CN201075719Y - 太阳能移动电源装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种太阳能移动电源装置，包括箱体，箱体上铰接箱盖，置于箱体内的蓄电池和太阳能电池板，以及电路板上的充电控制电路和稳压电路，在电路中设有交流电充电模块U3，交直流切换开关K2接通太阳能电池板为蓄电池充电或接通交流电充电模块U3为蓄电池充电，与蓄电池连接有逆变器U5，与稳压电路输出端连接有充电选择控制电路U2，充电选择控制电路U2选择太阳能电池板对外供电，或选择蓄电池对外供电，或选择太阳能电池板和蓄电池同时对外供电。本实用新型的太阳能移动电源装置，能够利用太阳能为蓄电池充电，利用太阳能输出直流电，也能够利用220V交流电为蓄电池充电。蓄电池能对外输出直流电、通过逆变器输出220V交流电、对外USB接口供电，实现了安全、便携性。结构合理，清洁无污染，非常利于推广实施。
Description
一、技术领域：
本实用新型涉及一种利用太阳能与锂离子(或镍氢)充电电池相结合便携式供电的装置，可以用来解决在野外和其它无市电情况下对数码产品或用电器的供电问题，特别是涉及一种太阳能移动电源装置。
二、背景技术：
太阳能是一种清洁无污染的可再生能源，充分合理地利用太阳能是解决能源短缺和环境污染问题的重要途径。为了更充分与方便地利用太阳能，对太阳能移动电源系统的研究开发已成为各个国家研究的焦点。近20年来，世界范围内太阳能光伏技术和光伏产业发展迅速，利用太阳能为笔记本、手机等新型高新技术产品充电已经非常普遍。如果在远离城镇的高山、峡谷、草原等电力供应不很遍及的场所或无电力供应场所工作时比较方便。然而目前利用太阳能的电源系统，多为大型装置，不利于进行移动供电。而且，有时候不可避免的出现阴雨雾天气造成太阳光线的不足，如果总是依靠太阳光供电，势必造成一些电子产品因供电不足而停止工作。由于各种原因人们不可能一直操心用太阳能为蓄电池充电，一旦忘充或充电不足，也将造成该电源装置的不能使用。所以需要一种既能利用太阳能供电来节省能源或方便使用，又能在关键时刻使用220V交流电来为蓄电池充电以利于备用的电源装置，同时在特殊场合能将蓄电池输出的直流电转换为220V的交流电，这将进一步为人们带来方便。如今多数用电器或灯具在交流电下正常工作，利用太阳能为部分交流用电器供电，也有利于充分利用太阳能，节约能源这一宗旨。
三、实用新型内容：
本实用新型是克服现有技术存在的不足，设计并制作出一种既能用太阳能和市电(220V交流电)为电源装置充电，又能输出直流电和220V交流电的电源装置，特别涉及一种太阳能移动电源装置。
技术方案：
一种太阳能移动电源装置，包括箱体，箱体上铰接箱盖，置于箱体内的蓄电池和太阳能电池板，以及电路板上的充电控制电路和稳压电路，在电路中设有交流电充电模块U3，交直流切换开关K2接通太阳能电池板为蓄电池充电或接通交流电充电模块U3为蓄电池充电，与蓄电池连接有逆变器U5，与稳压电路输出端连接有充电选择控制电路U2，充电选择控制电路U2选择太阳能电池板对外供电，或选择蓄电池对外供电，或选择太阳能电池板和蓄电池同时对外供电。
与蓄电池还连接有稳压芯片U4，U4输出端连接有USB接口。
所述蓄电池为锂离子电池，或者为镍氢电池。
所述切换开关K2为双刀双掷开关，实现在太阳能供电电路与交流电充电模块U3之间的选择切换。
太阳能电池板正极发出的电流一路连接单片开关稳压电源电路U4的INPUT端口，稳压后经过充电选择控制电路U3选通场效应管Q9或Q10直接对外输出供电；另一路则通过由单片机U1组成的充电控制电路对蓄电池充电。
