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自适应单纯太阳能供电路灯控制器设计与实现

时间:04-30 来源:互联网 点击:

可靠性并不取决于电池的容量,而是由很多因素平衡而定的。根据当前地理位置,季节,时间,气象条件,光的辐射量,浮尘浓度,工作环境以及剩余电量,自适应调节灯的亮度,合理分配能量。由于设计为纯太阳能供电,不考虑双电源情况,所以要想提高系统可靠性,唯一的方案就是牺牲灯的亮度。

  根据当天用电前的剩余电量和当天的充电量来进行白适应调节,在保证正常照明的同时,使电池的工作点长期保持在高电位,并且使充放电深度在30%以下,根据电池循环寿命曲线,可以延长电池寿命4-5倍,有效降低太阳能路灯的成本,提高可靠性。以下将分别阐述剩余电量和充电量的计算过程。

  2.2.1 电池电量检测

  1)电量检测的算法

  大量的实验数据表明,电池老化时蓄电池的内阻与电荷之间有较高的相关性(0.88左右),蓄电池完全充电和完全放电时的内阻相差2-4倍,所以通过测量电池内阻可较准确地检测电池电量。

  2)建立内阻一电量一循环周期的关系曲线

  为了得到实时剩余电量值,要建立一个电量和内阻之间关系的数据库。

  以时间为标准,就可以建立起内阻一电量一循环周期的关系曲线,然后通过Matlab的曲线拟合功能得出内阻,电量以及循环周期的关系式。蓄电池内阻与剩余电量关系曲线如图3所示,剩余电量随着内阻的增大而成指数趋势减小。

  

  图3 蓄电池内阻与剩余电量关系曲线

  3)在线检测电量

  在太阳能路灯工作开始之前检测出剩余电量,采用交流压降内阻测量法测得内阻值,通过查做好的数据表,并进行数据校正,得到对应的电量值。

  给电池施加一个固定频率和固定电流(日前一般使用l kHz频率、50 mA小电沆),然后对其电压进行采样,经过整流、滤波等一系列处理后通过运放电路计算出该电池的内阻值。图4为在线测量剩余电量硬件框图。

  

  图4 在线测量剩余电量硬件框图

  2.2.2充电量计算

  充电量是通过太阳能电池板接收辐射强度和电池板面积计算得到的。太阳能电池接收辐射强度为单日辐射强度与sin a的乘积,其中a为正午太阳辐射与电池板的平均夹角。电池板面积可参考配置计算部分的内容,并且经过优化得到的。

  2.2.3剩余电量计算

  通过计算电流在时域上的积分,可得出电量变化值,在路灯工作前检测到的电池电量作为初始电量,则剩余电量为初始电量减去电量变化值。同时通过对MPPT电路的输出电流做积分,作为电量变化的校正值,从而得到较准确的剩余电量值。图5为剩余电量计算流程图。

  

  图5 剩余电量计算流程图

  1)Zighee无线通讯系统连网

  保证整条路的路灯的开,关时间一致,马路亮度均匀,保证驾驶安全,避免驾驶员视觉疲劳;实时传送数据,进行远程监测和控制:在线软件升级,降低维护及调试成本:待机睡眠,降低系统功耗。将Zigbee无线传感器网络技术应用于蓄电池牛产过程中的充放电参数检测中,将极大地提高产品测试的灵活性和可靠性,对提高蓄电池牛产质量和效率具有重要意义问。

  2)模块化可扩展性

  设计的控制器的供电系统可以是模块化的,设计采用恒流充电方式,所以电池板可扩展,LED模组可根据系统功率进行并联扩展。

  根据如上计算,具体设计框图如图6所示,为太阳能路灯控制系统硬件框架。图7为太阳能路灯控制系统电路原理图。

  

  图6 太阳能路灯控制系统硬件框架

  

  图7 太阳能路灯控制系统电路原理图

  3 自适应单纯太阳能供电路灯控制器设计方案模拟

  开关灯的时间根据天安门升降旗时间而定,如表1所示,全年最长点灯时长茌12月为14.52小时,最短为9.13小时。照明时间分为3个时段,第一个时段从当天天安门降旗时刻开始,为5个小时,第二个时段到早上5点,第三个时段从5点到灭安门升旗时刻,灯光亮度各时段权重比为5:2:3,如果以100 W光源为设计标准,则光源功耗最大为1.068 5 kW-h。

  表1 照明策略基准参数

  

  图8显示根据表1中的数据得m的各月太阳能电池板面积排列柱形罔,从而可以选定电池板的面积为柱形途中的拐点处2月的画积值,太阳电池板面积为2.2 IT12.蓄电池为115 Ah.这样选择的原因是这样可以保证全年85%的照明时间,剩下的15%为过放,不过要给白适应调节留下一个调节余量,所以选择以2月数据计算fn的太阳能面积的值,即2.216 2 m2,过放的情况为3个月,过放比率为25%,从而有100/e的调节空间。

  

  图8 各月太阳能电池板对应面积排列柱形图

  4结 论

白适应单纯太阳能供电路灯控制器的设计,实现了以MPPT电路为控制核心的智能太阳能路灯控制器,具有外围电路简单,可靠性高的特点,实现了太阳能电池的最大功率点跟踪,采用了合理的蓄电池充放电策略,实现算法简单,既提高了太阳能电池板的使用效率,又延长了蓄电池的使用寿命,对于

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