摘要：路灯作为公路交通网络设施的重要组成部分，对交通出行的便利性和安全性具有积极的意义。因此，路灯控制系统的开发和使用一直备受关注，本文就节能锂电池路灯智能控制系统的原理和应用进行了简要分析。
关键词：节能锂电池；路灯；智能控制系统
1.节能锂电池路灯智能控制系统的优势及意义
节能锂电池路灯控制系统基于锂电池的管理与对LED灯亮度的智能控制，达到延长锂电池使用寿命并能增长连续阴雨天情况下LED路灯的照明时间，整体上有效提高了LED路灯系统的使用寿命及照明效果。整个路灯系统的结构设计巧妙，易于实现且易于组装维修和更换，智能化程度高，不仅能够对锂电池组实现安全高效的充放电管理，同时也能够根据锂电池组的状态以及预置亮灯策略表自动调整LED灯亮灯功率及亮灯时长，从而能有效延长锂电池组使用寿命并能增长连续阴雨天情况下LED路灯的照明时间，整体上有效提高了LED路灯系统的使用寿命及照明效果。另外，通过远程控制终端实现对单个LED路灯或任意组合的成批LED路灯的运行控制、故障检测报警控制、照明控制以及定时控制等远程监控，从而实现LED路灯管控的系统智能化，降低人工巡检维护成本。
与太阳能LED路灯配套使用的储能装置是路灯系统中的关键部件，一般采用常规的价格较低的铅酸电池，用于将太阳能电池板的收集的电能存储起来，供系统在晚间或阴雨天使用。相比于太阳能LED路灯系统，铅酸电池的使用寿命不长，影响了整个路灯系统的使用寿命。而具有高效率、高容量、小体积且长使用寿命等特点的锂电池正好可以弥补铅酸电池的缺陷，其充放电次数可达3000次，使用寿命与LED灯以及太阳能电池板的使用寿命更接近，尽管锂电池成本较高，使得LED路灯系统一次性投入成本高，但长期使用，它的投入却要比铅酸电池的低。因此在现有的太阳能LED路灯系统中采用锂电池作为储能装置已逐渐成为主流。并且大部分的LED路灯系统都是实行统一开启和关闭的亮灯照明规则，而没有考虑到地段、时间、气候及人流密度等多方面的因素，这样不仅造成了相当一部分电力资源的浪费，而且在一定程度上降低了LED路灯系统的使用寿命，造成LED路灯提前报废而影响使用。而节能锂电池路灯智能控制系统实现了对锂电池的管理与对LED灯亮度的智能控制，延长锂电池使用寿命并能增长连续阴雨天情况下LED路灯的照明时间，整体上有利于提高LED路灯系统的使用寿命及照明效果。
2.节能锂电池路灯智能控制系统的基本组成及原理
2.1节能锂电池路灯智能控制系统的基本组成
节能锂电池路灯智能控制系统的基本组成包括太阳能电池板、LED灯、锂电池组、智能控制盒和远程控制终端。其中，锂电池组采用多节锂电池串联连接组成；太阳能电池板、LED灯以及锂电池组均与智能控制盒电连接；智能控制盒包括封装壳体和设置在封装壳体内部的集中控制器；集中控制器通过无线网络连接远程控制终端；集中控制器包括控制主板、电池管理模块、LED灯恒流驱动模块、LED灯亮度控制模块、电池板电压检测模块和GPRS通信模块；电池管理模块、LED灯恒流驱动模块、LED灯亮度控制模块、电池板电压检测模块和GPRS通信模块均与控制主板相连接。
2.2节能锂电池路灯智能控制系统的应用原理
节能锂电池路灯智能控制系统一方面对锂电池组进行保护及均衡管理，实现智能化充放电，以充分发挥锂电池组的长寿命作用，同时为进一步节约成本，通过当前的锂电池组状态、锂电池组的日存储记录以及预置亮灯策略表来进行LED路灯的智能亮度控制。
电池管理模块包括电池组电压均衡单元、电池组智能充放电单元、电池组状态监测单元、过压保护单元、过温保护单元和电流检测单元。所述电池组电压均衡单元与电池组智能充放电单元相连，所述电池组状态监测单元与电池组智能充放电单元相连，所述过压保护单元与电池组电压均衡单元相连，所述过温保护单元与电池组智能充放电单元相连，所述电流检测单元与电池组智能充放电单元相连。
