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基于SPCE061的MPPT太阳能锂电池充电器设计

导读: 太阳能电池输出曲线具有非线性的特点, 传统太阳能充电器对太阳能电池的利用效率低。文章在经过数学模型分析基础上,提出采用改变占空比使充电电流最大的MPPT 跟踪策略,大幅提高太阳能电池利用率。

  摘要:太阳能电池输出曲线具有非线性的特点, 传统太阳能充电器对太阳能电池的利用效率低。文章在经过数学模型分析基础上, 提出采用改变占空比使充电电流最大的MPPT 跟踪策略, 大幅提高太阳能电池利用率。同时通过BUCK电路与SPCE061 单片机对充电过程进行监控, 采用三段式算法保证锂电池性能, 提高其寿命。最后通过实验数据对比验证了该方案的实用性和有效性。

  0   引言

  太阳能的绿色与可再生特性, 使其在低碳和能源紧缺的今日备受关注。锂电池因比能量高、自放电低的特性, 逐渐取代铅酸电池成为主流。由目前常用的太阳能电池的输出特性可知, 太阳能电池在一定的光照度和温度下, 既非恒流源, 亦非恒压源, 其最大功率受负载影响。而锂电池可看作一个小负载电压源。如不加控制直接将二者连接, 则将太阳能电池的工作电压箝位于锂电池工作电压, 无法高效利用能源。

  本文采用SPCE061 单片机, 利用MPPT 技术使太阳能电池工作于最大功率点, 并且对锂电池的充电过程进行控制, 延长锂电池使用寿命, 保证充电安全。

  1  最大功率点跟踪技术原理( Maximum Power Point Tracking 简称MPPT)

  太阳能电池有着非线性的光伏特性, 所以即使在同一光照强度下, 由于负载的不同也会输出不同的功率。

  其电压、电流与功率在光照度1 kW/ m2 , T = 25 ℃条件下的输出曲线如图1 所示。其短路电流i sc 与开路电压uoc 由生产商给出, Pmpp为该条件下的最大功率点。

  由于太阳能电池受到光强、光线入射角度、温度等多种因素的影响, 最大功率相应改变, 对应最大功率点的输出电压、输出电流和内阻也在不停变化。因此, 需要使用基于PWM 的可调DC/ DC 变换器, 使负载相应改变, 才能使太阳能电池工作在最大功率点上。

图1 太阳能电池的典型输出曲线

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