基于AVR單片機的太陽能電池控制器設(shè)計

1.4 蓄電池的充放電控制

閥控密封鉛酸蓄電池具有蓄能大，安全和密封性能好，壽命長，免維護(hù)等優(yōu)點，在光伏系統(tǒng)中被大量使用。由閥控密封鉛酸蓄電池充放電特性圖(見圖3)可知，蓄電池充電過程有3個階段：初期(OA)電壓快速上升;中期(ABC)電壓緩慢上升，延續(xù)時間較長;C點開始為充電末期，電壓開始上升;接近D點時，蓄電池中的水被電解，應(yīng)立即停止充電，防止損毀電池。所以對蓄電池充電，通常采用的方法是在初期、中期快速充電，恢復(fù)蓄電池的容量;在充電末期采用小電流長期補充電池因自放電而損失的電量。

蓄電池放電過程主要有三個階段：開始(OE)階段電壓下降較快;中期(EFG)電壓緩慢下降且延續(xù)較長的時間;在最后階段G點后，放電電壓急劇下降，應(yīng)立即停止放電，否則將會給蓄電池照成不可逆轉(zhuǎn)的損壞。因此，如果對閥控密封鉛酸蓄電池充放電控制方法不合理，不僅充電效率降低，蓄電池的壽命也會大幅縮短，造成系統(tǒng)運行成本增加。在蓄電池的充放電過程中，除了設(shè)置合適的充放電閾值外，還需要對充放電閾值進(jìn)行適當(dāng)?shù)臏囟妊a償，并進(jìn)行必要的過充電和過放電保護(hù)。

根據(jù)閥控密封鉛酸蓄電池的特點，控制器利用MCU的PWM功能對蓄電池進(jìn)行充電管理。若太陽能電池正常充電時蓄電池開路，控制器將關(guān)斷負(fù)載，以保證負(fù)載不被損傷;若在夜間或太陽能電池不充電時蓄電池開路，由于自身控制器得不到電力，不會有任何動作。當(dāng)充電電壓高于保護(hù)電壓(15 V)時，自動關(guān)斷對蓄電池的充電;此后當(dāng)電壓掉至維護(hù)電壓(13.2 V)時，蓄電池進(jìn)人浮充狀態(tài)，當(dāng)?shù)陀诰S護(hù)電壓(13.2 V)后，浮充關(guān)閉，進(jìn)入均充狀態(tài)。當(dāng)蓄電池電壓低于保護(hù)電壓(10.8 V)時，控制器自動關(guān)閉負(fù)載，以保護(hù)蓄電池不受損壞。若出現(xiàn)過放，應(yīng)先進(jìn)行提升充電，使蓄電池的電壓恢復(fù)到提升電壓后再保持一定時間，防止蓄電池出現(xiàn)硫化。通過PWM控制充電電路(智能三階段充電)，可使太陽能電池板發(fā)揮最大功效，提高系統(tǒng)充電效率。

1.5 溫度補償

采用數(shù)字溫度傳感器DS18820檢測蓄電池環(huán)境溫度。對蓄電池的充電閾值電壓溫度補償系數(shù)取-4mV/(℃·單體)。補償后的電壓閾值可以用以下公式表示：Ve=V+(t-25)αn。其中，Ve為補償后的電壓閾值;V為25℃下的電壓閾值;t為蓄電泄環(huán)境溫度;α為溫度補償系數(shù);n為串聯(lián)的單體數(shù)。控制器對過放電壓閾值不做補償。

1.6 MOSFET驅(qū)動電路

設(shè)計的控制器屬于串聯(lián)型，即控制充電的開關(guān)是串聯(lián)在電池板與蓄電池之間的。串聯(lián)型控制器相對于并聯(lián)型控制器能夠更有效地利用太陽能，減少系統(tǒng)的發(fā)熱量。設(shè)計中用MOSFET實現(xiàn)開關(guān)。MOSFET是電壓控制單極性金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管，所需驅(qū)動功率較小。而且MOSFET只有多數(shù)載流子參與導(dǎo)電，不存在少數(shù)載流子的復(fù)合時間，因而開關(guān)頻率可以很高，特別適合作為PWM控制充電開關(guān)。為此，設(shè)計中采用P溝道MOSFET。P溝道MOSFET的導(dǎo)通電壓Vth0，由圖4可以實現(xiàn)MOSFET的驅(qū)動。當(dāng)Q2導(dǎo)通時，由于Q2的Vce很小，可以認(rèn)為Q1的G極接地，Vgs0，當(dāng)Vin達(dá)到一定值時，Q1導(dǎo)通。