電池知識
鋰離子、磷酸鐵鋰、錳酸鋰、新能源
電池知識
鋰離子、磷酸鐵鋰、錳酸鋰、新能源
摘要：太陽能電池輸出曲線具有非線性的特點，傳統太陽能充電器對太陽能電池的利用效率低。文章在經過數學模型分解基礎上，提出采用改變占空比使充電電流最大的MPPT跟蹤策略，大幅提高太陽能電池利用率。同時通過BUCK電路與SPCE061單片機對充電過程進行監控，采用三段式算法保證鋰離子電池性能，提高其壽命。最后通過試驗數據對比驗證了該方案的實用性和有效性。
0引言
太陽能的綠色與可再生特性，使其在低碳和能源緊缺的今日備受關注。鋰離子電池因比能量高、自放電低的特性，逐漸取代鉛酸蓄電池成為主流。由目前常用的太陽能電池的輸出特性可知，太陽能電池在一定的光照度和溫度下，既非恒流源，亦非恒壓源，其最大功率受負載影響。而鋰離子電池可看作一個小負載電壓源。如不加控制筆直將二者連接，則將太陽能電池的工作電壓箝位于鋰離子電池工作電壓，無法高效利用能源。
本文采用SPCE061單片機，利用MPPT技術使太陽能電池工作于最大功率點，并且對鋰離子電池的充電過程進行控制，延長鋰離子電池使用壽命，保證充電安全。
1最大功率點跟蹤技術原理（MaximumPowerPointTracking簡稱MPPT）
太陽能電池有著非線性的光伏特性，所以即使在同一光照強度下，由于負載的不同也會輸出不同的功率。
其電壓、電流與功率在光照度1kW/m2，T=25℃條件下的輸出曲線如圖1所示。其短路電流isc與開路電壓uoc由加工商給出，Pmpp為該條件下的最大功率點。
由于太陽能電池受到光強、光線入射角度、溫度等多種因素的影響，最大功率相應改變，對應最大功率點的輸出電壓、輸出電流和內阻也在不停變化。因此，需要使用基于PWM的可調DC/DC變換器，使負載相應改變，才能使太陽能電池工作在最大功率點上。
2電路工作原理
圖2示出太陽能充電器的原理框圖。其中微控制器采用凌陽公司加工的SPCE061A單片機，該單片機含有7個10位ADC（模-數轉換器）并內置了PWM功能，大大簡化電路復雜程度，提高穩定性。電壓采樣電路與電流采樣電路通過ADC將電壓值與電流值送入MCU，MCU依據MPPT算法計算PWM控制BUCK電路完成對充電過程的控制。
圖3為BUCK變換器電路。由MOSFET管Q3、電感L1與繼流二極管D1構成典型的BUCK降壓DC/DC變換器，Q1和Q2組成MOSFET管驅動電路，Uout輸出至鋰離子電池正極。
圖4為電流采樣電路。Rsense用一小阻值精密電阻作為采樣電阻，通過將電阻兩端電壓使用差分放大器輸送到SPCE061的A/D端進行采樣。為使采樣精確，避免電源線與地線干擾，使用線性光耦HCNR200進行隔離。
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