基于SPCE061的MPPT太阳能锂电池充电器设计
基于SPCE061的MPPT太阳能锂电池充电器设计
基于SPCE061的MPPT太阳能锂电池充电器设计张昂【期刊名称】《通信电源技术》【年(卷),期】2011(028)004【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设计的实用性和有效性。
%Because of the non-linear output of the solar cell module,the traditional solar charger performs low efficiency in the use of solar ing mathematical model analysis,this paper adopts MPPT tracking strategy,which changes the duty ratio to achieve t【总页数】3页(P41-42,63)【作者】张昂【作者单位】福州大学物理与信息工程学院,福建福州350108【正文语种】中文【中图分类】TN86;TM914【相关文献】1.太阳能手机锂电池充电器 [J], 崔雅菡;陈勇;汪腊梅2.针对锂电池的太阳能充电器的设计 [J], 李晓帆3.一种基于新型MPPT算法的光伏充电器设计 [J], 李征4.一种基于新型MPPT算法的光伏充电器设计 [J], 李征;5.具有MPPT功能的太阳能光伏充电器 [J], 韩文颖;陈爱国因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
具有MPPT功能的太阳能光伏充电器
电子测量技术 ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣ ＭＥＡＳＵＲＥＭＥＮＴ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ
第３２卷第１０期 ２００９年１０月
具有ＭＰＰＴ功能的太阳能光伏充电器
韩文颖 陈爱国 （内蒙古工业大学信息工程学院 呼和浩特０１００５１）
摘要：近年来再生能源技术广受莺视，而太阳能发电由于有先进的电力电子技术辅助，已成为极具潜力的再牛能源 之一。本文针对太阳能电池输出伏安特性曲线的特点，设计了基丁单片机控制的太阳能光伏充电器。该充电器利用 单片机Ｃ８０５１Ｆ３２０的可编程计数器／定时器阵列（ＰＬＥＡ）的工作方式，改变占空比，从而实现最大功率跟踪技术，增强 光伏电池的转换效率。 关键词：最大功率跟踪；Ｃ８０５１Ｆ３２０；ＰＷＭ 中图分类号：ＴＫ５１ 文献标识码：Ａ
ｍａｘｉｍｕｍ ｔｏ ａｃｈｉｅｖｅ
ｐｏｗｅｒ ｔｒａｃｋｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｔＯ ｅｎｈａｎｃｅ ｔｈｅ ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ｏｆ ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ ｃｅｌｌｓ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｍａｘｉｍｕｍ ｐｏｗｅｒ ｐｏｉｎｔ ｔｒａｃｋｉｎｇ；Ｃ８０５１Ｆ３２０；ＰＷＭ；
万方数据
韩文颖等：具有ＭＰＰＴ功能的太阳能光伏充电器
第１０期
输出、频率输出、８位ＰＷＭ和１６位ＰＷＭ。ＰＣＡ模块在
这里选择在１６位ＰＷＭ方式下ｒＴ作。当ＰＣＡ计数器与模
块的值匹配时，ＣＥＸｎ的输出被置为高电平；当计数器溢出
时，ＣＥＸｎ输出被置为低电平。为了输出一个占空比可变
的波形，新值的写入应与ＰＣＡ的（Ｘ：Ｆｎ匹配中断同步。通 过将ＰＣＡＯＣＰＭｎ寄存器中的ＥＣＯＭｎ、ＰＷＭｎ和
参考文献
徽建筑，２００６（４）：１４９—１５２． ［２］ 张瑞宁，石新春．独立光伏系统最大功率跟踪控制器
太阳能锂电池充电器设计
太阳能锂电池充电器设计1 绪论1.1锂离子电池充电器的现状锂离子电池充电管理芯片的发展反映了当今信息时代锂离子电池的广泛应用。
电子技术的不断发展导致各种电子产品向小型化发展，如手机、数码相机、笔记本电脑等的推广普及。
而电子产品的小型化必须伴随着电源的小型化。
金属锂是所有金属中最轻，氧化还原电位最低，质量能量密度最大的：这都推动了锂离子电池的发展。
另外由于人们环境保护意识的日益增强，对铅、镉等有毒金属的使用日益受到限制，这也成了锂离子电池发展的推动力之一。
总的来说，锂离子电池具有以下优点：1、工作电压高。
通常单节锂离子电池的电压为3.7 V。
单体电池即可为3 V 的逻辑电路供电。
对于要求较高供电电压的电子设备，电池组所需串联电池数也可大少。
2、体积小、重量轻、比能量高。
