块，所述过放控制模块分别与单片机主控模块和蓄电池模块相连接，用于实现过放保护功能。优选的，还包括液晶显示模块，所述液晶显示模块与单片机主控模块相连接，用于实现人机交互。优选的，还包括电源模块，所述电源模块与蓄电池模块相连接，用于将蓄电池电压变换成系统可用的电压。优选的，还包括串口接口电路模块。通过以上方案可知，本申请提供的光伏电池离网分层均衡充电系统较现有的充电系统增加了总体充电循环充电选择模块和单组循环充电模块，当蓄电池模块电压未达到预设的过充点时，所述总体充电循环充电选择模块处于默认工作状态，所述总体充电模块工作，所述单组循环充电模块不工作，所述总体充电防反充模块不工作，所述光伏电池模块通过总体充电模块对蓄电池模块进行总体充电；当蓄电池模块电压达到预设的过充点时，所述总体充电防反充模块开始工作，系统进行防反充保护，所述总体充电模块停止工作，所述单组循环充电模块不工作，结束总体充电状态；当系统进行防反充保护且外界光照强度较低时，所述总体充电循环充电选择模块选择单组循环充电模块，所述单组循环充电模块开始工作，所述总体充电模块不工作，所述光伏电池模块通过单组循环充电模块对蓄电池模块进行循环均衡充电。则本申请提供的光伏电池离网分层均衡充电系统可以利用总体充电循环充电选择模块依据外界光照条件选择充电模式，即在光伏电池模块的发电电压低于蓄电池模块的充电电压时，单片机主控模块会控制系统的总体充电循环充电选择模块选择单组循环充电模块对蓄电池模块进行充电，扩大单片机主控模块的控制电压范围，使能源得到最大化利用。
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，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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他的附图。 图I为本实用新型所提供的充电系统的结构示意图；图2为本实用新型所提供的充电系统的单组循环充电模块结构示意图；图3为本实用新型所提供的充电系统的总体充电循环充电选择模块结构示意图；图4为本实用新型所提供的充电系统的总体充电模块和总体充电防反充模块的结构示意图；图5为本实用新型所提供的充电系统的电压采集模块的结构示意图；图6为本实用新型所提供的充电系统的充电电流采集模块的结构示意图；图7为本实用新型所提供的充电系统的过放控制模块的结构示意图；图8为本实用新型所提供的充电系统的液晶显示模块的结构示意图；图9为本实用新型所提供的充电系统的电源模块的结构示意图；图10为本实用新型所提供的充电系统的串口接口电路模块的结构示意图。
具体实施方式
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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。本申请实施例公开的光伏电池离网分层均衡充电系统的结构图如图I所示，包括单片机主控模块101、总体充电模块102、总体充电防反充模块103、光伏电池模块104、蓄电池模块105、单组循环充电模块106和总体充电循环充电选择模块107 ；其中，所述光伏电池模块104与所述总体充电模块102、单组循环充电模块106和总体充电循环充电选择模块107相连接，所述总体充电循环充电选择模块107与所述总体充电模块102、单组循环充电模块106和单片机主控模块101相连接，所述总体充电模块102与所述蓄电池模块105和单片机主控模块101相连接，所述单组循环充电模块106与所述蓄电池模块105和单片机主控模块101相连接，所述总体充电防反充模块103设置在所述总体充电模块102内，且与单片机主控模块101相连接。[0078]当蓄电池模块105电压未达到预设的过充点时，所述单片机主控模块101控制总体充电循环充电选择模块107处于默认工作状态，所述总体充电模块102工作，所述单组循环充电模块106不工作，所述总体充电防反充模块103不工作，所述光伏电池模块104通过总体充电模块102对蓄电池模块105进行总体充电；当蓄电池模块105电压达到预设的过充点时，所述单片机主控模块101控制总体充电防反充模块103开始工作，系统进行防反充保护，所述总体充电模块102停止工作，所述单组循环充电模块106不工作，结束总体充电状态；当系统进行防反充保护且外界光照强度较低时，所述单片机主控模块101控制总体充电循环充电选择模块107选择单组循环充电模块106，则本申请提供的光伏电池离网分层均衡充电系统可以利用总体充电循环充电选择模块107依据外界光照条件选择充电模式，即在光伏电池模块104发电电压低于蓄电池模块105的充电电压时，单片机主控模块101会控制系统的总体充电循环充电选择模块107选择单组循环充电模块106对蓄电池模块105进行充电，扩大单片机主控模块101的控制电压范围，使能源得到最大化利用。 