一种用于灯具的多电池供电功率板及其供电方法

技术领域

本发明涉及自带电源灯具的电源管理，更具体地说，它涉及一种用于灯具的多电池供电功率板及其供电方法。

背景技术

太阳能灯具是采用晶体硅太阳能发电板供电，通过电池组储存电能，常用的电池组有锂电池组和传统的电瓶。并且太阳能灯一般采用的是超高亮LED发光模组作为光源。因太阳能灯具安装方便，以被广泛使用与道路、庭院等场所的照明。由于地方位置不同、不同季节日照的长短不一，目前的太能能灯具大多配备了多个电池组，以满足不同位置、不同季节的灯具照明需求。但对电池组传统的管理方式是多个电池组直接连通，统一进行充放电。这样的管理方式使所有的电池组均一直处于工作状态，容易出现疲劳衰减的情况，导致电池的寿命减低的问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对现有技术的不足，目的一是提供一种用于灯具的多电池供电功率板，解决了因电池组一直处于工作状态容易出现疲劳衰减的问题。

目的二是提供一种用于灯具的多电池供电功率板供电方法，解决了因电池组一直处于工作状态容易出现疲劳衰减的问题。

为实现上述目的一，本发明提供了一种用于灯具的多电池供电功率板，包括MCU模块、电源管理模块和驱动模块；所述电源管理模块包括太阳能发电板控制单元，所述电源管理模块还包括多个电池控制单元；多个所述电池控制单元的控制端与MCU模块的多个控制引脚一一对应连接，多个所述电池控制单元的输入端与多个电池组的正向输出端一一对应连接，多个所述电池控制单元的输出端和太阳能发电板控制单元的输出端并联连接，且所述电池控制单元与太阳能发电板控制单元的连接端与驱动模块的电源输入端连接；所述MCU模块的多个信号采集引脚均连接有信号采集单元，多个所述信号采集单元分别与太阳能发电板以及多个电池组的正向输出端一一对应连接。

作进一步的改进，所述电源管理模块还包括泄放保护单元；所述泄放保护单元的控制端与MCU模块连接，所述泄放保护单元的输入端与电池控制单元和太阳能发电板控制单元的连接端连接，所述泄放保护单元的输出端接地。

进一步地，所述泄放保护单元包括电阻R54、电阻R55、电阻R56、稳压二极管ZD7和三极管Q20；所述MUC模块的PA10引脚通过电阻R56与三极管Q20的基极连接，所述三极管Q20的发射极接地，所述三极管Q20的集电极通过串联连接的电阻R55、电阻R54与电池控制单元和太阳能发电板控制单元的连接端连接，所述稳压二极管ZD7的阴极与电池控制单元和太阳能发电板控制单元的连接端连接，所述稳压二极管ZD7的阳极与电阻R54和电阻R55的连接端连接，且所述稳压二极管ZD7的阴极还与太阳能发电板控制单元的一个控制端连接。

更进一步地，所述太阳能发电板控制单元包括电阻51、电阻52、电阻53、稳压二极管ZD6、三极管Q9、场效应管Q10和场效应管Q11；所述MCU模块的PA12引脚通过电阻R53与三极管Q9的基极连接，所述三极管Q9的发射极接地，所述三极管Q9的集电极通过串联连接的电阻R52、电阻R51与太阳能发电板的正向输出端连接，所述稳压二极管ZD6的阴极与太阳能发电板的正向输出端连接，所述稳压二极管ZD6的阳极与电阻R51和电阻R52的连接端连接，且所述电阻R51和电阻R52的连接端与场效应管Q10的栅极连接，所述场效应管Q10的源极与太阳能发电板的正向输出端连接，所述场效应管Q10的漏极与场效应管Q11的漏极连接，所述场效应管Q11的源极与电池控制单元的输出端连接，所述场效应管Q11的栅极与稳压二极管ZD7的阳极连接。

更进一步地，所述电池控制单元包括三极管Qi、场效应管Qk、场效应管Qk+1、电阻Rj、电阻Rj+1、电阻Rj+2和稳压二极管ZDm；所述MCU模块的其中一个输入输出引脚通过电阻Rj+2与三极管Qi的基极连接，所述三极管Qi的发射极接地，所述三极管Qi的集电极通过串联连接的电阻Rj+1、电阻Rj与场效应管Qk的源极连接，且所述场效应管Qk的源极与场效应管Qk+1的源极连接；所述稳压二极管ZDm的阴极与电阻Rj和场效应管Qk源极的连接端连接，所述稳压二极管ZDm的阳极与电阻Rj和电阻Rj+1的连接端连接，且所述电阻Rj和电阻Rj+1的连接端与场效应管Qk的栅极连接，且所述场效应管Qk的栅极和场效应管Qk+1的栅极连接；所述场效应管Qk的漏极与第n电池组的正向输出端连接，所述场效应管Qk+1的漏极与电池控制单元的输出端连接；