通常锂离子电池的比能量可达镍镉电池的2倍以上，与同容量镍氢电池相比，体积可减少30%，重量可降低50%，有利于便携式电子设备小型轻量化。
3、寿命长。
锂离子电池采用碳负极，在充放电过程中，碳负极不会生成金属锂，从而可以避免电池因内部金属锂短路而损坏。
目前，锂离子电池的寿命可达1200次以上，远远高于各类电池。
4、安全快速充电。
锂离子电池与金属锂电池不同，它的负极用特殊的碳电极代替金属锂电极，因此允许快速充电。
采用1 C充电速率，可在两小时内充足电，而且安全性能大大提高。
（注：充电率C表示充电的速度[1]。
若不考虑充电过程的损耗，充电率可表示为：C=充电电流(mA)/电池容量(mAh)(1.1)若电池的容量为500 mAh，C=1，则充电电流为500 mA。
但实际的充电过程是一个电化学反应过程，有一定的损耗（如发热），故实际充电电流要比计算值大30%左右。
2为缩短充电时间，可采用1 C、2 C充电率，一般最大充电率可达4 C。
）5、允许温度范围宽。
锂离子电池具有优良的高低温放电性能，可在-20~+60℃之间工作。
高温放电性能优于其它各类电池。
基于SPCE061A的智能型充电器
基于SPCE061A的智能型充电器
戚甫峰;陈世夏
【期刊名称】《现代电子技术》
【年(卷),期】2009(32)18
【摘要】基于16位单片机SPCE061A设计了数控充电电源,采用大功率场效应管IRF640作为恒流源调整管,实现电压线性控制电流.该电源能够实现恒流快充电、慢充电和恒压充电,并能自行切换,能对当前充电电压和充电电流以及电池状态实时检测并显示其信息.通过温度传感器实时监测充电过程中的温度变化,具有过热保护和自动恢复充电的功能.工作状态和参数由液晶显示,人机界面友好.
【总页数】3页(P150-152)
【作者】戚甫峰;陈世夏
【作者单位】海军航空工程学院,山东,青岛,266041;海军航空工程学院,山东,青岛,266041
【正文语种】中文
【中图分类】TP368.1
【相关文献】
1.基于凌阳SPCE061A单片机的智能充电器的设计 [J], 别文群;王留芳
2.基于89C52的智能型快速充电器设计 [J], 刘鹏飞;钱炯凯;谢雪丹;李蓓
3.基于AVR单片机实现智能型充电器电源的设计与研究 [J], 马岩;陈颖;陆继岩;刘鹏
4.基于单片机控制的智能型稳压电源充电器的开发与设计 [J], 李景
5.基于AVR智能型充电器设计与实现 [J], 简博文
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基于MPPT的太阳能电池功率控制电路[发明专利]
![基于MPPT的太阳能电池功率控制电路[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/ee90f8adc850ad02df80411c.png)
专利名称：基于MPPT的太阳能电池功率控制电路专利类型：发明专利
发明人：董宝磊,董宇,刘涛,何小斌,王霄,陈海涛
申请号：CN201610875503.2
申请日：20160930
公开号：CN106249803A
公开日：
20161221
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明公开一种基于MPPT的太阳能电池功率控制电路，包含：电压扰动电路和电流扰动电路，对太阳能电池的输出电压和输出电流进行交错扰动处理；逻辑控制电路，接收经过扰动处理的太阳能电池的输出电压和输出电流，控制电压扰动电路和电流扰动电路中开关管的通断，且对触发器的后端电容进行充放电；PI调节电路，其对逻辑控制电路的输出进行电压环和电流环的双闭环控制后，输出控制信号，控制太阳阵调节器使太阳能电池的工作点不断趋近最大功率点并稳定。
本发明设有基于模拟电路的MPPT交错扰动算法电路，硬件电路组成简单，实现对太阳能电池高可靠性、高精度和高速度的MPPT控制，符合空间MPPT技术的要求。
申请人：上海空间电源研究所
地址：200245 上海市闵行区东川路2965号
国籍：CN
代理机构：上海信好专利代理事务所(普通合伙)
代理人：周乃鑫
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带MPPT控制的光伏充电控制器的设计
Ａ ｓ ａ ｔ Ａ ｐ ｏ ｖｈ ｉ ｃ ａｇ ｏｔ ｌ ｒ ｉ Ｐ Ｔ （ ａｉ ｕ ｐｗ ｒｐｉｔ ｒｃｉｇ ｏ ｔ ｌ ｓ ｅｉ ｅ ．Ｔ ｉ ｂ ｔ ｃ ： ｈｔ ｏ ａ ｈ ｒｅｃｎｒ ｌ ｔ Ｍ Ｐ ｍ ｘｍ ｍ ｏ ｅ ｏ ａｋｎ ）ｃｎｒ ｓ ｎ ｄ ｈｓ ｒ ｏ ｃ ｏｅ ｗ ｈ ｎｔ ｏ ｉｄ ｇ
收稿 日期 ： １一 ５１ ； 回日期 ： １． — ２ ｌ０ — 修 ０ ８ ２ １ ６１ ０ ． ６ ０
第一作者 ： 王章权（ ９ ９） 男 ， 士， １６ 一 ， 硕 副教授 ， 主要从事 电力 电子及控制技术应用 ， ． ａ ：ｈ５ １ ＠ｓ ａ ｃｒ Ｅｍ ｉ ｈ７ ８ ６ ｉ ．ｏ ｌ ｎ ｎ