U1为单片8位微控制器S3F84K4或为充电控制器MAX713。
太阳能电池板可以从箱体内取出，在太阳能电池板上设有支撑机构。
在箱体内设有显示面板，显示面板上设有输出电压的电压表头，太阳能电池输出电流的电流表头，在显示面板或箱体上设有交直流充电切换开关K2，直流输入开关K1，交流输出开关K3，以及220V交流输入插座、220V交流输出插座、太阳能输入插座、直流输出插座、USB输出插座。
本实用新型的有益效果：
1、本实用新型的太阳能移动电源装置，可以在野外或其它没有市电的情况下，给用电器具提供长时间的供电。在太阳光充足的时候，能够利用太阳能为蓄电池充电，同时能够利用太阳能输出直流电，使太阳能电源进入千家万户，更加贴近人们的生活。
2、本实用新型的太阳能移动电源装置，在太阳光不足的时候，能够利用220V交流电为蓄电池充电。
3、本实用新型的太阳能移动电源装置，蓄电池能对外输出直流电、通过逆变器输出220V交流电、通过稳压芯片连接USB接口供电。可在日常生活和工作中发挥作用，在旅游、探险、地质勘探和军事等领域更具有独特的应用优势。
4、本实用新型的太阳能移动电源装置，采用性能优良的太阳能电池板和聚合物锂离子(或镍氢)电池。设计出新颖合理的电子控制电路，对太阳能电池板、充电电池和用电器进行优化配置，组装成一种安全轻便的太阳能移动电源系统，真正实现了安全、便携性。
5、本实用新型的太阳能移动电源装置，结构合理，安全轻便，可为便携式电子产品进行移动供电，且清洁无污染，对保护环境有重要意义，非常利于推广实施。
四、附图说明：
图1-1：本实用新型的太阳能移动电源装置箱体结构示意图；
图1-2：与图1-1箱体相电连接的太阳能电池板示意图；
图2：图1-1中箱体内太阳能电池板、仪表面板、锂电池及控制器件纵向安装结构示意图；
图3：图1-1中箱体底层的蓄电池、锂电池、控制电路及逆变器安装结构示意图；
图4：仪表面板结构示意图；
图5：充电、供电控制电路流程框图；
图6：充电、供电控制电路图之一；
图7：充电、供电控制电路图乏二。
图中1为箱体，2为箱盖，3为太阳能电池板，4为仪表面板，5为输出电压表，6为充电电流表，7为直流开关，8为交流开关，9为保险管，10为220V交流输出插口，11为交流开关，12为220V交流输入，13为太阳能电池输入，14为直流输入，15为USB输出，16为说明列表，17为箱体底层的电池、控制器件等组件，18为聚合物锂离子电池，19为逆变器，20为控制电路板。
图6中U1为单片8位微控制器S3F84K4，U2为三端可调稳压芯片TL431，U3为充电选择控制电路bq24700，U4为开关稳压集成电路L4906，U5为交流电充电模块KBL406，U6为逆变器19，U7为四电压比较器LM358AM，U8为稳压芯片7805。
五、具体实施方案：
实施例一：参见图1-1-图7，本实用新型的实施方式为：一种太阳能移动电源装置，包括箱体1，箱体1上铰接箱盖2，置于箱体1内的锂离子电池18和太阳能电池板3，以及电路板20上的充电控制电路和稳压电路，在电路中设有交流电充电模块KBL406，交直流切换开关(双刀双掷)K2接通太阳能电池板3为锂离子电池18充电或接通交流电充电模块KBL406为蓄电池充电，与蓄电池连接有逆变器19(U6)，与稳压电路输出端连接有充电选择控制电路bq24700，充电选择控制电路bq24700选择太阳能电池板3对外供电，或选择锂离子电池18对外供电，或选择太阳能电池板3和锂离子电池18同时对外供电。与锂离子电池还连接有稳压芯片7805，7805输出端连接有USB接口。
