基于arm控制的太陽能充放電控制系統及控制方法
【專利摘要】本發明提供了一種基于ARM控制的太陽能充放電控制系統及控制方法，利用太陽能為儲能設備充電，通過合理的充電電路拓撲結構以及相應的控制策略使儲能設備在最短的時間里儲存最大的能量。從充電控制方法和充電電路結構的角度出發，通過合理的拓撲變換和控制方法，解決了一些在太陽能充電過程存在的問題，實現了高效充電和存儲，并可獲得比太陽能電池電壓高數倍的儲能設備端電壓，可以為多種不同需求的用電設備提供相應的電源。
【專利說明】基于ARM控制的太陽能充放電控制系統及控制方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及太陽能的高效利用和開關電源領域，具體來說就是一種利用新穎的拓撲結構和智能控制方法使太陽能電池板在最短的時間里為超級電容器充電并存儲足夠功率，保證了在突發情況下某些特殊裝置的用電安全。
【背景技術】
[0002]光伏發電有無污染，無噪聲，取之不盡，用之不竭的特點，是一種有廣闊前景的綠色能源，在未來的供電系統中將占有重要的地位。在邊遠的荒漠或海洋、太空等電纜無法延伸的地域只能依靠自然能源為用電設備提供電能。而在夜晚或某些突發情況下，太陽能電池無法直接供電，因此需要將太陽能高效迅速的存儲在儲能設備中，待用電設備需要供電時便將電能釋放給用電設備。
[0003]利用太陽能為儲能設備充電的關鍵是根據太陽能電池板的輸出功率特性，通過合理的充電電路拓撲結構以及相應的控制策略使儲能設備在最短的時間里儲存最大的能量。在這方面，已經進行了很多的研究和實驗。已有的研究成果主要是結合太陽能電池板輸出功率特性而制定的最大功率點跟蹤(MPPT)的算法研究，充電電路主要采用開關變換器進行恒流充電和恒壓充電相結合的方法。
[0004]在開關變換器的拓撲方面，當儲能設備的最終輸出電壓大于太陽能電池板輸出電壓的情況下采用Boost升壓電路充電；也有直接采用BUCK-B00ST升降壓電路為儲能設備充電的方法。
[0005]在充電控制方法方面，通常采用改變開關占空比來實現太陽能電池的最大功率點跟蹤(MPPT)的方式。但是，充電過程是個全動態過程，隨著儲能設備的端電壓的變化，需要改變充電方式，如前面所說恒流充電和恒壓充電相結合。可是在不改變電路拓撲的情況下，很難保證在充電全過程中實現最大功率點跟蹤(MPPT)，從而影響了充電效率，甚至無法充到期望電壓值。也有提出采用Boost變換器和Buck-Boost變換器作為充電電路，并利用最大功率點跟蹤(MPPT)來實現充電的。但是在實際充電過程中，在充電初始階段，太陽能電池板輸出電壓高于儲能設備端電壓時，Boost升壓充電電路無法正常工作，使得Boost升壓電路中的電感很快飽和，無法實現MPPT控制和快速充電；同樣采用Buck-Boost充電電路充電時，由于在不同的充電過程中需要進行工作模式的轉換，對開關占空比的特殊要求妨礙了MPPT的有效實現，使得充電控制變得十分復雜，而且沒有取得良好的效果，很難充到遠高于太陽能電池板輸出電壓的期望值。

【發明內容】
[0006]本發明的目的是提供一種基于ARM控制的太陽能充放電控制系統及控制方法，該方法不僅在太陽能電池板輸出電壓高于儲能設備端電壓時實現最大功率點跟蹤(MPPT)充電，還可以在太陽能電池板輸出電壓低于儲儲能設備端電壓時實現最大功率點跟蹤(MPPT)充電，在短時間內小功率太陽能電池可以為大容量儲能設備快速充電，獲得更多的能量和關系，設計合理的充電電路拓撲結構，即采溝，并根據太陽能板的輸出功率，選擇不同:個充電過程中通過調節驅動兩個開關管的 ；
[制開關的狀態實現充電電路拓撲的改變，豈級電容器所存儲電壓時，米用80081:與開:5電壓小于超級電容器所存儲電壓時，采用裔整體充電時間；
系統；:壓過熱保護，及欠壓報警。
能電池板輸出功率特性而制定的最大功率:關變換器進行恒流充電和恒壓充電相結合成所需的充電容量或獲得遠高于太陽能電發明的優點是:(1)可以選擇超級電容器作2急設備的供電；(2)利用轉移電容在太陽包電壓值為307，系統工作頻率為50紐2。當突換器與轉移電容相結合的方式充電，開關錢及電容器充電；當超級電容器所存儲電壓平，使開關32 —直保持導通狀態，使8008七卜，處理器控制31，32使其保持關斷狀態，充之輸出所需的電壓，同時檢測超級電容器的及過熱保護。
率，控制開關導通的時間來實現1？？1，當充制，此時實際上是8000電路與開關電容相于207時，開關32將始終閉合，此時實際上充電模式的相互轉換實現了對超級電容器
出電壓、電流以及超級電容器所存儲電壓；次，用本次采樣計算出的？。與上一次所計戶上一次采集功率？工，則看本次太陽能輸出二'則這一次的占空比減去一個步長值厶，
【權利要求】
1.基于ARM控制的太陽能充放電控制系統，包括太陽能電池板和用電設備，其特征是還包括充電電路、處理器、超級電容器、穩壓器和繼電器，其中穩壓器為輸出可調的Buck變換器，充電電路采用Boost電路與開關電容電路相結合的電路結構，轉移電容（Cl)接在續流二極管（Dl)與地之間，防反充二極管（D2)連接在超級電容器和用電設備之間；處理器ARM的PWMl和PWM2分別控制開關（SI)和（S2)的斷開與閉合；繼電器連接在太陽能電池板輸出端與儲能電感（L)之間；儲能電感（L)接在繼電器和開關（SI)之間；續流二極管（Dl)接在儲能電感（L)與開關（S2)之間；超級電容器連接在防反充二極管（D2)與地之間。
2.如權利要求1所述的基于ARM控制的太陽能充放電控制系統的控制方法，其特征是采用如下步驟： . 1)分析太陽能電池板和儲能設備電壓關系，設計合理的充電電路拓撲結構，即采用Boost電路與開關電容電路相結合的電路結構，并根據太陽能電池板的輸出功率，選擇不同容值和耐壓的中間小電容； .2)根據太陽能電池板的輸出特性，在整個充電過程中通過調節驅動兩個開關管的脈沖寬度實現太陽能電池板的最大功率輸出； .3)在不同的充電階段由處理器通過控制開關的狀態實現充電電路拓撲的改變，即充電起始階段太陽能電池板的輸出電壓大于超級電容器所存儲電壓時，采用Boost與開關電容電路相結合的拓撲，當太陽能電池板輸出電壓小于超級電容器所存儲電壓時，采用Boost變換器電路直接為超級電容器充電，以縮短整體充電時間； . 4)為用戶提供一個多智能輸出的穩壓系統； .5 )對超級電容器進行實時監測，進行過壓過熱保護，及欠壓報警。
【文檔編號】H02J7/00GK103840529SQ201410103396
【公開日】2014年6月4日 申請日期:2014年3月19日 優先權日:2014年3月19日
【發明者】程紅麗, 吳軍營, 孫帥, 夏軍, 賈龍飛, 田華, 張婷 申請人:西安科技大學