當(dāng)前位置:首頁 > 電源 > 功率器件
[導(dǎo)讀]引言  太陽能的綠色與可再生特性, 使其在低碳和能源緊缺的今日備受關(guān)注。鋰電池因比能量高、自放電低的特性, 逐漸取代鉛酸電池成為主流。由目前常用的太陽能電池的輸出特性可知, 太陽能電池在一定的光照度和溫度

引言

  太陽能的綠色與可再生特性, 使其在低碳和能源緊缺的今日備受關(guān)注。鋰電池因比能量高、自放電低的特性, 逐漸取代鉛酸電池成為主流。由目前常用的太陽能電池的輸出特性可知, 太陽能電池在一定的光照度和溫度下, 既非恒流源, 亦非恒壓源, 其最大功率受負(fù)載影響。而鋰電池可看作一個(gè)小負(fù)載電壓源。如不加控制直接將二者連接, 則將太陽能電池的工作電壓箝位于鋰電池工作電壓, 無法高效利用能源。

  本文采用SPCE061 單片機(jī), 利用MPPT 技術(shù)使太陽能電池工作于最大功率點(diǎn), 并且對鋰電池的充電過程進(jìn)行控制, 延長鋰電池使用壽命, 保證充電安全。

  1  最大功率點(diǎn)跟蹤技術(shù)原理( Maximum Power Point Tracking 簡稱MPPT)

  太陽能電池有著非線性的光伏特性, 所以即使在同一光照強(qiáng)度下, 由于負(fù)載的不同也會(huì)輸出不同的功率。

  其電壓、電流與功率在光照度1 kW/ m2 , T = 25 ℃條件下的輸出曲線如圖1 所示。其短路電流i sc 與開路電壓uoc 由生產(chǎn)商給出, Pmpp為該條件下的最大功率點(diǎn)。

  由于太陽能電池受到光強(qiáng)、光線入射角度、溫度等多種因素的影響, 最大功率相應(yīng)改變, 對應(yīng)最大功率點(diǎn)的輸出電壓、輸出電流和內(nèi)阻也在不停變化。因此, 需要使用基于PWM 的可調(diào)DC/ DC 變換器, 使負(fù)載相應(yīng)改變, 才能使太陽能電池工作在最大功率點(diǎn)上。

 

圖1 太陽能電池的典型輸出曲線

  2   電路工作原理

  圖2 示出太陽能充電器的原理框圖。其中微控制器采用凌陽公司生產(chǎn)的SPCE061A 單片機(jī), 該單片機(jī)含有7 個(gè)10 位ADC( 模-數(shù)轉(zhuǎn)換器) 并內(nèi)置了PWM 功能, 大大簡化電路復(fù)雜程度, 提高穩(wěn)定性。電壓采樣電路與電流采樣電路通過ADC 將電壓值與電流值送入MCU, MCU 根據(jù)MPPT 算法計(jì)算PWM 控制BU CK電路完成對充電過程的控制。

 

圖2 整體充電器原理框圖

圖3 為BUCK 變換器電路。由MOSFET 管Q3、電感L1 與繼流二極管D1 構(gòu)成典型的BUCK 降壓DC/ DC 變換器, Q1 和Q2 組成MOSFET 管驅(qū)動(dòng)電路, Uout 輸出至鋰電池正極。

 

圖3 BUCK 變換器電路

  圖4 為電流采樣電路。Rsense 用一小阻值精密電阻作為采樣電阻, 通過將電阻兩端電壓使用差分放大器輸送到SPCE061 的A/ D 端進(jìn)行采樣。為使采樣精確, 避免電源線與地線干擾, 使用線性光耦HCNR200 進(jìn)行隔離。

 

圖4 電流采樣電路

  圖5 所示為電壓采樣電路。因?yàn)镾PCE061 的A/D 端輸入范圍為0~ 3 V, 而太陽能電池的輸出常常高于3 V, 因此采用反向比例放大器, 使輸入與AD 采樣范圍相匹配。

 

圖5電壓采樣電路[!--empirenews.page--]

3   系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

  在BUCK 上, 存在UarrD= Ubat 的關(guān)系。由此可知:

 

  式中, Ubat 為電池兩端電壓; D 為占空比; Uarr 為太陽能電池兩端電壓。將式( 1) 代入式( 2) 可得:

 

 

  由圖1 可知, 當(dāng)取最大功率點(diǎn)時(shí), dP arr / dUarr = 0,代入式( 3)、( 4) 可知:

 

  因此, 關(guān)于P/ D 的曲線為凸函數(shù), 且當(dāng)P 取最大值時(shí)有唯一D 值與之對應(yīng)。

  由于DC/ DC 變換器連接至鋰電池兩端的輸出電壓短時(shí)間內(nèi)變化不大, 在短時(shí)間可認(rèn)為恒定。因此, 該設(shè)計(jì)的最大功率點(diǎn)跟蹤可簡化為通過PWM 調(diào)整電流至最大值, 即認(rèn)為太陽能電池的輸出功率達(dá)到最大。

  由鋰電池充電特性可知, 為保證充電安全高效, 需采用預(yù)充、恒流、涓流的三段式充電。系統(tǒng)通過對鋰電池兩端電壓進(jìn)行檢測, 判斷充電狀態(tài), 進(jìn)而采取相應(yīng)的充電策略。

