專利名稱：一種量入為出的蓄電池供電照明控制器的制作方法
技術領域：
本發明屬于風光互補路燈技術領域，涉及一種蓄電池供電照明控制器，特別是一種根據蓄電池存儲的電能以量入為出的方式進行供電照明的控制器。
背景技術：
路燈、景觀燈、草坪燈等公共照明系統，是城鎮地區必備的公共設施，不可或缺。傳統的路燈、景觀燈等采用市電供電，除了燈具、燈桿外，還需要埋設管道、敷設電纜，安裝供電控制柜等等，工作量很大，成本很高，并且需常年消耗大量的電能。隨著技術的發展，風能、太陽能和風光互補路燈系統的成本價格已等于甚至略低于傳統市電供電的路燈系統， 加上其無需電費、維護簡單、運行費用低等優點，成為傳統路燈的有力競爭者。風能、太陽能和風光互補路燈系統以太陽能電池、風力發電機向蓄電池充電，在夜晚時再利用蓄電池儲存的電能驅動LED燈具照明。與穩定可靠的傳統市電供電路燈系統不同，風能、太陽能和風光互補路燈系統中的風力發電機和太陽能光伏電池的工作狀態都是不穩定的。風速忽高忽低，陽光忽強忽弱，發出的電力忽大忽小，甚至有可能遭遇連續幾十天的陰雨無風天氣，因此，系統中的蓄電池有可能得不到足夠的充電。而現有蓄電池供電照明控制器都是采用直接開關輸出，沒有對蓄電池的放電量進行控制，當蓄電池充電量不足時，蓄電池存儲的電量在短時間內耗盡而關閉開關，無法保證LED燈具每天都能夠長時間者口殼著。在風能、太陽能和風光互補路燈系統中，太陽能電池在陰雨天也能給蓄電池充電， 但是這電流最低僅為晴天時充電電流的5 10%，當晚上開燈后，所充的電能很快就被耗盡，每天只能亮1、2個小時，甚至更短的時間，不能整夜都亮。而夜晚路燈如果不亮，將給道路安全和社會治安留下隱患。為了保證每天都有照明，一般都采用增大風機及太陽能電池的功率，配備大容量的蓄電池等措施，甚至不得不保留市電供電系統，以備連續陰雨無風天氣的使用。這使得整個系統的成本大大增加，經濟性大大下降，違背了節能降耗，綠色環保的初衷。
發明內容
本發明針對上述的的問題，提供一種量入為出的蓄電池供電照明控制器，以解決現有風能、太陽能和風光互補路燈系統因蓄電池充電不充分而導致亮燈時間短的問題，通過量入為出的方式，根據每天獲得的充電電能合理安排電流輸出，實現在降低成本的情況下實現LED路燈每天都保持長時間亮燈的目的。本發明通過下列技術方案來實現一種量入為出的蓄電池供電照明控制器，包括 LED燈具和蓄電池，所述的LED燈具陽極連接蓄電池正極，其特征在于，LED燈具陰極連接有用于調節LED燈具負載電流的控制電路，該控制電路與所述蓄電池負極連接形成對LED燈具的供電回路，本蓄電池供電照明控制器還包括電壓檢測電路，用于檢測蓄電池電壓；
充電電流檢測電路，用于檢測蓄電池的充電電流；負載電流檢測電路，用于檢測LED燈具的負載電流； 控制單元ECU，用于讀取充電電流來計算當天的許用電流，并且在檢測到蓄電池電壓低于控制單元ECU的設定電壓時，通過控制電路調節LED燈具的負載電流等于許用電流。本發明的工作原理如下如果當天的充電量充足時，電壓檢測電路采集的電壓會高于控制單元ECU的設定電壓，LED燈具按照正常的負載電流工作；如果當天的充電量不充足時，電壓檢測電路采集的電壓會低于設定電壓，控制單元ECU讀取充電電流檢測電路采集的電流用于計算當天的許用電流，許用電流為當天蓄電池得到的總充電量除以當天亮燈的總時間，通過控制電路調節LED燈具負載電流等于許用電流，對蓄電池的放電進行控制。 這樣就能保證在開燈的時間內始終保持LED燈具是亮的，實現了蓄電池供電照明系統的供電平衡，從而達到量入為出的目的。由于只使用當天存儲的電能來供電，不需要用大容量的蓄電池來存儲備用電，也不需要增大風機及太陽能電池的功率，降低了成本。