其中，i、j、k、n、m均为自然数。

为实现上述目的二，本发明提供了一种用于灯具的多电池供电功率板供电方法，实时检测太阳能发电板的输出电压，当太阳能发电板的输出电压高于设定的开灯电压阈值时，实时获取所有的电池组的电池电压，并根据电池组的电池电压先小后大有序地对电池组进行充电；当太阳能发电板的输出电压低于设定的开灯电压阈值时，实时获取所有的电池组的电池电压，并根据电池组的电池电压先大后小有序地对电池组进行放电，以点亮灯具。

作进一步的改进，所述根据电池组的电池电压先小后大有序的对电池组进行充电，具体包括，

获取所有的所述电池组的电池电压后，首先对所有的所述电池电压进行比较，并且根据所述电池电压大小由小到大对电池组进行排序，然后先为所述电池电压最小的电池组进行充电，并将所述电池电压最小的电池组充电至其电池电压达到设定的过充保护阈值为止；接着根据所述电池组的排序，依次对剩余的所述电池组进行充电，并且将当前正在充电的所述电池组充电至其电池电压达到设定的过充保护阈值后再对下一个电池组进行充电。

进一步地，所述根据电池组的电池电压先大后小有序的对电池组进行放电，具体包括，

获取所有的所述电池组的电池电压后，首先对所有的所述电池电压进行比较，并且根据所述电池组的电池电压大小由大到小对电池组进行排序，然后先将所述电池电压最大的电池组进行放电，为发光模组供电，并且在所述电池电压最大的电池组放电至其电池电压达到设定的过放保护阈值时，停止所述电池组的放电；接着根据所述电池组的排序，依次对剩余的所述电池组进行放电，且将当前正在放电的所述电池组放电至其电池电压达到设定的过放保护阈值后再对下一个电池组进行放电。

更进一步地，当获取到两个以上的所述电池组的电池电压相同时，随机对所述电池电压相同的电池组进行排序，且所述电池电压一致的电池组依次相邻排序。

有益效果

本发明的优点在于：通过对所有的电池组独立充放电的方式，能更好的对太阳能灯具内部电源进行管理，不仅有效的保证每个电池组中的电量，同时也能充分的对多个电池组进行使用；在避免了所有的电池组一直处于工作状态的同时，也避免个别电池组出现长期处于待机的情况，提高了电池组的可靠性。

附图说明

图1为本发明的方框示意图；

图2为本发明的电源管理模块电路结构示意图；

图3为本发明的MCU模块电路结构示意图；

图4为本发明的与太阳能发电板连接的信号采集单元的电路结构示意图；

图5为本发明的与第一电池组连接的信号采集单元的电路结构示意图；

图6为本发明的驱动模块的电路结构示意图；

图7为本发明的供电模块的电路结构示意图。

具体实施方式

下面结合实施例，对本发明作进一步的描述，但不构成对本发明的任何限制，任何人在本发明权利要求范围所做的有限次的修改，仍在本发明的权利要求范围内。

参阅图1，本发明的一种用于灯具的多电池供电功率板，包括MCU模块、电源管理模块和驱动模块。如图3所示，MCU模块为单片机，用于检测太阳能发电板的输出电压，以及所有电池组的电池电压。本实施例的电池组设有四个，依次排序为第一电池组、第二电池组、第三电池组和第四电池组。电源管理模块包括太阳能发电板控制单元和四个电池控制单元。四个电池控制单元的控制端与MCU模块的四个控制引脚一一对应连接，四个电池控制单元的输入端与四个电池组的正向输出端一一对应连接，四个电池控制单元的输出端和太阳能发电板控制单元的输出端并联连接，且电池控制单元与太阳能发电板控制单元的连接端与驱动模块的电源输入端连接，为驱动模块以及发光模组进行供电。具体的，驱动模块的电路结构如图6所示。MCU模块的五个信号采集引脚均连接有信号采集单元，五个信号采集单元分别与太阳能发电板以及四个电池组的正向输出端一一对应连接。具体的，与太阳能发电板连接的信号采集单元的电路结构如图4所示；与第一电池组连接的信号采集单元的电路结构如图5所述，且所有与电池组连接的信号采集单元的结构均一致。此外，供电功率板还包括供电模块，其电路结构如图7所示。MCU模块与供电模块的电源输出端连接，供电模块的输入端均与太阳能发电板的正向输出端、四个电池组的正向输出端连接。

