MCU/SoC提高太陽(yáng)能板效率

　　圖3.太陽(yáng)能電池的V-I特點(diǎn)

　　圖4說(shuō)明了太陽(yáng)能電池功率和電壓的對比圖?？梢钥闯?，對于短路電流(Isc，功率圖最左面點(diǎn))，和開(kāi)路電壓(Voc，功率圖最右面點(diǎn))，面板輸出功率都為零。在某一個(gè)點(diǎn)，稱(chēng)為最大功率點(diǎn)，輸送到面板的功率是最大的。MPPT算法的目標是使太陽(yáng)能面板工作在這一點(diǎn)上，輸出最大功率。

　　圖4 功率與電壓對比圖

　　面板輸出連接到DC-DC轉換器單元，其將面板電壓轉換成一個(gè)適合電池充電的可用電壓。DC-DC單元包括由MOSFET、電感、濾波器。操作DC-DC轉換器必要的開(kāi)關(guān)脈沖(PWM)由MCU產(chǎn)生。緊接著(zhù)DC-DC單元的是一個(gè)MOSFET開(kāi)關(guān)，用于通過(guò)面板改變負載。正如之前的解釋?zhuān)瑢τ诮o定的溫度和日照，面板輸出功率隨連接的負載變化而變化，對于某個(gè)特定負載，功率傳輸最大?？勺冐撦d也可稱(chēng)為可變操作點(diǎn)。我們的目標是跟蹤這個(gè)變化的最大功率點(diǎn)。

　　用于來(lái)跟蹤最大功率點(diǎn)機制的流程圖如圖5所示:

　　圖5 MPPT算法的流程圖

　　這個(gè)MPPT設計方法是基于PV陣列輸出電壓或電流規則的，或者基于相應的參考電壓或電流信號，要么是常數或來(lái)自PV光伏陣列輸出特性(例如，功率和功率變化)。該方法的一個(gè)變化是直接使用dc/dc轉換器占空比作為控制參數，強制導數dP/dD為零，這里P是PV陣列輸出功率，D是占空比。因此只需要一個(gè)控制環(huán)路。

　　最常用的擾動(dòng)觀(guān)察法是最MPPT算法。在該方法中，連接MOSFET(隔開(kāi)面板和電池)的PWM的占空比變化量很少，只有幾dW。如果這少量變化增加了。面板電壓和電流會(huì )測量到，相應的功率變化dP也會(huì )觀(guān)察到。如果變化是正的，那么擾動(dòng)是正確的方向，我們繼續在相同的方向擾動(dòng)(例如，增加占空比)。如果功率改變是負的，那么就要翻轉顛倒擾亂方向(例如，減少占空比責任周期)然后繼續工作。這種算法的主要目的是總是提升功率曲線(xiàn)，以達到從太陽(yáng)能電池輸出最大功率。通過(guò)這種方式，我們可以使太陽(yáng)能電池板總是工作在提供最大功率的點(diǎn)上。

　　如果還沒(méi)有實(shí)現MPPT系統，連接到面板的負載總是一成不變的，它不可能工作在最大功率點(diǎn)。因此，它將不再從面板捕獲最大功率。

　　電池健康管理：

　　因為太陽(yáng)能板暴露在太陽(yáng)下的時(shí)間大約為半天，這個(gè)期間它可以用來(lái)給電池充電。對于大多數市面上能買(mǎi)得到的鉛酸電池，充電需要10-12小時(shí)，這和有陽(yáng)光的時(shí)間大約是相同的。然而，為了提高電池的使用壽命，可以采用下面的方法。通常，電池充電要經(jīng)歷三個(gè)階段，如圖7所示：

　　?恒流充電或大量充電階段

　　?頂部充電階段

　　?浮充電階段

　　讓我們以一個(gè)12V鉛酸電池充電為例。電池電平通過(guò)MCU內置的ADC模塊連續監測。如果電池電壓小于標稱(chēng)值，那么稱(chēng)為“接受電壓Accept Voltage”的適當充電電壓應用于電池，隨溫度而變化。應用于電池的接受電壓電壓使用PWM驅動(dòng)的大功率晶體管切換，從DC-DC電源轉換器輸出。在這期間，充電電流不變。在鉛酸電池情況下，我們可以稱(chēng)之為大量充電階段。一旦電池電壓達到標稱(chēng)值，電池就已經(jīng)充了70%?，F在還要繼續充電，直到電流降到大約電池額定電流的3%。這可通過(guò)前面介紹的持續PWM充電方式實(shí)現。這個(gè)充電階段稱(chēng)為頂部充電階段。當充電電流降到額定電流的3%，電池完全充滿(mǎn)。頂部充電階段用來(lái)保持電池健康。如果沒(méi)有頂部充電階段，電池會(huì )逐漸失去完全充電的能力。

　　充電完成后，為了維持充電電平，電池采用PWM波形形式的合適電壓(稱(chēng)為浮充電壓)。浮充電壓通常用于自放電補償(通過(guò)鉛和其他寄生效應)。電池的浮充電壓和接受電壓隨溫度變化而變化。MCU連續讀取溫度傳感器的輸出，然后確定接受電壓和浮充電壓。他們的值由MCU產(chǎn)生的PWM波形控制。

　　還要確保電池不要長(cháng)時(shí)間進(jìn)行頂部充電。電池必須要有相反地浮充電，因為電池可能無(wú)法容忍過(guò)渡充電。在片內RTC的幫助下，這很容易實(shí)施。脈沖充電電池充電的優(yōu)勢是，我們避免了很多化學(xué)效應，例如硫酸鹽化作用，有毒氣體等等。還要以避免電池在50攝氏度以上充電。溫度傳感器就是用于此用途。