ｍ ｋ ｓ ｈ ｈｔｖｔ ｉ ｂＲ ｒ ｐ ｄ ｃ ａｉ ｕ ｏ ｅ ｕｐ ｔ，ｎ ｅｃｎｒｌ ｒｈｓａｇｏ ｈ ｇ ｇｅｆ ｉ ｃ ． ａ ｅ ｅｐ ｏ ｏｌ ｃ ａ ｅｙ ｒ ｕｅｍ ｍ ｍ ｐｗ ｒｏｔｕ ａｄｔ ｏ ｔ ｌ ａ ｏｄ ｃａｉ ｆｃｅ ｙ ｔ ｏ ａ ｏ ｘ ｈ ｏｅ ｒ ｎ ｉ ｎ
一
１ 光伏发 电充 电控 制 系统
光 伏发 电充 放 电 控 制 系 统 主 要 由太 阳能 电 池 阵列、 蓄电池和控制器组成 。由于太 阳能 电池的输
出电能很大程度受光照与温度等环境条件的影 响 ， 存在着最大功率点问题 。因此 ， Ｊ 如何使太 阳能 电 池达到较好的充 电效率 ， 提高电池利用率是本系统 设计主要考虑 的问题 。特别是在光 照强度不 足的 情 况下 ， 利用 ＭＰ Ｔ技 术 使 太 阳能 电池 具 有 最 大 需 Ｐ 的功率输出。图 １ 所示 的控 制器 主要 由 Ｄ －Ｃ变 ＣＤ
列 的输 出 电压 随输 出 电 流 的 变 化 的发 电特 性 。而
基于SPCE061A的智能型充电器
基于SPCE061A的智能型充电器随着现代科学技术的发展，绿色环保能源――充电电池越来越广泛应用在人们的生活中，但是同时也提出了一个问题，就是如何才能高效、便捷地给电池进行充电。
基于此，设计了一种能根据充电状态自动选择充电模式、具有过热保护和自动恢复功能的智能充电器。
1 充电电源方案论证与选择充电电源的主要部分是恒流源和恒压源，因此实现恒流输出和恒压输出是设计的主要任务。
方案一，采用充电芯片U2402B 作为充电电源的核心部件。
U2402B 能够实现对充电过程、充电电流、温度的控制；再加上单片机的控制，能够很好地实现对电路的控制。
通过外围电路的设置可以实现输出达到800 mA 的电流，完全满足题目的要求。
它的集成度高，稳定性好。
但所用芯片对电流与电压的切换存在一定局限性，而且不能保证负载对电流的变化满足题目的要求。
方案二，采用恒流源与恒压源切换的方式实现。
恒压源采用由LM7805 和高精度运OP07 构成的恒压源，具有输出稳定，纹波小的特点。
脉冲调宽式(开关式) 恒流源通过改变调整器的工作脉冲宽度达到恒流的目的。
这种恒流源调整器工作在开关状态，功率损耗小，效率高达70％～95％，但纹波电流大，辐射干扰强，恒流精度低。
方案三，以SPCE061A 单片机作为中枢控制系统，采用恒流源与恒压源切换的方式实现。
恒压采用由LM7805 和高精度运OP07 构成的恒压源，具有输出稳定，波纹小的特点。
恒流源由IRF640 大功率场效应管和OP07 组成，输出恒流精度高，纹波小，负载对输出电流的影响小。
综合考虑后决定采用此方案。
2 硬件电路设计2．1 总体设计系统框图如图1 所示。
系统在SPCE061A 控制下，完成对恒流充电、恒压充电和温度的检测与控制，并用LCD 显示结果。
2．2 恒流源和恒压源2．2．1 压控恒流源充电电路。
一种具有MPPT功能的太阳能充电控制电路[发明专利]
![一种具有MPPT功能的太阳能充电控制电路[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/08e9a8811ed9ad51f11df2c2.png)
专利名称：一种具有MPPT功能的太阳能充电控制电路专利类型：发明专利
发明人：苏伟达,吴允平,王廷银,李汪彪,蔡声镇,黄通情申请号：CN201811114189.1
申请日：20180925
公开号：CN108899987A
公开日：
20181127
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明涉及一种具有MPPT功能的太阳能充电控制电路。
电路由光伏电池板，DC‑DC模块，蓄电池，LDO稳压器，运算放大器，二极管，电容，电阻R1～R4组成。
光伏电池板与DC‑DC模块相连，DC‑DC模块与蓄电池相连。
LDO稳压器与光伏电池板相连；输出端与电阻R3相连。
运算放大器引脚3与电阻R3另一引脚相连；引脚2与电阻R1、R2相连；引脚8与LDO稳压器相连；引脚1与DC‑DC模块相连。
二极管的正极与运算放大器的引脚3相连；负极与电阻R4的相连。
电容与LDO稳压器相连。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：电路构结简单、可靠性高、成本低、功耗小、响应速度快，同时还具有温度补偿功能，特别适合于小功率及成本较敏感设备上使用。
申请人：福建师范大学
地址：350108 福建省福州市闽侯县上街镇大学城福建师范大学科技处
国籍：CN
代理机构：福州君诚知识产权代理有限公司
代理人：戴雨君