作為優化，在上述的量入為出的蓄電池供電照明控制器中，所述的控制單元ECU 設有一個用軟件設定負載電流的A/D轉換端口，用于在檢測到蓄電池電壓達到設定電壓時，通過控制電路調節LED燈具的負載電流等于A/D轉換端口設定的負載電流。在上述的量入為出的蓄電池供電照明控制器中，所述的控制電路采用PWM控制方式，包括MOS開關管，在控制單元E⑶上設有PWM驅動端口，MOS開關管的G極與PWM驅動端口連接，D極與LED燈具的負極連接，S極與負載電流檢測電路連接。控制單元E⑶向MOS 開關管發出PWM波，通過調整PWM波的占空比，從而調節LED燈具的負載電流，實現恒流輸出ο在上述的量入為出的蓄電池供電照明控制器中，所述的充電電流檢測電路包括放大器Al和采樣電阻R1，采樣電阻Rl —端接地并且與蓄電池的負極連接，另一端為采樣點 SP1，放大器Al的一端與采樣點SPl連接，另一端與控制單元E⑶連接。在上述的量入為出的蓄電池供電照明控制器中，所述的負載電流檢測電路包括放大器A2和采樣電阻R2，采樣電阻R2 —端接地，另一端為采樣點SP2，與MOS開關管的S極連接，放大器A2的一端與采樣點SP2連接，另一端與控制單元E⑶連接。在上述的量入為出的蓄電池供電照明控制器中，所述的電壓檢測電路包括分壓電阻R3和分壓電阻R4，分壓電阻R3和分壓電阻R4串聯成支路，該支路的一端連接于蓄電池的正極，支路的另一端接地，在分壓電阻R3和分壓電阻R4之間設有與控制單元ECU連接的采樣點SP3。在上述的量入為出的蓄電池供電照明控制器中，所述蓄電池的正極與單向二極管 Dl的負極連接，單向二極管Dl的正極與充電正端S+連接，蓄電池的負極與接地，充電負端 S-設置于采樣點SPl上。與現有技術相比，本發明具有以下的優點1、采用了“量入為出”的控制方式，配備了相應的電路和軟件，使得采用本控制器的路燈系統能夠實現了不管多長的陰雨無風，路燈每天都能長時間亮著。2、采用了本發明量入為出的控制方法，只使用當天的充電電量，因此用小容量的蓄電池代替原有的大容量蓄電池，大大減少蓄電池的使用容量，僅為傳統系統的1/4 1/3 ；同理，用功率小的太陽能電池代替原有的大功率太陽能電池，減少了太陽能電池的使用功率，僅為現有傳統系統的2/3 3/4，因此大大降低了整個路燈系統的成本。3、本控制器的輸出是一個恒定的負載電流，相當于LED的恒流電源，因此可節省 LED燈具配用的恒流電源，從而進一步節約成本。4、由于本發明量入為出的控制方法，只使用當天的充電電量，保證蓄電池始終處在正常的充放電工作范圍內，杜絕了發生過度放電的可能，因此蓄電池工作壽命得以大大延長，降低了整個照明系統的運行維護成本。
圖1是本發明的電路結構圖。圖中，1、蓄電池；2、LED燈具；3、控制單元E⑶；4、電壓檢測電路；5、充電電流檢測
電路；6、負載電流檢測電路；7、控制電路；8、A/D轉換端口 ；9、MOS開關管；10、PWM驅動端□。
具體實施例方式下面是本發明的具體實施例，并結合附圖對本發明的技術方案進一步說明，但不限于這些實施例。如圖1所示，本量入為出的蓄電池供電照明控制器，包括蓄電池1、LED燈具2、控制單元ECU 3、電壓檢測電路4、充電電流檢測電路5、負載電流檢測電路6、控制電路7。具體來說，蓄電池1的正極與單向二極管Dl的負極連接，單向二極管Dl的正極與充電正極S+連接，單向二極管Dl的作用是在輸入電壓低于蓄電池1電壓時防止回流。蓄電池1的負極與接地，充電負極S-設置在采樣點SPl。