自适应单纯太阳能路灯控制器的设计

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。太阳能电池板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，对于个别过分欠充、过充灯根据问题加大、减小电池板面积，更换电池或灯珠，根据每盏路灯的实际情况灵活调整其配置，可使每盏灯都工作在最佳状态，不但保证了正常照明，而且避免了资源浪费，也降低了产品造价，具有一定的参考和推广应用价值。