如图2所示，本申请实施例公开的单组循环充电模块106包括第一反相器D17、第一单组引脚BAT-、第二单组引脚BAT+、第三单组引脚BAT1、第四单组引脚BAT2、第五单组引脚ΡΒ0、第六单组引脚PB1、第七单组引脚PB2、第八单组引脚PV+、第九单组弓I脚PV-和第一单组充电电路、第二单组充电电路、第三单组充电电路；其中，所述第一反相器D17具有十四个反向引脚，分别为第一反向引脚、第二反向
引脚、第三反向引脚......第十四反向引脚，主要用于将信号取反，将高电平转换成低电
平，将低电平转换成高电平；所述第五单组引脚PBO与第九反向引脚相连接，所述第六单组引脚PBl与第i^一反向引脚相连接，所述第七单组引脚PB2与第十三反向引脚相连接，所述第一单组引脚BAT-分别与第一单组充电电路、第二单组充电电路和第三单组充电电路相连接，并且所述第一单组引脚BAT-与所述第一反相器D17具有的第七反向引脚相连接，所述第二单组引脚BAT+与第三单组充电电路相连接，所述第三单组引脚BATl分别与第一单组充电电路和第二单组充电电路相连接，所述第四单组引脚BAT2分别与第二单组充电电路和第三单组充电电路相连接，所述第八单组引脚PV+分别与第一单组充电电路、第二单组充电电路、第三单组充电电路相连接，所述第九单组引脚PV-分别与第一单组充电电路、第二单组充电电路、第三单组充电电路相连接，并且所述第九单组引脚PV-与光伏电池模块104的负极相连接；所述第一单组充电电路、第二单组充电电路和第三单组充电电路的第一接出端均与反相器D17的第十四反向引脚相连接；所述第一单组充电电路的第二接出端与反相器的第十三反向引脚相连接，所述第一单组充电电路的第三接出端与反相器的第十二反向引脚相连接；所述第二单组充电电路的第二接出端与反相器的第十一反向引脚相连接，所述第二单组充电电路的第三接出端与反相器的第十反向引脚相连接；所述第三单组充电电路的第二接出端与反相器的第九反向引脚相连接，所述第三单组充电电路的第三接出端与反相器的第八反向引脚相连接。所述第一单组充电电路、第二单组充电电路和第三单组充电电路结构相同。[0090]所述第一单组充电电路包括第一光电稱合器D10,所述第一光电稱合器DlO具有十六个光电引脚,分别为第一
光电引脚、第二光电引脚、第三光电引脚......第十六光电引脚，所述第二光电引脚、第四
光电引脚、第六光电引脚和第八光电引脚相连接。所述光耦合器DlO亦称光电隔离器，简称光率禹。光I禹合器DlO以光为媒介传输电信号,它对输入、输出电信号有良好的隔离作用。光率禹合器DlO—般由三部分组成光的发射部分、光的接收部分及信号放大部分。输入光I禹合器DlO的电信号驱动光I禹合器DlO内的发光二极管(LED),使之发出一定波长的光,被光探测器接收而产生光电流，再经过进一步放大后输出。第一三极管Q8和第二三极管Q19，所述第一三极管Q8的集电极与第二三极管Q19的集电极相连接，所述第一三极管Q8的集电极和第二三极管Q19集电极之间依次串联有第一电阻R40和第二电阻R55,所述第一单组充电电路的第一接出端设置在第一电阻R40和第二电阻R55之间，所述第一三极管Q8的基极与第三电阻R48的第一端相连接，所述第一 单组充电电路的第二接出端设置在第三电阻R48的第二端，所述第一三极管Q8的发射极分别与第一光电耦合器DlO的第一光电引脚和第三光电引脚相连接，所述第二三极管Q19的基极与第四电阻R63的第一端相连接，所述第一单组充电电路的第三接出端设置在第四电阻R63的第二端，所述第二三极管Q19的发射极分别与第一光电耦合器DlO的第五光电引脚和第七光电引脚相连接；第一二极管D15、第一 MOS管Q23和第二 MOS管Q25，所述第一 MOS管Q23的栅极分别与第十一光电引脚和第十五光电引脚相连接，所述第一 MOS管Q23的源极通过第五电阻R51与第十二光电引脚相连接，通过第六电阻R60与第十光电引脚相连接，并且通过第七电阻R62与第二 MOS管Q25的源极相连接，所述第一 MOS管Q23的漏极与第一二极管D15的阴极相连接，并且所述第一二极管D15的阳极通过第八电阻R49分别与第一第四光电引脚和第二 MOS管Q25的漏极相连接，并且所述第一二极管D15的阳极与第一第六光电引脚相连接，在第一二极管D15的阳极与第一第六光电引脚之间串联有第八电阻R49和第九电阻R37，所述第二 MOS管25的栅极分别与第九光电引脚和第十三光电引脚相连接。