一种太阳能供电储能电池恒温装置的控制方法制造方法及图纸

本发明专利技术专利公开了一种太阳能供电储能锂电池恒温装置的控制方法。主要利用太阳能的富能给锂电池系统加热，并利用保温层给电池保温。由于该电池在20℃

【技术实现步骤摘要】
一种太阳能供电储能电池恒温装置的控制方法


[0001]本专利技术涉及太阳能供电智能管理领域，具体涉及一种太阳能供电储能电池恒温装置的控制方法。

技术介绍

[0002]随着近些年视频监控及物联网技术的不断发展，安装在野外用于监控或监测的电子设备越来越多，如应用在森林防火中的红外热成像系统，安装在河流，湖泊的射频监控系统，这些地点偏远，不方便接入市电的项目，均需要依靠自然能源为用电设备提供电能。这些需求，使得太阳能供电系统成为一种有广阔前景的发展态势，在未来的供电系统中将占有重要的地位。
[0003]太阳的能量虽然取之不尽，用之不竭，但是太阳能具有间歇性特点，因此必须将白天富余的能源储存在电池系统中，以备晚上没有阳光的时候给设备供电。在我国北方地区由于冬天气候寒冷，最低温度可达零下40度，储能电池充放电过程是电化学反应过程，温度是储能电池系统中控制的最主要的参数之一，也是影响电池性能的最主要的参数。在低温环境中，储能电池容量会迅速降低。因此需要给储能电池系统做保温处理。目前最为流行的方法是地埋设计，但是地埋工艺耗费工程量大，而且对电池的防水必须做到万无一失。
[0004]近些年随着锂离子蓄电池工艺的改良，以及锂离子蓄电池成本的降低，在太阳能系统储能方面越来越多的人开始利用锂离子蓄电池组进行储能，但是锂离子蓄电池充放电过程受温度影响很大。在
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20℃的条件下，磷酸铁锂电池放电能量会降低到55℃时的1/4。在低温条件下放电容量急剧下降，但在高温情况下放电容量并不比常温低，有时还会略高于常温容量，主要是高温情况下锂离子迁移速度加快，锂电极不像镍电极和贮氢电极那样在高温情况下产生分解或形成氢气使容量下降。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种太阳能供电储能电池恒温装置的控制方法。利用太阳能板多余的电量，给储能电池加热并通过开关及二极管控制电路，把储能电池自身温度控制在一定的范围内，再利用保温层的作用给电池保温，储能电池结构示意图见图5，解决了北方低温环境下，室外储能电池组应用的局限。该控制系统能够更好的实现低温环境下太阳能供电专用储能锂电池组的电量存放功能，有效增强系统供电电量和供电时长，提高了太阳能源的利用效率，实现了低温环境下普通太阳能储能锂电池的高效率工作，从而使太阳能供电系统在低温环境下的工作状态更加稳定，使用寿命更加长久。并且通过串口通信实现人机交互，实现了系统检测的便利和工作模式优化的便利性。
[0006]用于实现上述目的的技术方案是：一种太阳能供电储能电池恒温装置的控制方法，其特征是：1)通过采样太阳能板的输出电压，储能电池箱内温度，储能电池电量，负载端电压等参数，由MPPT控制器控制太阳能板输出电压、储能电池电量、负载及加热电阻之间的自由
切换，保证了设备之间的自由切换；2）用于实现上述目的的技术方案是：一种利用太阳能板富余电量给储能电池恒温的装置，其特征是系统包括电压温度采样控制板，温度传感器，加热板，保温层，常用储能锂电池，太阳能电池板，负载接口，MPPT取能电路、采样滤波及阻抗匹配电路、开关驱动电路、二极管切换电路、ARM控制器及串口数据交互部分；通过取能电路控制整个系统，ARM控制器通过采样滤波及阻抗匹配电路实时采样相关节点的电压和温度，通过开关驱动电路输出相关节点的开关信号并实现控制开关的断开与闭合，ARM控制器通过串口与计算机相连；ARM控制器自动测试储能电池、太阳能电池板、加热电阻以及负载的工作状态，提高了系统控制的精确性；控制开关包括K1‑
K4；相关节点的电压指太阳能电池板输出端电压、MPPT取能电路输出电压、储能电池端电压。
[0007]相关节点的温度指恒温加热电阻附近E点温度及电池组箱内距离恒温加热电阻最远处F点温度负载接口为正常工作接口A；二极管切换电路用于太阳能电池板与储能电池之间无缝切换；在太阳能电池板供电富余，储能锂电池充满电量的情况下，断开开关K2，同时闭合开关K1和K3，利用太阳能电池板的富余能量，给加热电阻供电，保证白天电池箱内温度控制在55
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60℃之间。在夜晚温度下降时，先利用白天储能锂电池自身存储的热量放热，维持其工作温度，在整个电池箱温度降到20℃以下时，启动储能锂电池组，使其为加热电阻供电，通过切换开关K5与加热电阻相连；使夜间电池箱的温度能够维持在20
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25℃之间。
