蓄電池優(yōu)良的特性和較長(cháng)的使用壽命在一定程度上取決于正確的充放電，錯誤的充電會(huì )使蓄電池壽命縮短、性能變差。合適的充電電流和選擇充電方法非常重要。
蓄電池的充電方法很多，例如恒流、恒壓、最大功率跟蹤充電等。根據蓄電池的不同應用場(chǎng)合，可選擇相應的充電方式。
在光伏利用系統中，太陽(yáng)電池的輸出特性與當時(shí)日照、太陽(yáng)電池表面溫度以及負載有關(guān)，且具有非線(xiàn)性特性，蓄電池在充電過(guò)程中其端電壓也在不斷發(fā)生變化。
在獨立太陽(yáng)能發(fā)電系統中，為了降低成本、提高效率和可靠性，既要使光伏電池輸出最大功率，又要使蓄電池正確充放電，同時(shí)還要最大限度地利用所發(fā)電能。在目前的光伏系統中，這三者的實(shí)現存在矛盾，通常只能兼顧一個(gè)方面，例如只追蹤光伏電池最大功率點(diǎn)將會(huì )放棄蓄電池的最佳充放電，從而限制了系統的效率和壽命。因此我們在選擇充電方法時(shí)應綜合考慮各種因素、使用場(chǎng)合等來(lái)設計性能優(yōu)良的充電控制器。
1 充電控制器原理
本文所設計的充電控制器采用了斬波式PWM原理，分兩個(gè)階段，第一階段為快充階段，第二階段為PWM 階段(慢充階段)。
圖1所示電路采用斬波式PWM 充電原理，檢測蓄電池的充電端電壓，將檢測得到的蓄電池端電壓與給定點(diǎn)電壓比較，若小于給定電壓，斬波器全通，迅速給蓄電池充電; 當蓄電池的電壓大于給定電壓時(shí)，則根據比例調整功率管的占空比，充電進(jìn)入慢充階段，改善充電特性，防止過(guò)充。
2 充電電路的設計
充電控制的開(kāi)關(guān)管(斬波管)選用POWER MOFFETIRF4905。此管是P 溝道的MOFFET 管， 具有小導通電阻， RON=20mΩ，最大通態(tài)電流ID=74A (條件溫度25℃， VGS=-10V)，開(kāi)關(guān)速度快，具有很好的開(kāi)關(guān)性能。當此管柵源電壓VGS<-8.0V 時(shí)，此管作為開(kāi)關(guān)管就有很好的開(kāi)關(guān)性能。又因為此管為P 溝道，很容易把基準電壓選在一個(gè)點(diǎn)上， 則系統的可靠性會(huì )得到較大提高。
(1)IRF4905 MOFFET 管的驅動(dòng)電路的設計在圖2所示電路原理圖中，MBR2060 是肖特基二極管，其中正向導通壓降為0.3V，最大導通電流為20A，完全滿(mǎn)足系統要求。此二極管的作用是防反充，也就是當蓄電池電壓高于太陽(yáng)電池電壓時(shí)，二極管截止，防止了蓄電池向太陽(yáng)電池反充電。
D52 是一個(gè)防止蓄電池正負極性反接的保護二極管，即當蓄電池反接時(shí)，D52正向導通，電流很大，熔斷絲即可燒斷，電路斷開(kāi)，從而保護了控制器和蓄電池，提高了系統的可靠性。
圖2 充電控制電路圖單片機(P2.0)給出充電的控制信號，即P2.0=1，NPN 型S9013 的三極管導通，由于此三極管工作于射極輸出狀態(tài)， 其發(fā)射極為高電平，Q54 (2SD667)NPN 三極管導通，由于穩壓管D50的作用， 使得IRF4905管的柵源電壓鉗位在-10V，IRF4905 管導通，太陽(yáng)電池向蓄電池充電。反之，前兩極三極管均截止VGS=0V，IRF4905 管斷開(kāi)，太陽(yáng)電池不能向蓄電池充電。
3 脈寬調制充電子程序流程
脈寬調制子程序完成太陽(yáng)電池向蓄電池以脈寬調制的方式充電，控制器根據蓄電池的荷電狀態(tài)來(lái)控制白天太陽(yáng)電池向蓄電池充電，其目的是為了改善充電效果和保護蓄電池，防止蓄電池過(guò)充。
具體方案是，當檢測到蓄電池的電壓小于13.5V時(shí)，開(kāi)關(guān)管始終接通，即采取全通充電方式，如果檢測到蓄電池電壓大于13.5V 并小于14.4V 時(shí)采取脈寬調制方式充電，隨著(zhù)蓄電池電壓的增加，脈寬不斷的變窄，直到蓄電池端電壓上升為14.4V 時(shí)，脈寬檢校為0，停止充電。脈寬調制方式由軟件來(lái)實(shí)現。
我們取脈沖的周期為2ms，MOS管的開(kāi)關(guān)頻率為500Hz。
當蓄電池的電壓Vbat=14.05V時(shí)， 其脈寬波形如圖4所示。
當蓄電池的電壓Vbat=14.22V 時(shí)，其脈寬波形如圖5所示。
4 結論
對所設計的充電電路進(jìn)行了充電實(shí)驗，驗證了電路的預設功能。系統能夠有效判斷蓄電池的充電狀態(tài)，并采取相應的充電方式，達到延長(cháng)蓄電池使用壽命的目的。 |