所述第二单组充电电路包括第二光电耦合器D19、第三三极管Q28、第四三极管Q37、第二二极管D27、第三MOS管Q39、第四MOS管Q45、第十电阻R81、第i^一电阻R87、第十二电阻R93、第十三电阻R103、第十四电阻R76、第十五电阻R88、第十六电阻R89、第十七电阻R97和第十八电阻R106。所述第二单组充电电路包括第三光电耦合器D32、第五三极管Q54、第六三极管Q59、第三二极管D36、第五MOS管Q62、第六MOS管Q63、第十九电阻R141、第二十电阻R147、第二i^一电阻R129、第二十二电阻R124、第二十三电阻R148、第二十四电阻R142、第二十五电阻R136、第二十六电阻R134和第二十七电阻R121。所述第一单组引脚BAT-分别与第一光电耦合器D10、第二光电耦合器D19和第三光电耦合器D32的第八光电引脚相连接，并且与第一单组充电电路的第一二极管D15的阳极相连接；所述第二单组引脚BAT+与第三单组充电电路的第六MOS管Q63的源极相连接；所述第三单组引脚BATl与第一单组充电电路的第二 MOS管Q25的源极相连接，并且与第二单组充电电路的第二二极管D27的阳极相连接；[0099]所述第四单组引脚BAT2与第二单组充电电路的第四MOS管Q45的源极相连接，并且与第三单组充电电路的第三二极管D36的阳极相连接；所述第八单组引脚PV+分别与第一光电耦合器D10、第二光电耦合器D19和第三光电耦合器D32的第一第四光电引脚相连接，并且与第一单组充电电路的第一二极管D15的阳极相连接；所述第九单组引脚PV-分别与第一 MOS管D23、第三MOS管D39、第五MOS管D62的源极相连接。所述总体充电循环充电选择模块107主要实现选择进行总体充电还是循环充电，如图3所示,包括第七三极管Q69，所述第七三极管Q69的发射极接有5V的电压，所述第七三极管 Q69的基极通过第二十八电阻R161与单片机主控模块101相连接；单刀双置继电器，所述单刀双置继电器的常闭触点一端2与总体充电模块102相连接，所述单刀双置继电器的常开触点一端3与单组循环充电模块106的第八单组引脚PV+相连接，所述单刀双置继电器的输入端I与光伏电池模块104的正极相连接，所述单刀双置继电器的第一控制端4与第七三极管Q69的集电极相连接；第四二极管D44，所述第四二极管D44的阳极与所述单刀双置继电器的第二控制端5相连接，所述第四二极管D44的阴极与所述第七三极管Q69的基极相连接。所述单片机主控模块101包括第一主控引脚PBO，所述第一主控引脚PBO与第五单组引脚PBO相连接；第二主控引脚PBl，所述第二主控引脚PBl与第六单组引脚PBl相连接；第三主控引脚PB2，所述第三主控引脚PB2与第七单组引脚PB2相连接；第四主控引脚PC7，所述第四主控引脚PC7与总体充电循环充电选择模块107相连接；第五主控引脚PD4和第六主控引脚TO5，所述第五主控引脚PD4和第六主控引脚PD5分别与总体充电模块102相连接。所述总体充电防反充模块103设置在所述总体充电模块102内，所述总体充电模块102包括第一总体充电引脚PV-,所述第一总体充电引脚PV-与光伏电池模块104的负极相连接；第二总体充电引脚PV+，所述第二总体充电引脚PV+与总体充电循环充电选择模块107相连接；第三总体充电引脚BAT+，所述第三总体充电引脚BAT+与单组循环充电模块106的第一单组引脚BAT-相连接；第四总体充电引脚BAT-，所述第四总体充电引脚BAT-与单组循环充电模块106的第二单组引脚BAT+相连接。所述总体充电模块102和总体充电防反充模块103的结构如图4所示。所述总体充电模块102和总体充电防反充模块103主要实现总体充电的控制，总体充电的防反充及反充信号采集。