[0008]系统由一块太阳能电池板输出接入MPPT取能电路，MPPT取能电路通过二极管D1和锂电池充电开关K2相连，再通过开关K1和K3由ARM控制器直接给负载和恒温加热电阻供电；MPPT取能电路由太阳能电池板直接供电，由PWM控制器TL494实时采样太阳能电池板输出端口电压，储能锂电池端口电压，电池箱内部温度，并与内部基准比较，使得整个系统始终处在最佳工作条件，保证直接给负载和加热电阻供电的安全性。
[0009]本装置中锂电池额定电压为12V或24V,系统负载的输入电压范围为10V—36V，为确保太阳能给负载和加热电阻直接供电的安全性，选定MPPT取能路的输出电压最大值为30V，所以选用BUCK变换器为MPPT取能电路的硬件拓扑；根据太阳能输出额定功率（100W）、锂电池额定电压(12V或24V)、MPPT取能电路的输出电压最大值（30V），确定BUCK
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BOOST变换器的硬件参数：最大占空比为60%。
[0010]本专利技术专利中储能设备锂电池的容量可变，额定输出电压为12V或24V，太阳能电池板的最佳输出电压为17.5V。锂电池充电采用恒功率充电的方式。
[0011]MPPT取能电路控制系统由太阳能电池板直接供电，实现自启动，保证了任何情况下始终实现最大功率跟踪，以最大功率为储能电池，恒温加热电阻以及负载充电，提高充电效率缩短充电时间。
[0012]在电池箱温度管理方面，我们进行了许多研究与实验。本专利技术专利对电池内的温度数据做了历史记录，根据历史数据，调节系统运行控制的条件，使太阳能储能锂电池储能系统平稳运行，提高了系统的可靠性。
[0013]本专利技术专利主要探讨一种利用太阳能的多余能量给锂电池系统加热，并利用保温层给电池保温并与外界隔离热量，由于储能锂电池在20℃
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60℃之间的工作效率较高，因此当太阳能有足够的富足能量的时候，我们持续给系统加热，并通过温控系统将电池温度保持在55℃
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60℃之间。当夜晚来临，将温度控制条件调整到20℃
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25℃的室温状态，此时能量较55℃
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60℃略微缺失，但可以保持在97%以上。由于白天日照充裕时间的温度55℃
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60℃系统给电池组存储了较多的热量，因此电池组从55℃
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60℃降到20℃
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25℃会经过较为漫长的时间，经过实际测试，大约在8
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10个小时；因此按照冬天平均夜晚14个小时计算，电池维持在20℃
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25℃之间约6
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种太阳能供电储能电池恒温装置的控制方法，其特征是控制方法包括以下步骤：1)通过采样太阳能板的输出电压，及储能电池电压，由MPPT控制器改变取能开关，利用太阳能板的剩余电量给储能蓄电池保温；2）根据MPPT取能电路输入输出电压的大小，判定太阳能板是否有剩余电量可以给储能蓄电池保温使用；3）通过串口连接实时输出各种状态数据，包括太阳能板输出端电压、MPPT取能电路输出电压、储能电池端电压、加热电阻温度，电池箱内温度的工作状态及充放电历史数据、储能电池是否在线、加热电阻加热过程是否正常。2.如权利要求1所述的一种太阳能供电储能电池恒温装置的控制方法，其特征是具体控制规则，其在太阳能电池板有剩余电量的情况下，控制规则如下：（1）ARM根据储能锂电池的实时剩余电量判断其电量是否低于80%（需要充电门限值，可以自行设定）的电池，如果电池电量低于80%，则表明电池需要充电，则直接断开太阳能电池板为负载供电的连接开关K1和K5，闭合K2，让太阳能电池板准备为储能锂电池充电；（2）如果第一步判断出储能锂电池不需要供电，则断开充电开关K2，闭合太阳能电池板直接给负载供电的连接开关K1，使太阳能电池板可以直接为负载供电，同时让供电电池开关K4保持在闭合状态，以免由于太阳能电池板供电不稳定时造成负载供电电压的瞬时跌落情形的出现；（3）在第（2）步中判断出储能锂电池不需要充电，则说明太阳能有富余，此时在用太阳能电池板直接给负载供电的同时，判断一下电池箱内的温度，如果电池箱内的温度超过...

【专利技术属性】
技术研发人员：高建国，别继艳，
申请(专利权)人：青岛双益信息科技有限公司，
类型：发明
国别省市：