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磷酸鐵鋰電池在太陽(yáng)能光伏上的充電應用

文章來(lái)源：永阜康科技更新時(shí)間：2021/8/12 11:37:00

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由于太陽(yáng)能光伏組件一般開(kāi)路電壓在18-20V左右，電流大小取決于光照強度，而單節磷酸鐵鋰的標準充電電壓為3.65V，因此需采用降壓型充電電路將光伏組件的電壓轉換成恒定的標準充電電壓3.65V。綜合池能其他文章所述磷酸鐵鋰電池特性，本文采用線(xiàn)性充電方式來(lái)設計磷酸鐵鋰電池的充電電路。線(xiàn)性充電電路就是在鋰電池充電的各個(gè)階段，通過(guò)調整外部調整管(功率晶體管)，以合適的電流給電池充電，該方式的優(yōu)點(diǎn)具有限流功能，不需要外部限流適配器。采用線(xiàn)性充電方式來(lái)設計太陽(yáng)能光伏充電電路，電路中的核心芯片采用電源控制管理芯片CN3705，CN3705是PWM降壓模式鋰電池或磷酸鐵鋰電池充電管理集成電路，能夠獨立對單節或多節鋰電池或磷酸鐵鋰電池充電進(jìn)行自動(dòng)管理，具有封裝外形小，外圍元器件少和使用簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn).

CN3705具有恒流和恒壓充電模式，非常適合鋰電池或磷酸鐵鋰電池的充電。CN3705輸入電壓在7.5V-28V之間，BAT引腳接磷酸鐵鋰電池，在恒壓充電模式，恒壓充電電壓由外部電阻分壓網(wǎng)絡(luò )設置，輸出電壓具體可以通過(guò)R6~IR7兩電阻進(jìn)行網(wǎng)絡(luò )分壓設置，輸出電壓可在3V-25V之間；

電路充電電壓設置成3.65V，充電電流設置為5A，對于深度放電的電池，當電池電壓低于所設置的恒壓充電電壓的66.7％時(shí)，CN3705用所設置的恒流充電電流的15％對電池進(jìn)行涓流充電。在恒壓充電階段，充電電流逐漸減小，當充電電流降低到外部電阻所設置的值時(shí)，充電結束。在充電結束狀態(tài)，如果電池電壓下降到所設置的恒壓充電電壓的91.1％時(shí)，自動(dòng)開(kāi)始新的充電周期。當輸入電源掉電或者輸入電壓低于電池電壓時(shí)，CN3705自動(dòng)進(jìn)入低功耗的睡眠模式。其它功能包括輸入低電壓鎖存，電池溫度監測，電池端過(guò)壓保護和充電狀態(tài)指示等.

實(shí)驗中采用40W的單晶硅光伏組件，輸出開(kāi)路電壓在18V-22V之間。輸出電流峰值能達到1.8A，通過(guò)CN3705充電電路對一塊容量為10AH的單節磷酸鐵鋰電池充電。充電電路設計輸出為3.65V，電流為5A，但是實(shí)際充電電路的輸出電流與日照強度有很大關(guān)系，而日照強度取決于天氣情況。實(shí)驗環(huán)境選擇在無(wú)遮擋、采光好空曠地，在不同的光照強度下，用萬(wàn)用表分別測試4個(gè)重要參數：太陽(yáng)能電池板的輸出開(kāi)路電壓、太陽(yáng)能電池板接上CN3705充電器的輸出電流、充電器的輸出電壓、充電器的輸出電流。

電池板最大輸出功率接近20W，由于處于冬季，平均光照時(shí)間很短，光強強度不夠，在5次測試中，輸出功率均很小，與標稱(chēng)最大輸出功率40W相差很大。另外，充電器輸入電壓與輸出電壓之差越大，充電器效率越低。這剛好符合CN3705芯片的電氣特性.

假定在冬季，40W電池板利用CN3705充電器，充電平均電流是1.014A，若對容量為10Ah的單芯磷酸鐵鋰電池進(jìn)行充電，則需要10AH/1.014A=9.86個(gè)小時(shí)。實(shí)際充電測試是在晴天、光照強度一般的環(huán)境下進(jìn)行，用6個(gè)小時(shí)就將10AH磷酸鐵鋰電池充滿(mǎn)。

本文根據磷酸鐵鋰LiFePO4動(dòng)力電池的充電特性提出了太陽(yáng)能光伏組件對鐵鋰電池有效充電的解決方案，最后用最大輸出功率為40W的單晶硅太陽(yáng)能電池板對容量為10Ah，充電電壓為3.65V的單芯磷酸鐵鋰電池進(jìn)行充電實(shí)驗測試。實(shí)驗結果表明采用CN3705充電電路能夠很穩定有效的對單節鐵鋰電池進(jìn)行充電，若對4節串聯(lián)的鐵鋰電池進(jìn)行充電，效率應能達到80％。由于磷酸鐵鋰電池可以循環(huán)充放電高達2000次，使用壽命可以達到7-8年，大大提高了太陽(yáng)能光伏發(fā)電設備的整體使用壽命，因此采用磷酸鐵鋰電池作為太陽(yáng)能光伏發(fā)電的儲能設備具有很好的應用前景。

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