所述蓄电池模块105包括[0119]第一蓄电池，所述第一蓄电池的正极与单组循环充电模块106的第一单组引脚BAT-相连接，所述第一蓄电池的负极与单组循环充电模块106的第三单组引脚BATl相连接；第二蓄电池，所述第二蓄电池的正极与第一蓄电池的负极相连接，所述第二蓄电池的负极与单组循环充电模块106的第四单组引脚BAT2相连接；第三蓄电池，所述第三蓄电池的正极与第二蓄电池的负极相连接，所述第三蓄电池的负极与单组循环充电模块106的第二单组引脚BAT+相连接。当蓄电池模块105电压未达到预设的过充点时，所述单片机主控模块101控制总体充电循环充电选择模块107处于默认工作状态，系统进行总体充电，此时，单片机主控模块101的第四主控引脚PC7电压为高电平，总体充电循环充电选择模块107的第七三极管Q69截止，单刀双置继电器常闭触点闭合、常开触点断开，光伏电池模块104的正极与总体充电模块102连接，所述总体充电模块102工作，所述单组循环充电模块106不工作，所述总体充电防反充模块103不工作。光伏电池模块104的正极与蓄电池模块105的正极通 过总体充电循环充电选择模块107内的单刀双置继电器控制接通，光伏电池模块104与蓄电池模块105共正极。单片机主控模块101的第五主控引脚PD4为低电平时，第八三极管Q12、第九三极管Q20、第十三极管Q15、第十一三极管Q17截止，第十二三极管Q21导通，所以此时第七MOS管Q13和第八MOS管Q14的栅极电压为高电位，第七MOS管Q13和第八MOS管Q14导通,光伏电池模块104的负极与蓄电池模块105负极接通,所述光伏电池模块104通过总体充电模块102对蓄电池模块105进行总体充电。当蓄电池模块105电压达到预设的过充点时，所述单片机主控模块101控制总体充电防反充模块103开始工作，系统进行防反充保护。此时，单片机主控模块101的第五主控引脚PD4为高电平时，第八三极管Q12、第九三极管Q20、第十三极管Q15、第十一三极管Q17导通，第十二三极管Q21截止，所以此时第七MOS管Q13和第八MOS管Q14的栅极电压为低电位，第七MOS管Q13和第八MOS管Q14截止，光伏电池模块104的负极与蓄电池模块105负极断开，所述总体充电模块102停止工作，所述单组循环充电模块106不工作，结束总体充电状态。单片机的第五主控引脚PD4具有PWM(Pulse Width Modulation,脉宽调制)功能，当蓄电池模块105电压低于设定的浮充电压时，第五主控引脚HMPWM的占空比为100%，当蓄电池模块105的电压高于设定的浮充电压时，第五主控引脚HM PWM的占空比随着电压的升高而降低，实现涓流充电。这种充电方式能够控制充电电压，保护蓄电池模块105且将蓄电池模块105充电更满。当发生反充时(即蓄电池模块105向光伏电池模块104充电时)，反充取样信号将发生电压变化，反充取样信号经过比较器D2的运算变换成单片机主控模块101可识别的信号，并输送给单片机主控引脚PC4，第五主控引脚PD4输出防反充信号，当第五主控引脚PD4为高电平时，第十三三极管Q2，第十四三极管Q3导通，第十五三极管Q4截止，第九MOS管QlO和第十MOS管Ql I的栅极为低电位，第九MOS管QlO和第十MOS管Qll截止，将充电电路断开；当防反充信号为低电平时，第十三三极管Q2，第十四三极管Q3截止，第十五三极管Q4导通，第九MOS管QlO和第十MOS管Qll的栅极为高电位，第九MOS管QlO和第十MOS管Qll导通，充电电路导通。当系统进行防反充保护且外界光照强度较低时，所述单片机主控模块101控制总体充电循环充电选择模块107选择单组循环充电模。此时，单片机主控模块101的第四主控引脚PC7为低电平时，第七三极管Q69导通，单刀双置继电器常开触点闭合常闭触点断开，光伏电池模块104的正极与单组循环充电模块连接，所述单组循环充电模块106开始工作，所述总体充电模块102不工作。当第七单组引脚PB2输出电平为高电平时，第一三极管Q8导通，第七单组引脚PB2的高电平经过第一反相器D17后传输给第二三极管Q19的电平为低电平，所以第二三极管Q19截止。因为第一三极管Q8导通，第二三极管Q19截止，所以第一光电耦合器DlO的第一光电引脚、第二光电引脚、第三光电引脚、第四光电引脚、第十三光电引脚、第十四光电引脚、第十五光电引脚、第十六光电引脚导通，第五光电引脚、第六光电引脚、第七光电引脚、第八光电引脚、第i 光电引脚、第十二光电引脚截止。因此第一 MOS管Q23和第二 MOS管Q25的栅极电压为高电平，第一 MOS管Q23和第二 MOS管Q25导通。