  當(dāng)光照強(qiáng)度降低, 程序判斷太陽能電池產(chǎn)生的功率小于系統(tǒng)自身開銷時(shí), 進(jìn)入休眠模式。

  4   實(shí)驗(yàn)結(jié)果與結(jié)論

  根據(jù)以上原理及其電路圖所述, 所制作的MPPT太陽能充電器與用二極管搭建的傳統(tǒng)太陽能充電器測試數(shù)據(jù)對比如表1 所示。其中太陽能電池采用華微公司生產(chǎn)的單晶太陽能電池板, 其最大輸出功率15 W,開路電壓17. 4 V; 鋰電池組采用4 串聯(lián)18650 型鋰電池, 充電截止電壓16. 8 V, 電池組容量10. 4 Ah。

表1 傳統(tǒng)充電器與MPPT充電器實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對比

 

  實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明, 傳統(tǒng)充電器的太陽能電池利用率約為66 %, 而本方案的MPPT 充電器利用率約為97 %, 輸出功率有明顯的上升。通過SPCE061 單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的帶有MPPT 功能的太陽能充電器不僅大幅提高了太陽能電池利用率, 并包含了三段式充電的智能充電策略, 在軟件模塊中加入了防止過充電的安全策略, 并且在光照強(qiáng)度大幅下降到低于系統(tǒng)開銷的情況下自動(dòng)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)休眠。通過改進(jìn)算法, 設(shè)置更為精確的參數(shù), 可以使充電效率進(jìn)一步提高。

本站聲明: 本文章由作者或相關(guān)機(jī)構(gòu)授權(quán)發(fā)布,目的在于傳遞更多信息,并不代表本站贊同其觀點(diǎn),本站亦不保證或承諾內(nèi)容真實(shí)性等。需要轉(zhuǎn)載請聯(lián)系該專欄作者,如若文章內(nèi)容侵犯您的權(quán)益,請及時(shí)聯(lián)系本站刪除。
換一批
延伸閱讀

9月2日消息,不造車的華為或?qū)⒋呱龈蟮莫?dú)角獸公司,隨著阿維塔和賽力斯的入局,華為引望愈發(fā)顯得引人矚目。

關(guān)鍵字: 阿維塔 塞力斯 華為

加利福尼亞州圣克拉拉縣2024年8月30日 /美通社/ -- 數(shù)字化轉(zhuǎn)型技術(shù)解決方案公司Trianz今天宣布,該公司與Amazon Web Services (AWS)簽訂了...

關(guān)鍵字: AWS AN BSP 數(shù)字化

倫敦2024年8月29日 /美通社/ -- 英國汽車技術(shù)公司SODA.Auto推出其旗艦產(chǎn)品SODA V,這是全球首款涵蓋汽車工程師從創(chuàng)意到認(rèn)證的所有需求的工具,可用于創(chuàng)建軟件定義汽車。 SODA V工具的開發(fā)耗時(shí)1.5...

關(guān)鍵字: 汽車 人工智能 智能驅(qū)動(dòng) BSP

北京2024年8月28日 /美通社/ -- 越來越多用戶希望企業(yè)業(yè)務(wù)能7×24不間斷運(yùn)行,同時(shí)企業(yè)卻面臨越來越多業(yè)務(wù)中斷的風(fēng)險(xiǎn),如企業(yè)系統(tǒng)復(fù)雜性的增加,頻繁的功能更新和發(fā)布等。如何確保業(yè)務(wù)連續(xù)性,提升韌性,成...

關(guān)鍵字: 亞馬遜 解密 控制平面 BSP

8月30日消息,據(jù)媒體報(bào)道,騰訊和網(wǎng)易近期正在縮減他們對日本游戲市場的投資。

關(guān)鍵字: 騰訊 編碼器 CPU

8月28日消息,今天上午,2024中國國際大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)博覽會(huì)開幕式在貴陽舉行,華為董事、質(zhì)量流程IT總裁陶景文發(fā)表了演講。

關(guān)鍵字: 華為 12nm EDA 半導(dǎo)體

8月28日消息,在2024中國國際大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)博覽會(huì)上,華為常務(wù)董事、華為云CEO張平安發(fā)表演講稱,數(shù)字世界的話語權(quán)最終是由生態(tài)的繁榮決定的。

關(guān)鍵字: 華為 12nm 手機(jī) 衛(wèi)星通信

要點(diǎn): 有效應(yīng)對環(huán)境變化,經(jīng)營業(yè)績穩(wěn)中有升 落實(shí)提質(zhì)增效舉措,毛利潤率延續(xù)升勢 戰(zhàn)略布局成效顯著,戰(zhàn)新業(yè)務(wù)引領(lǐng)增長 以科技創(chuàng)新為引領(lǐng),提升企業(yè)核心競爭力 堅(jiān)持高質(zhì)量發(fā)展策略,塑強(qiáng)核心競爭優(yōu)勢...

關(guān)鍵字: 通信 BSP 電信運(yùn)營商 數(shù)字經(jīng)濟(jì)

北京2024年8月27日 /美通社/ -- 8月21日,由中央廣播電視總臺(tái)與中國電影電視技術(shù)學(xué)會(huì)聯(lián)合牽頭組建的NVI技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)盟在BIRTV2024超高清全產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展研討會(huì)上宣布正式成立。 活動(dòng)現(xiàn)場 NVI技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)...

關(guān)鍵字: VI 傳輸協(xié)議 音頻 BSP

北京2024年8月27日 /美通社/ -- 在8月23日舉辦的2024年長三角生態(tài)綠色一體化發(fā)展示范區(qū)聯(lián)合招商會(huì)上,軟通動(dòng)力信息技術(shù)(集團(tuán))股份有限公司(以下簡稱"軟通動(dòng)力")與長三角投資(上海)有限...

關(guān)鍵字: BSP 信息技術(shù)
關(guān)閉
關(guān)閉