LED燈具2的陽極接蓄電池1的正極，LED燈具2的陰極連接有用于調節LED燈具 2負載電流的控制電路7，控制電路7與蓄電池1的負極連接形成對LED燈具2的供電回路， 在控制單元ECU 3和蓄電池1之間分別連接有檢測蓄電池1電壓的電壓檢測電路4和檢測蓄電池1充電電流It的充電電流檢測電路5。在控制單元E⑶3和LED燈具2之間分別連接有檢測LED燈具2電流的負載電流檢測電路6和調節負載電流達到許用電流I的控制電路7。電壓檢測電路4包括分壓電阻R3和分壓電阻R4，分壓電阻R3和分壓電阻R4串聯成支路，該支路的一端與連接于蓄電池1的正極，支路的另一端接地，在分壓電阻R3和分壓電阻R4之間設有與控制單元E⑶3連接的采樣點SP3。控制單元E⑶通過分壓電阻R3、R4 的分壓讀取蓄電池的電壓。 充電電流檢測電路5包括放大器Al和采樣電阻Rl，采樣電阻Rl —端接地，另一端為采樣點SP1，放大器Al的一端與采樣點SPl連接，另一端與控制單元E⑶3連接。充電電流It在采樣電阻Rl上產生壓降，該壓降信號經放大器Al放大后輸入控制單元E⑶3，讀取充電電流。在控制單元ECU 3內根據充電電流檢測電路5采集的電流計算當天許用電流I，控制單元ECU 3計算出許用電流如下控制單元ECU以兩次開燈的間隔時間為單位累計充電電流，蓄電池1的當天充電電量為
N = KE Itdt式中K為蓄電池充電效率系數It為即時充電電流dt為時間的微分。當蓄電池1電壓低于一定值后，在需要開燈時，控制單元ECU 3根據當天的充電電量N，計算出當天LED燈具2的許用電流I為I = N/T式中N為當天的充電電量T為預計開燈的時間(小時)。控制電路7采用PWM控制方式，包括MOS開關管9，在控制單元ECU 3上設有PWM 驅動端口 10，MOS開關管9的G極與PWM驅動端口 10連接，D極與LED燈具2的負極連接， S極與負載電流檢測電路6連接。控制單元E⑶3向MOS開關管9發出PWM波，調整PWM波的占空比，從而調節LED燈具2的負載電流，實現恒流輸出。在控制單元ECU 3檢測到蓄電池1的電壓低于設定的電壓時，控制電路7調節LED燈具的負載電流等于許用電流I。控制單元ECU以許用電流作為控制目標，根據許用電流和負載電流來改變PWM波的占空比，調節 LED燈具的輸入電流等于當天的許用電流I。控制單元ECU 3設有一個用軟件設定負載電流的A/D轉換端口 8，用于在電壓檢測電路4檢測到蓄電池1的電壓達到設定的電壓時，由控制電路7調節LED燈具2的負載電流等于設定的負載電流。根據設定的負載電流和負載電流來改變PWM波的占空比，調節 LED燈具2的輸入電流等于設定的負載電流。負載電流檢測電路6包括放大器A2和采樣電阻R2，采樣電阻R2 —端接地，另一端為采樣點SP2，與MOS開關管9的S極連接，放大器A2的一端與采樣點SP2連接，另一端與控制單元E⑶3連接。本發明的工作原理如下如果當天的充電量充足時，輸入LED燈具2的電流按照正常電流的工作，即電壓檢測電路4檢測的電壓達到設定的電壓，控制電路7根據軟件設定的負載電流和負載電流檢測電路6檢測的負載電流調整PWM波的占空比，從而調節LED燈具2 的輸入電流，實現恒流輸出；如果當天的充電量不充足時，本發明通過電壓檢測電路4檢測到蓄電池1的電壓低于設定的電壓，再通過控制電路7調節LED燈具2電流達到許用電流 I，這樣就能保證在開燈的時間內始終能保持LED燈具2是亮的，這樣，LED燈具2所使用的電能都是當天的充電電能，因此采用比現有技術容量小的蓄電池和比原有技術功率小的太陽能電池，降低了成本。
權利要求