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收稿日期:2011 03 17作者简介:张 昂(1984 ),2006年毕业于福州大学电子信息工程专业,现任福州大学物理与信息工程学院信息技术实验中心助理实验师,任数字逻辑电路课程教师,主要研究方向为数字电路与嵌入式系统等。
文章编号:1009 3664(2011)02 0041 02设计应用基于SPCE 061的MPPT 太阳能锂电池充电器设计张 昂(福州大学物理与信息工程学院,福建福州350108)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M P PT 跟踪策略,大幅提高太阳能电池利用率。
同时通过BU CK 电路与SPCE 061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设计的实用性和有效性。
关键词:M P PT ;太阳能;BU CK;充电器中图分类号:T N 86,T M 914文献标识码:ADesign of Intelligent Solar Lithium Ion Batt ery Charger Based on M PPT of SPCE 061ZH A N G A ng(Institute of P hysics and Infor mation Eng ineering ,F uzhou U niver sity,Fuzho u 350108,China)Abstr act:Because o f the non linear o ut put o f t he sola r cell module,the t raditio nal so lar charg er per for ms low efficien cy in the use of solar energ y.U sing mathematical model analy sis,this paper adopts M PP T tracking str at eg y,which chan g es the duty r atio t o achieve the max imum of cur rent,to impro ve batter y utilization r ate vastly.T he char ging pro cess is monito red and contro lled by the BU CK circuit and SPCE 061M CU ,and then t hr ee segmental charg ing alg or ithms is used to ensure the per for mance and impr ove the life ex pectancy of the batt er ies.F inally,the practicability and effectiv eness o f this desig n ar e ver ified by the co mpar ison of ex per iment data.Key wo rds:M P PT ;sola r ener g y;BU CK;char ger0 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SPCE 061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 Pow er 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1kW/m 2,T =25 条件下的输出曲线如图1所示[1]。
其短路电流i sc 与开路电压u oc 由生产商给出,P mpp为该条件下的最大功率点。
图1 太阳能电池的典型输出曲线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。
2 电路工作原理图2示出太阳能充电器的原理框图。
其中微控制器采用凌阳公司生产的SPCE 061A 单片机,该单片机含有7个10位ADC(模 数转换器)并内置了PWM 功能,大大简化电路复杂程度,提高稳定性。
电压采样电路与电流采样电路通过ADC 将电压值与电流值送入MCU,MCU 根据MPPT 算法计算PWM 控制BU CK 电路完成对充电过程的控制。
41图2 整体充电器原理框图图3为BU CK 变换器电路。
由M OSFET 管Q 3、电感L 1与继流二极管D 1构成典型的BUCK 降压DC/DC 变换器,Q 1和Q 2组成M OSFET 管驱动电路,U out输出至锂电池正极。
图3 BUC K 变换器电路图4为电流采样电路。
Rsense 用一小阻值精密电阻作为采样电阻,通过将电阻两端电压使用差分放大器输送到SPCE 061的A/D 端进行采样。