太阳能电池板发出的电流一路通过单片开关稳压电源电路L4906稳压后经过充电选择控制电路bq24700直接给用电器具供电。另一路则通过由单片机S3F84K4组成的充电控制电路对锂离子充电电池进行充电；太阳光弱时由充电选择器用锂离子电池供电。在长时间没有太阳的情况下，锂离子电池也可以直接用市电通过KBL406对电池组进行充电。锂离子电池还可以通过逆变器将18V左右的直流电变为220V的交流电输出供电。同时提供5V的直流输出。
S3F84K4是一款单片8位微控制器，向用户提供了供效快速的CPU处理，丰富的外围接口，以及各种类型的可编程ROM。它的数据/地址总线结构和位编程I/O口提供了一个灵活的编程环境，能够满足不同用户对存储器和I/O接口的要求。在图6中，单片机S3F84K4根据电压反馈和电流反馈信号，输出数字电压信号并转换成模拟电压信号。模拟电压信号调节充电电路输出电流的大小，调节控制信号的占空比，从而调整脉冲电压的幅值或恒定电流的大小。由于S3F84K4系列单片机带有PWM输出，因此可以直接利用PWM输出将数字电压信号转换成模拟电压信号，能够保证精度，省却了D/A转换器。其具体工作原理如下：
1、单片机上电后，完成系统主流程的主程序将使用CALL指令调用初始化函数，初始化工作包括3个方面：定义全部寄存器和单片机端口；初始化片内寄存器和端口状态；系统监控系统复位并启动，中断复位并等待。
2、检测电池是否已充满或电池的好坏。
3、电池已充满或电池是否损坏，是则停止充电，否则对电池进行预充电。
4、进行恒流充电。
5、检测充电电压是否达到预定值(根据电池的不同设定4.1V或4.2V)，达到则转入恒压充电，否则继续进行恒流充电。
6、当充电电流小于0.1C时，表示电池以充满，则停止充电。
在太阳能电池板无法正常为用电器具供电时，利用bq4700自动切换到充电电池组为用电器具进行供电。其工作原理如下：当太阳能电池板工作正常时，ACPRES引脚输出高电平，反之输出低电平。太阳能电池板输出电压经电阻分压取样电路后送至ACDET引脚，实现太阳能电池板输出电压检测的目的。同时，将这个电阻分压取样电压与内部基准电压相比较，当ACDET引脚电压低于内部基准电压时，判定太阳能电池板输出电压不正常。此时ACPRES引脚变为低电平，ACDRV引脚输出高电平，BATDRV引脚输出低电平，bq2700选择充电电池为用电器具供电。如果太阳能电池板输出电压恢复正常，则ACPRES引脚变为高电平，ACDRV引脚输出低电平，BATDRV引脚输出高电平，bq2700恢复太阳能电池板为用电器具供电。
为了实现本设计的太阳能笔记本移动电源系统的便携性，把太阳能电池板3、备用电池(锂离子电池)18和控制电路20全部装在一个铝合金箱子1里，根据选用太阳能电池板3的大小和控制电路部分，达到各个部分能够紧凑放置，系统的组装示意图如图1-1、图1-2、图2、图3所示。
使用时，从箱子内取出太阳能电池板，打开支架，放在阳光下，使太阳能电池板最大程度接收太阳光。将导线的一端按正负极接太阳能电池板上的接口，另一端按正负极连到控制板的电池输入端。
在完全没有太阳光的情况下，可连续为用电器具供电10小时，交流输出电压：220V，可为一台小型电视机供电4小时。