本实施例的电源管理模块还包括泄放保护单元。泄放保护单元的控制端与MCU模块连接，泄放保护单元的输入端与电池控制单元和太阳能发电板控制单元的连接端连接，泄放保护单元的输出端接地。泄放保护单元用于在四个电池组均充满电且太阳能发电板依然发电的情况下，对太阳能发电板发出的电能进行释放。

参阅图2，泄放保护单元包括电阻R54、电阻R55、电阻R56、稳压二极管ZD7和三极管Q20；MUC模块的PA10引脚通过电阻R56与三极管Q20的基极连接，三极管Q20的发射极接地，三极管Q20的集电极通过串联连接的电阻R55、电阻R54与电池控制单元和太阳能发电板控制单元的连接端连接，稳压二极管ZD7的阴极与电池控制单元和太阳能发电板控制单元的连接端连接，稳压二极管ZD7的阳极与电阻R54和电阻R55的连接端连接，且稳压二极管ZD7的阴极还与场效应管Q11的栅极连接。当四个电池组均充电完成后，MCU模块将四个电池组的电池控制单元关闭。此时，若太阳能发电板的电压高于预设的开灯电压阈值，MCU模块的PA10引脚发出信号，使三极管Q20导通，对太阳能发电板产生的电能进行释放。关于开灯电压阈值的取值是根据电池组的设计电压选取，如当电池组的设计电压为12V时，开灯电压阈值可取3-10V之间任一电压；而开灯电压阈值的具体取值可根据具体安装场所的光照度进行取值。

太阳能发电板控制单元包括电阻51、电阻52、电阻53、稳压二极管ZD6、三极管Q9、场效应管Q10和场效应管Q11。MCU模块的PA12引脚通过电阻R53与三极管Q9的基极连接，三极管Q9的发射极接地，三极管Q9的集电极通过串联连接的电阻R51、电阻R52与太阳能发电板的正向输出端连接，稳压二极管ZD6的阴极与太阳能发电板的正向输出端连接，稳压二极管ZD6的阳极与电阻R51和电阻R52的连接端连接，且电阻R51和电阻R52的连接端与场效应管Q10的栅极连接，场效应管Q10的源极与太阳能发电板的正向输出端连接，场效应管Q10的漏极与场效应管Q11的漏极连接，场效应管Q11的源极与电池控制单元的输出端连接，场效应管Q11的栅极与稳压二极管ZD7的阳极连接。

本实施例的四个电池控制单元的电路结构均一致，本实施例只对与第一电池组连接的电池控制单元的电路结构进行说明。具体的，电池控制单元包括三极管Q21、场效应管Q12、场效应管Q13、电阻R57、电阻R58、电阻R59和稳压二极管ZD8；MCU模块的PA11引脚通过电阻R59与三极管Q21的基极连接，三极管Q21的发射极接地，三极管Q21的集电极通过串联连接的电阻R58、电阻R57与场效应管Q12的源极连接，且场效应管Q12的源极与场效应管Q13的源极连接；稳压二极管ZD8的阴极与电阻R57和场效应管Q12源极的连接端连接，稳压二极管ZD8的阳极与电阻R57和电阻R58的连接端连接，且电阻R57和电阻R58的连接端与场效应管Q12的栅极连接，且场效应管Q12的栅极和场效应管Q13的栅极连接；场效应管Q12的漏极与第一电池组的正向输出端连接，场效应管Q13的漏极与电池控制单元的输出端连接。当MCU模块的PA11引脚发出控制信号后，三极管Q21导通，从而触发两个场效应管，使这两个场效应管导通，由于这两个场效应管形成了双向导通开关，因此实现了第一电池组的充放电。