第九单组引脚PV-与第一单组引脚BAT-接通，第八单组引脚PV+与第三单组引脚BATl接通。光伏电池模块104给第I组蓄电池模块105充电。当第三主控引脚PB2输出电平为低电平时，第一三极管Q8 截止，第二三极管Q19导通,所以第一光电稱合器DlO的输入端第一光电引脚、第二光电引脚、第三光电引脚、第四光电引脚、第十三光电引脚、第十四光电引脚、第十五光电引脚和第十六光电引脚截止，第五光电引脚、第六光电引脚、第七光电引脚、第八光电引脚，第九光电引脚、第十光电引脚、第i 光电引脚和第十二光电引脚导通。因此第一MOS管Q23和第二MOS管Q25的栅极电压为低电平，第一 MOS管Q23和第二 MOS管Q25截止。第九单组引脚PV-与第一单组引脚BAT-断开，第八单组引脚PV+与第三单足引脚BATl断开。此时，光伏电池模块104板不给第I组蓄电池模块105充电。同理，第二主控引脚PBl输出电平为高电平时，光伏电池模块104给第二蓄电池充电，第二主控引脚PBl输出电平为低电平时，光伏电池模块104不给第二蓄电池充电；第一主控引脚PBO输出电平为高电平时，光伏电池模块104给第三蓄电池充电，第一主控引脚PBO输出电平为低电平时，光伏电池模块104不给第三蓄电池充电。循环充电通过第一主控引脚ΡΒ0、第二主控引脚PB1、第三主控引脚PB2的电平按照001-010-100循环变换，实现对三组蓄电池的循环充电。如果光照继续下降，光伏电池模块104不足以给单组电池充电，通过第一二极管D15、第二二极管D27、第三二极管D36停止充电。当光照升高，蓄电池模块105电压未达到预设的过充点时，单片机主控模块101控制系统返回总体充电。可见，本申请实施例提供的光伏电池离网分层均衡充电系统较现有的充电系统增加了总体充电循环充电选择模块107和单组循环充电模块106，利用总体充电循环充电选择模块107依据外界光照条件选择充电模式，即在光伏电池模块104发电电压低于蓄电池模块105的充电电压时，单片机主控模块101会控制系统的总体充电循环充电选择模块107选择单组循环充电模块106对蓄电池模块105进行充电，扩大单片机主控模块101的控制电压范围，使能源得到最大化利用。所述充电系统还包括蓄电池模块105的电压采集模块，在独立的太阳能应用产品中，蓄电池是整个系统的重要组成部分，所以电路中必须设计有蓄电池两端电压的检测电路，因为本系统中的蓄电池模块105是有三组蓄电池串联组成，所以需要检测每组组电池的电压，将每组蓄电池的电压值送入单片机主控模块101进行处理，从而更加有效的控制总体充电和单组循环充电。所述蓄电池模块105的电压采集模块分别与单片机主控模块101和蓄电池模块105相连接，用于采集蓄电池模块105两端的电压，并反馈给单片机主控模块101。所述电压采集模块的结构如图5所示，本系统把采集的第一蓄电池正极与第一蓄电池负极之间的电压通过PA3管脚送入单片机主控模块101，将第二蓄电池正极与第一蓄电池负极之间的电压通过PA4管脚送入单片机主控模块101，将第三蓄电池正极与第一蓄电池负极之间的电压通过PA5管脚送入单片机。所述充电系统还包括充电电流采集模块，所述充电电流采集模块分别与单片机主控模块101和蓄电池模块105相连接，用于采集蓄电池模块105的充电电流，并反馈给单片机主控模块101。充电电流的采集能够了解到光伏电池的充电状况，更加直观的了解到光伏电池的性能，并且为单组循环充电到总体充电提高电流参考点。所述充电电流采集模块的结构如图6所示，第二十九电阻R160是一个大功率电阻，阻值只有O. 004欧姆。将第二十九电阻R160串入充电电路中，电阻两端将有一个很低的电差。MAX4173为电流检测芯片，MAX4173将第二十九电阻R160两端的电压值放大50倍，通过管脚OUT将放大后的电压值传入单片机主控模块 101，通过单片机的计算处理，得出整个充电电路的电流值。充电电路的电流值I为I = Upal/50/0. 004。所述充电系统还包括过放控制模块，所述过放控制模块分别与单片机主控模块101和蓄电池模块10相连接，用于实现过放保护功能。所述过放控制模块的结构如图7所示，当蓄电池电压下降到设定的过放保护点(如11.5V)时，通过此模块控制将蓄电池与负载断开，如果蓄电池电压升高到过放恢复点(如13. 5V)，通过此模块控制将蓄电池与负载连接。具体的，当单片机主控模块101的主控引脚PB5为高电平时，第i^一 MOS管Q82和第十二 MOS管Q84截止，蓄电池与负载断开，当主控引脚PB5为低电平时，第i^一 MOS管Q82和第十二 MOS管Q84导通，蓄电池与负载接通。