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电池组状态监测单元可读取每节锂电池的电压，并将该电压参数传送给PIC主控芯片进行处理，所述电流检测单元既能检测充放电电流，也能够实现累计电量的功能，从而记录流入锂电池组或流出锂电池组的电量。
电池组电压均衡单元中设有多个电压均衡芯片、分流放电支路电阻和与分流放电支路电阻串联的分流放电支路控制开关器件，电池组智能充放电单元中设有具有PWM控制端口的PIC芯片、充电控制开关器件和放电控制开关器件。分流放电支路控制开关器件采用N沟道M0S管，充电控制开关器件采用PNP三极管，放电控制开关器件采用N沟道M0S管；电压均衡芯片的型号为S8209A，充电控制开关器件连接电压均衡芯片的CO管脚，放电控制开关器件连接电压均衡芯片的DO管脚，分流放电支路控制开关器件连接电压均衡芯片的CB管脚，所述分流放电支路电阻连接在N沟道M0S管的漏极端。
过压保护单元中设有TI二级过压保护芯片，通过4节串联的18650锂电池过压保护单元电路，在本电路中采用BQ29412DCT作为每节锂电池的过压保护芯片，在二级过压保护芯片BQ29412DCT中，VDD管脚为电源电压输入端子，VC1-VC4管脚为电池电压连接端子，OUT管脚为电压输出端子，CD管脚为电压输出端子。
电流检测单元中设有电流传感器，其中电流传感器为MAX472ESA芯片。所述过温保护单元中设有温度传感器，其中温度传感器采用DS18B20。
LED灯恒流驱动模块采用由TI的非同步升压控制器构成的BOOST升压模块，用于对LED灯进行高功率因数）的恒流驱动供电。LED灯亮度控制模块采用PWM调光。电池板电压检测模块采用M0S场效应管和取样电阻构成的电压检测电路，主要依据在白天和黑夜条件下太阳能电池板上的电压不同的特点，通过取样电阻来检测太阳能电池板上的电压来判断外部环境的亮度，以确定白天与黑夜。控制主板是包括有PIC主控芯片最小系统和RS485串行通信模块的路灯信息记录及信息输出的电路板。通过PIC主控芯片每天监测锂电池组的容量、电压、充放电电流等一系列数据，综合分析、估算锂电池组的剩余电量，然后根据锂电池组的当前剩余容量再合理分配给LED灯使用，从而最大化满足LED灯亮度并保证LED灯的亮灯时间。如果因为连续的阴雨天气而导致电池充电容量不足，通过降低LED灯的亮度，来降低电池的消耗，以保证较长的亮灯时间，从而实现LED灯亮度与亮灯时间的有效分配。
控制主板可将电池的电压、电流、功率及日存储记录输出至远程控制终端，并可根据用户需求或当地天气条件，人工或自动进行信息更新，以实现系统的优化控制。其中日存储记录主要存储充电时间、充电电量、是否过充或过放的过欠压标志，这些信息将根据当前所处季节、天气的阴晴状况以及夜间时长的不同而发生变化。
远程控制终端上设有人机交互接口，实时提供锂电池组信息、LED灯信息、太阳能电池板信息、集中控制器运行状态信息、故障检测报警信息以及具有亮度决策预置窗口和存储记录读取窗口。系统在工作时，远程控制终端能为用户实时提供以上信息，使得整个系统的当前状态始终处于用户掌控之中，方便维护。
3.总结
节能锂电池路灯控制系统基于锂电池的管理与对LED灯亮度的智能控制，达到延长锂电池使用寿命并能增长连续阴雨天情况下LED路灯的照明时间，整体上有效提高了LED路灯系统的使用寿命及照明效果。随着研究的深入，节能锂电池路灯控制系统也必将进一步优化和完善，在公路交通中发挥出更大的优势。
参考文献
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论文作者:赵欣泰
论文发表刊物:《电力设备》2018年第19期
论文发表时间:2018/10/17
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