实施例二：参见图1-1、图1-2、图2、图3、图4、图5、图7，编号与实施例一相同，意义相同，不重述，不同的是：在图7中，太阳能电池板发出的电流一路通过单片开关稳压电源电路L4906稳压后经过充电选择控制电路bq24700直接给用电器具供电。另一路则通过由充电控制器MAX713组成的电池充电电路对镍氢充电电池进行充电。
MAX713系列是快速充电管理芯片，适合1～16节镍氢电池或镍镉电池的充电需要。可通过简单的引脚电压配置进行编程，实现对NiCd/Ni-MH电池数量和最大充电时间的控制。MAX713内部集成的电压梯度检测器、温度比较器、定时器等控制电路，根据电压梯度、NiCd/Ni-MH电池温度或充电时间的检测结果，自动控制充电状态。
改变MX713的PGM0、PGM1引脚的接法，可以编程设定待充电镍氢电池的数量，将PGM1端开路、PGM0端接在Vref一端时，即可编程为10节镍氢电池充电。而实际充电的镍氢电池数量也必须与由PMG0和PMG1引脚编程确定的数量一致，否则利用电压梯度检测充电功能将可能失去意义。
在充电刚开始时MX713以C/16的速率进行涓流充电，镍氢电池电压开始上升。当单节镍氢电池电压上升到0.4V以后，正常充电正式开始，镍氢电池的电压和温度持续上升，充电电流保持在设定值不变，当镍氢电池充入电量达到额定值后，镍氢电池组的电压开始下降，即du/dt为负值，此时系统由正常充电转为涓流充电。此时镍氢电池组的电压继续下降，下降到一定值时保持不变，镍氢电池组的温度也随之降低，然后就由涓流充电转换到正常充电。可以根据检测的结果来自动控制充电状态，以确保镍氢电池不受损害，并保证电池充满。
Claims (8)
1.一种太阳能移动电源装置，包括箱体，箱体上铰接箱盖，置于箱体内的蓄电池和太阳能电池板，以及电路板上的充电控制电路和稳压电路，其特征是：在电路中设有交流电充电模块U3，交直流切换开关K2接通太阳能电池板为蓄电池充电或接通交流电充电模块U3为蓄电池充电，与蓄电池连接有逆变器U5，与稳压电路输出端连接有充电选择控制电路U2，充电选择控制电路U2选择太阳能电池板对外供电，或选择蓄电池对外供电，或选择太阳能电池板和蓄电池同时对外供电。
2.根据权利要求1所述的太阳能移动电源装置，其特征是：与蓄电池还连接有稳压芯片U4，U4输出端连接有USB接口。
3.根据权利要求1或2任一权利要求所述的太阳能移动电源装置，其特征是：所述蓄电池为锂离子电池，或者为镍氢电池。
4.根据权利要求1所述的太阳能移动电源装置，其特征是：所述切换开关K2为双刀双掷开关，实现在太阳能供电电路与交流电充电模块U3之间的选择切换。
5.根据权利要求1所述的太阳能移动电源装置，其特征是：太阳能电池板正极发出的电流一路连接单片开关稳压电源电路U4的INPUT端口，稳压后经过充电选择控制电路U3选通场效应管Q9或Q10直接对外输出供电；另一路则通过由单片机U1组成的充电控制电路对蓄电池充电。
6.根据权利要求1所述的太阳能移动电源装置，其特征是：U1为单片8位微控制器S3F84K4或为充电控制器MAX713。
7.根据权利要求1所述的太阳能移动电源装置，其特征是：太阳能电池板可以从箱体内取出，在太阳能电池板上设有支撑机构。
8.根据权利要求1所述的太阳能移动电源装置，其特征是：在箱体内设有显示面板，显示面板上设有输出电压的电压表头，太阳能电池输出电流的电流表头，在显示面板或箱体上设有交直流充电切换开关K2，直流输入开关K1，交流输出开关K3，以及220V交流输入插座、220V交流输出插座、太阳能输入插座、直流输出插座、USB输出插座。
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