所述充电系统还包括液晶显示模块，所述液晶显示模块与单片机主控模块101相连接，用于实现人机交互。液晶显示模块上可以显示每单组电池的电压，充电电路的电流及其充电方式(显示总体充电后循环单组充电)，所以系统的运行状态可以实时的显示在液晶显示模块上。液晶显示模块如图8所示。所述单片机主控模块101还包括第七主控引脚TO3，第八主控引脚roe，第九主控引脚TO7，本系统优选液晶显示模块为液晶屏TS-12864A-3，为了节约单片机引脚，使用串行连接显示方式，单片机主控模块101的第七主控引脚TO3、第八主控引脚roe、第九主控引脚PD7分别连接液晶屏的RS引脚，STD引脚，SCLK引脚。液晶屏的VO引脚可以连接至可调电位器的引脚，通过电位器的分压调节液晶屏的对比度。单片机的PB3引脚控制液晶屏背光的亮灭。当第七主控引脚PB3输出为高电平时，第十六三极管Q43导通，液晶屏背光亮；当第七主控引脚PB3输出为低电平时，第十六三极管Q43截止，液晶屏背光灭。所述充电系统还包括电源模块，所述电源模块与蓄电池模块105相连接,用于将蓄电池模块105电压变换成系统可用的电压。所述电源模块选用专用电源芯片，将蓄电池电压变换成系统可用的5V电压，具有3A的电流输出，满足系统的要求，所述电源模块如图9所示。所述充电系统还包括串口接口电路模块，本系统采用SP385E-18芯片进行串口连接，RS232的电气接口是单端的、双极性电源电路。由于RS-232采用的数据传输线路是非平衡的，且是无差分的接收方式，当信号穿过电气干扰环境时，发送的信号将会受到影响。故数据传输速率局限于20KB/s ;传输距离局限于15m，但RS-232也是目前最广泛使用的串行通信接口标准。TTL/CMOS数据从SP385E-18芯片管脚R20UT、T2IN输入转换成RS-232数据从T20UT、R2IN送到电脑DB9插头，用来实现下位机与上位机之间的通信，将被充电蓄电池电压的实时数据传送到上位机，进行统一协调和集中管理，统计某一地区连续的太阳辐照量，建立当地辐照度参照表，所述串口接口电路模块如图10所示。对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因·此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
权利要求1.一种光伏电池离网分层均衡充电系统，其特征在于，包括单片机主控模块、总体充电模块、总体充电防反充模块、光伏电池模块、蓄电池模块、单组循环充电模块和总体充电循环充电选择模块； 其中，所述光伏电池模块与所述总体充电模块、单组循环充电模块和总体充电循环充电选择模块相连接，所述总体充电循环充电选择模块与所述总体充电模块、单组循环充电模块和单片机主控模块相连接，所述总体充电模块与所述蓄电池模块和单片机主控模块相连接，所述单组循环充电模块与所述蓄电池模块和单片机主控模块相连接，所述总体充电防反充模块设置在所述总体充电模块内，并与所述单片机主控模块相连接。
2.根据权利要求I所述充电系统，其特征在于，所述单组循环充电模块包括 第一反相器D17、第一单组引脚BAT-、第二单组引脚BAT+、第三单组引脚BAT1、第四单组引脚BAT2、第五单组引脚PBO、第六单组引脚PB1、第七单组引脚PB2、第八单组引脚PV+、第九单组引脚PV-和第一单组充电电路、第二单组充电电路、第三单组充电电路； 其中，所述第一反相器D17具有十四个反向引脚，分别为第一反向引脚、第二反向引脚、第三反向引脚……第十四反向引脚； 所述第五单组引脚PBO与第九反向引脚相连接，所述第六单组引脚PBl与第十一反向引脚相连接，所述第七单组引脚PB2与第十三反向引脚相连接，所述第一单组引脚BAT-分别与第一单组充电电路、第二单组充电电路和第三单组充电电路相连接，并且所述第一单组引脚BAT-与所述第一反相器D17的第七反向引脚相连接，所述第二单组引脚BAT+与第三单组充电电路相连接，所述第三单组引脚BATl分别与第一单组充电电路和第二单组充电电路相连接，所述第四单组引脚BAT2分别与第二单组充电电路和第三单组充电电路相连接，所述第八单组引脚PV+分别与第一单组充电电路、第二单组充电电路、第三单组充电电路相连接，所述第九单组引脚PV-分别与第一单组充电电路、第二单组充电电路、第三单组充电电路相连接，并且所述第九单组引脚PV-与光伏电池模块的负极相连接； 所述第一单组充电电路、第二单组充电电路和第三单组充电电路的第一接出端均与反相器D17的第十四反向引脚相连接； 所述第一单组充电电路的第二接出端与反相器的第十三反向引脚相连接，所述第一单组充电电路的第三接出端与反相器的第十二反向引脚相连接； 所述第二单组充电电路的第二接出端与反相器的第十一反向引脚相连接，所述第二单组充电电路的第三接出端与反相器的第十反向引脚相连接； 所述第三单组充电电路的第二接出端与反相器的第九反向引脚相连接，所述第三单组充电电路的第三接出端与反相器的第八反向引脚相连接。