本发明的工作原理是：MUC模块实时检测太阳能发电板的输出电压以及电池组的电池电压。

当太阳能发电板的输出电压高于设定的开灯电压阈值时，MCU模块首先对四个电池组的电池电压进行比较，并且根据四个电池组的电池电压大小由小到大对电池组进行排序。例如，四个电池组中第一电池组的电压最小、第三电池组的电压次之、第四电池组的电压最大，则这四个电池组的排序为第一电池组、第三电池组、第二电池组、第四电池组。电池组排序完毕后，MCU模块还对排序好的电池组进行储存记录。接着，MCU模块的PA11引脚发出控制信号，使与电池电压最小的电池组相应的电池控制单元导通，从而为该电池组进行充电。并且在充电的过程中，MCU模块持续对该电池组的电池电压进行监控。当该电池组的电池电压与过充保护阈值一致时，停止对该电池组的充电，然后对电压仅次于最小电压的电池组进行充电，即对第三电池组进行充电。并且将该电池组充电至其电池电压达到设定的过充保护阈值后，再对下一个电池组，即第四电池组进行充电。最后再对第二电池组进行充电，以实现有序的对电池组进行充电。

当太阳能发电板的输出电压低于设定的开灯电压阈值时，MCU模块关闭太阳能发电板控制单元，同时发出控制信号至驱动单元，以启动驱动单元。接着，MCU模块对四个电池组的电池电压进行比较，并且根据四个电池组的电池电压由大到小对电池组进行排序。例如，四个电池组中第一电池组的电压最小、第三电池组的电压次之、第四电池组的电压最大，则这四个电池组的排序为第四电池组、第二电池组、第三电池组、第一电池组。电池组排序完毕后，MCU模块还对排序好的电池组进行储存记录。然后MCU模块发出控制信号至电压最大的电池组的电池控制单元，即第四电池组的电池控制单元，使该电池控制单元导通，第四电池组对外放电，以为驱动模块和发光模组进行供电。当第四电池组的电池电压下降至过放保护阈值时，MCU模块关闭该电池组的电池控制单元，同时启动第二电池组的电池控制单元，第二电池组对外供电。并在第二电池组的电池电压下降至过放保护阈值时启动下一排序的电池组对外放电，以此实现电池组有序的对灯具进行供电。

一种用于灯具的多电池供电功率板供电方法，实时检测太阳能发电板的输出电压，当太阳能发电板的输出电压高于设定的开灯电压阈值时，实时获取所有的电池组的电池电压，并根据电池组的电池电压先小后大有序的对电池组进行充电。具体的，获取所有的电池组的电池电压后，首先对所有的电池电压进行比较，并且根据电池组的电池电压大小由小到大对电池组进行排序，然后先为电池电压最小的电池组进行充电，并且将电池电压最小的电池组充电至其电池电压达到设定的过充保护阈值为止。接着根据电池组的排序依次对剩余的电池组进行充电，且将当前正在充电的电池组充电至其电池电压达到设定的过充保护阈值后再对下一个电池组进行充电。通过这样的方式实现了对所有的电池组的有序充电，可保证每个电池组中的电量，避免个别电池组出现长期电能不足的现象，提高了灯具的可靠性。

当太阳能发电板的输出电压低于设定的开灯电压阈值时，实时获取所有的电池组的电池电压，并根据电池组的电池电压先大后小有序的对电池组进行放电，以点亮发光模组。具体的，获取所有的电池组的电池电压后，首先对所有的电池电压进行比较，并且根据电池组的电池电压大小由大到小对电池组进行排序，然后先将电池电压最大的电池组进行放电，为发光模组供电，并且在电池电压最大的电池组放电至其电池电压达到设定的过放保护阈值时，停止电池组的放电。接着根据电池组的排序，依次对剩余的电池组进行放电，且将当前正在放电的电池组放电至其电池电压达到设定的过放保护阈值后再对下一个电池组进行放电。通过这样的方式实现了对电池组的有序放电，可保证每个电池组中的电量得到充分的利用。

优选的，当获取到两个以上的电池组的电池电压相同时，随机对电池电压相同的电池组进行排序，且这些电池组依次相邻排序。电池组在充电或放电时，可能出现所有的电池组的电压相同的情况，这种情况下，MCU模块依然是根据首先排序再逐个充电或放电的原则对进行电池组充放电。对于一些灯具耗电量较少的场所，例如，对于四个电池的灯具，四个电池组的固定排序依次为第一电池组、第二电池组、第三电池组和第四电池组。在灯具的点亮的时间内，只消耗第一和第二电池组的电能；并且在充电的时间内，能对这两个放电完毕的电池组全部充满。这种情况下，如果根据电池组的固定排序对电池组进行放电，即只对第一电池组和第二电池组的两个电池组进行放电，然后再充电。长时间的只对这两个电池组使用，这两个电池组的衰减将大于其余的两个电池组。因此，为了避免这个问题，本发明通过对电压相同的电池组进行随机充放电的方式实现对电池组的充电、电池组对灯具的放电，能很好的对电池组进行保护。

以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。