獨立光伏照明中的能量管理研究

　　說(shuō)明太陽(yáng)能電池陣列輸出功率為電壓增加方向；

　　如果：

　　說(shuō)明太陽(yáng)能電池陣列輸出功率為電壓減少的方向。

　　4 蓄電池充電策略

　　4.1 概述

　　蓄電池的容量和壽命是蓄電池的重要參數，它們受充電方法影響很大。在獨立光伏照明系統中，由于太陽(yáng)能電池本身的非線(xiàn)性以及其輸出受到光強和溫度的影響，傳統充電方法如恒流充電法不再適用。系統中不再僅僅關(guān)心蓄電池的充電速度；取而代之的是如何在充電的過(guò)程中既能最大限度地利用太陽(yáng)能電池，又能合理地實(shí)現充電的最小損耗和蓄電池的最長(cháng)壽命。在這套光伏系統中采用的策略就是以太陽(yáng)能電池電壓、電流和蓄電池電壓、電流、容量同時(shí)作為變量和對象的綜合控制策略。

　　蓄電池的使用，歸根結底是如何利用蓄電池的充放電特性。有效、科學(xué)地使用蓄電池，對提高蓄電池的使用效率、延長(cháng)蓄電池的使用壽命，起著(zhù)非常關(guān)鍵的作用。

4.2 蓄電池分段式充電方法

　　對于一個(gè)蓄電池而言，選擇適當的充電方法，不只可以延長(cháng)蓄電池的使用壽命，而且還可以提高充電效率。這就需要準確判斷蓄電池的充電狀態(tài)從而選取充電電路的工作狀態(tài)?？刂破魇褂玫某潆婋娐凡扇×丝斐?、過(guò)充、浮充3個(gè)階段的充電方法：

　?。?）快充階段：在快充階段，充電電路的輸出等效于電流源。電流源的輸出電流根據蓄電池的充電狀態(tài)確定，為蓄電池最大可接受電流IMAX。充電過(guò)程中，電路檢測蓄電池端電壓。當蓄電池端電壓上升到轉換門(mén)限值后，充電電路轉到過(guò)充階段。

　?。?）過(guò)充階段：在過(guò)充階段，充電電路對蓄電池提供一個(gè)較高電壓Voc，同時(shí)檢測充電電流。當充電電流降到低于轉換門(mén)限值Ioct時(shí)，認為蓄電池電量已充滿(mǎn)，充電電路轉到浮充階段。

　?。?）浮充階段：在浮充階段，充電電流給蓄電池提供一個(gè)精確的、具有溫度補償功能的浮充電壓VF。

　　4.3 浮充電壓溫度補償

　　蓄電池在充滿(mǎn)電后，保持電量的最好方法就是加一個(gè)恒定電壓到蓄電池上。這對充電電路提出了提供合適浮充電壓的要求。浮充電壓值既要足夠大，能補償蓄電池的自放電電流；又不能太大，以免導致蓄電池內部因過(guò)充而發(fā)生化學(xué)成分的分解。在適當的浮充狀態(tài)下，全封閉免維護鉛酸蓄電池能夠穩定工作6~10年。而浮充電壓即使只有5%的偏差，也會(huì )使蓄電池的壽命減半。

　　必須考慮的是，鉛酸蓄電池的電壓特性具有明顯的負溫度系數，2V的電池約為-4.0mV/℃。也就是說(shuō)，一個(gè)在25℃能夠正常工作的充電器，在0℃時(shí)就不能提供和保持足夠的電量；而在50℃時(shí)這個(gè)充電器會(huì )導致嚴重的過(guò)充。合理考慮溫度變化范圍，充電器應該根據蓄電池的溫度系數給予某種形式的補償。實(shí)際中利用式（2）來(lái)確定浮充電壓VF。其中VF0和T0分別為基準點(diǎn)的電壓和溫度值，C為電壓溫度系數：

　　控制器中，由單片機和檢測電路組成的充電控制電路有效地滿(mǎn)足了以上要求。它同時(shí)檢測充電電壓、充電電流和蓄電池溫度，根據蓄電池狀態(tài)可以提供3種充電狀態(tài)還包括有充電狀態(tài)下的過(guò)流、過(guò)充保護，浮充狀態(tài)下的溫度補償等功能?？梢允剐铍姵氐膲勖玫阶畲笙薅鹊难娱L(cháng)。

　　5 控制器硬件拓撲設計

　　5.1 充電電路硬件設計

　　為實(shí)現上述充電控制策略，充電電路的硬件拓撲采用了BUCK電路，拓撲與控制示意圖如圖3所示。在快充階段，充電電路連接太陽(yáng)能電池與鉛酸蓄電池，通過(guò)調整BUCK 電路的驅動(dòng)占空比，達到控制太陽(yáng)能電池輸出電流的目的，最終實(shí)現太陽(yáng)能最大功率點(diǎn)跟蹤；在過(guò)充和浮充階段，充電電路仍然調整BUCK電路的驅動(dòng)占空比，不同的是轉為控制蓄電池的充電電流，使之不超過(guò)蓄電池的最大可接受電流。