3.根据权利要求2所述充电系统，其特征在于，所述第一单组充电电路、第二单组充电电路和第三单组充电电路结构相同。
4.根据权利要求3所述充电系统，其特征在于，所述第一单组充电电路包括 第一光电稱合器D10,所述第一光电稱合器DlO具有十六个光电引脚,分别为第一光电引脚、第二光电引脚、第三光电引脚……第十六光电引脚，所述第二光电引脚、第四光电引脚、第六光电引脚和第八光电引脚相连接； 第一三极管Q8和第二三极管Q19,所述第一三极管Q8的集电极与第二三极管Q19的集电极相连接，所述第一三极管Q8的集电极和第二三极管Q19的集电极之间依次串联有第一电阻R40和第二电阻R55,所述第一单组充电电路的第一接出端设置在第一电阻R40和第二电阻R55之间，所述第一三极管Q8的基极与第三电阻R48的第一端相连接，所述第一单组充电电路的第二接出端设置在第三电阻R48的第二端，所述第一三极管Q8的发射极分别与第一光电耦合器DlO的第一光电引脚和第三光电引脚相连接，所述第二三极管Q19的基极与第四电阻R63的第一端相连接，所述第一单组充电电路的第三接出端设置在第四电阻R63的第二端，所述第二三极管Q19的发射极分别与第一光电耦合器DlO的第五光电引脚和第七光电引脚相连接； 第一二极管D15、第一 MOS管Q23和第二 MOS管Q25，所述第一 MOS管Q23的栅极分别与第十一光电引脚和第十五光电引脚相连接，所述第一MOS管Q23的源极通过第五电阻R51与第十二光电引脚相连接，通过第六电阻R60与第十光电引脚相连接，并且通过第七电阻R62与第二 MOS管Q25的源极相连接，所述第一 MOS管Q23的漏极与第一二极管D15的阴极相连接，并且所述第一二极管D15的阳极通过第八电阻R49分别与第一第四光电引脚和第 二 MOS管Q25的漏极相连接，并且所述第一二极管D15的阳极与第一第六光电引脚相连接，在第一二极管D15的阳极与第一第六光电引脚之间串联有第八电阻R49和第九电阻R37，所述第二 MOS管25的栅极分别与第九光电引脚和第十三光电引脚相连接。
5.根据权利要求4所述充电系统，其特征在于，所述第二单组充电电路包括第二光电耦合器D19、第三三极管Q28、第四三极管Q37、第二二极管D27、第三MOS管Q39、第四MOS管Q45、第十电阻R81、第i^一电阻R87、第十二电阻R93、第十三电阻R103、第十四电阻R76、第十五电阻R88、第十六电阻R89、第十七电阻R97和第十八电阻R106 ； 所述第三单组充电电路包括第三光电耦合器D32、第五三极管Q54、第六三极管Q59、第三二极管D36、第五MOS管Q62、第六MOS管Q63、第十九电阻R141、第二十电阻R147、第二i^一电阻R129、第二十二电阻R124、第二十三电阻R148、第二十四电阻R142、第二十五电阻R136、第二十六电阻R134和第二十七电阻R121。
6.根据权利要求5所述充电系统,其特征在于,所述第一单组引脚BAT-分别与第一光电率禹合器D10、第二光电稱合器D19和第三光电稱合器D32的第八光电引脚相连接,并且与第一单组充电电路的第一二极管D15的阳极相连接； 所述第二单组引脚BAT+与第三单组充电电路的第六MOS管Q63的源极相连接； 所述第三单组引脚BATl与第一单组充电电路的第二 MOS管Q25的源极相连接，并且与第二单组充电电路的第二二极管D27的阳极相连接； 所述第四单组引脚BAT2与第二单组充电电路的第四MOS管Q45的源极相连接，并且与第三单组充电电路的第三二极管D36的阳极相连接； 所述第八单组弓I脚PV+分别与第一光电稱合器DlO、第二光电稱合器D19和第三光电率禹合器D32的第十四光电引脚相连接，并且与第一单组充电电路的第一二极管D15的阳极相连接； 所述第九单组引脚PV-分别与第一 MOS管D23、第三MOS管D39、第五MOS管D62的源极相连接。