1.一種量入為出的蓄電池供電照明控制器，包括LED燈具( 和蓄電池(1)，所述的 LED燈具( 陽極連接蓄電池(1)正極，其特征在于，LED燈具( 陰極連接有用于調節LED 燈具( 負載電流的控制電路(7)，該控制電路(7)與所述蓄電池(1)負極連接形成對LED 燈具⑵的供電回路，本蓄電池⑴供電照明控制器還包括電壓檢測電路G)，用于檢測蓄電池(1)電壓；充電電流檢測電路(5)，用于檢測蓄電池(1)的充電電流；負載電流檢測電路(6)，用于檢測LED燈具⑵的負載電流；控制單元ECU(3)，用于讀取充電電流來計算當天的許用電流，并且在檢測到蓄電池 ⑴電壓低于控制單元ECU(3)的設定電壓時，通過控制電路(7)調節LED燈具⑵的負載電流等于許用電流。
2.根據權利要求1所述的量入為出的蓄電池供電照明控制器中，其特征在于，所述的控制單元ECUC3)設有一個用軟件設定負載電流的A/D轉換端口(8)，用于在檢測到蓄電池 (1)電壓達到設定電壓時，通過控制電路(7)調節LED燈具( 的負載電流等于A/D轉換端口(8)設定的負載電流。
3.根據權利要求1或2所述的量入為出的蓄電池供電照明控制器中，其特征在于，所述的控制電路(7)采用PWM控制方式，包括MOS開關管(9)，在控制單元ECU(3)上設有PWM 驅動端口(10)，MOS開關管(9)的G極與PWM驅動端口(10)連接，D極與LED燈具O)的負極連接，S極與負載電流檢測電路(6)連接。
4.根據權利要求3所述的量入為出的蓄電池供電照明控制器中，其特征在于，所述的充電電流檢測電路(5)包括放大器Al和采樣電阻R1，采樣電阻Rl —端接地并且與蓄電池 (1)的負極連接，另一端為采樣點SP1，放大器Al的一端與采樣點SPl連接，另一端與控制單元E⑶⑶連接。
5.根據權利要求4所述的量入為出的蓄電池供電照明控制器中，其特征在于，所述的負載電流檢測電路(6)包括放大器A2和采樣電阻R2，采樣電阻R2 —端接地，另一端為采樣點SP2，與MOS開關管(9)的S極連接，放大器A2的一端與采樣點SP2連接，另一端與控制單元E⑶⑶連接。
6.根據權利要求5所述的量入為出的蓄電池供電照明控制器中，其特征在于，所述的電壓檢測電路(4)包括分壓電阻R3和分壓電阻R4，分壓電阻R3和分壓電阻R4串聯成支路，該支路的一端連接于蓄電池(1)的正極，支路的另一端接地，在分壓電阻R3和分壓電阻 R4之間設置與控制單元E⑶C3)連接的采樣點SP3。
7.根據權利要求6所述的量入為出的蓄電池供電照明控制器中，其特征在于，蓄電池 (1)的正極與單向二極管Dl的負極連接，單向二極管Dl的正極與充電正極S+連接，蓄電池 (1)的負極與接地，充電負極S-設置于采樣點SPl上。
全文摘要
本發明提供了一種量入為出的蓄電池供電照明控制器，屬于路燈照明控制器技術領域，解決了現有蓄電池供電路燈系統不能保證每天都能長時間亮燈的問題。本發明包括LED燈具和蓄電池，LED燈具的陽極接蓄電池的正極，LED燈具的陰極連接有控制電路，該控制電路與蓄電池的負極連接形成對LED燈具的供電回路，本控制器還包括電壓檢測電路、充電電流檢測電路和控制單元ECU，控制單元ECU用于讀取充電電流來計算當天的許用電流，并且在檢測到蓄電池電壓低于控制單元ECU的設定電壓時，通過控制電路調節LED燈具的負載電流等于許用電流。本發明采用了量入為出的控制方式，使得采用本控制器的路燈系統實現了不管多長的陰雨無風，路燈天天都能長時間亮。
文檔編號H05B37/02GK102387626SQ20101027221
公開日2012年3月21日 申請日期2010年9月3日 優先權日2010年9月3日
發明者何靖宇 申請人:無錫市吉通機電技術開發有限責任公司