为使采样精确,避免电源线与地线干扰,使用线性光耦H C NR 200进行隔离。
图4电流采样电路图5 电压采样电路图5所示为电压采样电路。
因为SPCE 061的A/D 端输入范围为0~3V,而太阳能电池的输出常常高于3V,因此采用反向比例放大器,使输入与AD 采样范围相匹配。
3 系统软件设计在BU CK 上,存在U arr D =U bat 的关系。
由此可知d U ar r /d D =-U bat /D 2(1)d P arr /d D =(d P arr /d U ar r )(d U arr /d D )(2)式中,U bat 为电池两端电压;D 为占空比;U arr 为太阳能电池两端电压。
将式(1)代入式(2)可得d P arr /d D =-(d P arr /d U arr )(U bat /D 2)(3)求导得d 2P arr /d D 2=(d P arr /d U ar r )(2U bat /D 3) (U bat /D 2)(d 2P arr /d D )(d U arr /d D )(4)由图1可知,当取最大功率点时,d P arr /d U arr =0,代入式(3)、(4)可知d P arr d D |MPP =0,d 2P arrd D 2|MPP <0。
因此,关于P/D 的曲线为凸函数,且当P 取最大值时有唯一D 值与之对应。
由于DC/DC 变换器连接至锂电池两端的输出电压短时间内变化不大,在短时间可认为恒定。
因此,该设计的最大功率点跟踪可简化为通过PWM 调整电流至最大值,即认为太阳能电池的输出功率达到最大。
由锂电池充电特性可知,为保证充电安全高效,需采用预充、恒流、涓流的三段式充电。
系统通过对锂电池两端电压进行检测,判断充电状态,进而采取相应的充电策略。
当光照强度降低,程序判断太阳能电池产生的功率小于系统自身开销时,进入休眠模式。
4 实验结果与结论根据以上原理及其电路图所述,所制作的MPPT 太阳能充电器与用二极管搭建的传统太阳能充电器测试数据对比如表1所示。
其中太阳能电池采用华微公司生产的单晶太阳能电池板,其最大输出功率15W,开路电压17.4V;锂电池组采用4串联18650型锂电池,充电截止电压16.8V,电池组容量10.4Ah 。
表1 传统充电器与MPPT 充电器实验数据对比参数测试环境时 间I arr /A U arr /V P /W 传统太阳能充电器M P PT 充电器8 300.6814.39.711 300.714.510.215 300.6814.59.88 300.8716.514.511 300.9215.914.715 300.9116.114.6实验结果表明,传统充电器的太阳能电池利用率约为66%,而本设计的M PPT 充电器利用率约为97%,输出功率有明显的上升。
通过SPCE 061单片机实现的带有M PPT 功能的太阳能充电器不仅大幅提高了太阳能电池利用率,并包含了三段式充电的智能充电策略,在软件模块中加入了防止过充电的安全策略,并且在光照强度大幅下降到低于系统开销的情况下自动实现系统休眠。
通过改进算法,设置更为精(下转第63页)422011年7月25日第28卷第4期邓海利等: 分析雷电监测仪数据确定济宁市SPD的选型T elecom P ow er T echnolo gyJul.25,2011,V ol.28N o.4应选用符合I级分类试验的产品。
且应按上述方法确定通过SPD的10/350 s雷电流幅值。
当线路有屏蔽时,通过每个SPD的雷电流可按上述确定的雷电流的30%考虑。
SPD宜靠近屏蔽线路末端安装。
以上述得出的雷电流作为I peak来选用SPD。
当按上述要求选用配电线路上的SPD时,其标称放电电流I n不宜小于15kA。
而GB50343 2004中对于各级SPD的选型按表4确定[2]。
表4 GB50343中电源线路SPD标称放电电流的选择保护分级L PZ0与LPZ1区交界处L PZ1与LP Z2、LPZ2与LP Z3区交界处第一级标称放电电流*/kA第二级标称放电电流/kA第三级标称放电电流/kA第四级标称放电电流/kA10/350 s8/20 s8/20 s8/20 s8/20 s直流电源标称放电电流/kA8/20 sA级 20 80 40 20 10 B级 15 60 40 20C级 12.5 50 20D级 12.5 50 1010直流配电系统中根据线路长度和工作电压选用标称放电电流 10kA适配的SPD注:SPD的外封装材料应为阻燃型材料。
*第一级防护使用两种波形的见条文说明。
3 根据雷电监测仪数据确定SPD的标称放电电流通过数据分析,济宁近三年来的最大雷电流的幅值均值为30.7229kA,考虑到防雷设计应留出一定的冗余度,在这里假设济宁可能出现的最大雷电流幅值为50kA。
在济宁城区中,所有新建的高出15m的建筑物都安装了直击雷防护装置,且大多数为框架结构,具有屏蔽效果,供电线路一般为地下屏蔽电缆入户。