7.根据权利要求6所述充电系统，其特征在于，所述总体充电循环充电选择模块包括 第七三极管Q69，所述第七三极管Q69的发射极接有5V的电压，所述第七三极管Q69的基极通过第二十八电阻R161与单片机主控模块相连接；单刀双置继电器，所述单刀双置继电器的常闭触点一端与总体充电模块相连接，所述单刀双置继电器的常开触点一端与单组循环充电模块的第八单组引脚PV+相连接，所述单刀双置继电器的输入端与光伏电池模块的正极相连接，所述单刀双置继电器的第一控制端与第七三极管Q69的集电极相连接； 第四二极管D44，所述第四二极管D44的阳极与所述单刀双置继电器的第二控制端相连接，所述第四二极管D44的阴极与所述第七三极管Q69的基极相连接。
8.根据权利要求7所述充电系统，其特征在于，所述单片机主控模块包括 第一主控引脚PBO，所述第一主控引脚PBO与第五单组引脚PBO相连接； 第二主控引脚PB1，所述第二主控引脚PBl与第六单组引脚PBl相连接； 第三主控引脚PB2，所述第三主控引脚PB2与第七单组引脚PB2相连接； 第四主控引脚PC7，所述第四主控引脚PC7与总体充电循环充电选择模块相连接； 第五主控弓I脚PD4和第六主控弓I脚PD5，所述第五主控弓I脚PD4和第六主控弓I脚PD5分别与总体充电模块相连接。
9.根据权利要求8所述充电系统，其特征在于，所述总体充电模块包括 第一总体充电引脚PV-,所述第一总体充电引脚PV-与光伏电池模块的负极相连接；第二总体充电引脚PV+，所述第二总体充电引脚PV+与总体充电循环充电选择模块相连接； 第三总体充电引脚BAT+，所述第三总体充电引脚BAT+与单组循环充电模块的第一单组引脚BAT-相连接； 第四总体充电引脚BAT-，所述第四总体充电引脚BAT-与单组循环充电模块的第二单组引脚BAT+相连接。
10.根据权利要求9所述充电系统，其特征在于，所述蓄电池模块包括 第一蓄电池，所述第一蓄电池的正极与单组循环充电模块的第一单组引脚BAT-相连接，所述第一蓄电池的负极与单组循环充电模块的第三单组引脚BATl相连接； 第二蓄电池，所述第二蓄电池的正极与第一蓄电池的负极相连接，所述第二蓄电池的负极与单组循环充电模块的第四单组引脚BAT2相连接； 第三蓄电池，所述第三蓄电池的正极与第二蓄电池的负极相连接，所述第三蓄电池的负极与单组循环充电模块的第二单组引脚BAT+相连接。
11.根据权利要求I所述充电系统，其特征在于，还包括 蓄电池的电压采集模块，所述蓄电池的电压采集模块分别与单片机主控模块和蓄电池模块相连接，用于采集蓄电池模块的电压，并反馈给单片机主控模块。
12.根据权利要求I所述充电系统，其特征在于，还包括 充电电流采集模块，所述充电电流采集模块分别与单片机主控模块和蓄电池模块相连接，用于采集蓄电池模块的充电电流，并反馈给单片机主控模块。
13.根据权利要求I所述充电系统，其特征在于，还包括 过放控制模块，所述过放控制模块分别与单片机主控模块和蓄电池模块相连接，用于实现过放保护功能。
14.根据权利要求I所述充电系统，其特征在于，还包括 液晶显示模块，所述液晶显示模块与单片机主控模块相连接，用于实现人机交互。
15.根据权利要求I所述充电系统，其特征在于，还包括 电源模块，所述电源模块与蓄电池模块相连接，用于将蓄电池电压变换成系统可用的电压。
16.根据权利要求I所述充电系统，其特征在于，还包括串口接口电路模块。
专利摘要本实用新型实施例公开了一种光伏电池离网分层均衡充电系统，包括单片机主控模块、总体充电模块、总体充电防反充模块、光伏电池模块、蓄电池模块、单组循环充电模块和总体充电循环充电选择模块。所述光伏电池离网分层均衡充电系统较现有的充电系统增加了总体充电循环充电选择模块和单组循环充电模块，利用总体充电循环充电选择模块依据外界光照条件选择充电模式，即在光伏电池模块的发电电压低于蓄电池模块的充电电压时，单片机主控模块会控制系统的总体充电循环充电选择模块选择单组循环充电模块对蓄电池模块进行充电，扩大单片机主控模块的控制电压范围，使能源得到最大化利用。
文档编号H02N6/00GK202602323SQ20122018616
公开日2012年12月12日 申请日期2012年4月27日 优先权日2012年4月27日
发明者张占辉, 梁新田, 郭林浩, 王占友, 代松, 周海亮, 甄云云 申请人:英利能源(中国)有限公司