基于SPCE061的太陽能鋰電池充電器設(shè)計(jì)

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

　　在BUCK 上， 存在UarrD= Ubat 的關(guān)系。由此可知：

　　式中， Ubat 為電池兩端電壓； D 為占空比； Uarr 為太陽能電池兩端電壓。將式（ 1） 代入式（ 2） 可得：

　　由圖1 可知， 當(dāng)取最大功率點(diǎn)時， dP arr / dUarr = 0,代入式（ 3）、（ 4） 可知：

　　因此， 關(guān)于P/ D 的曲線為凸函數(shù)， 且當(dāng)P 取最大值時有唯一D 值與之對應(yīng)。

　　由于DC/ DC 變換器連接至鋰電池兩端的輸出電壓短時間內(nèi)變化不大， 在短時間可認(rèn)為恒定。因此， 該設(shè)計(jì)的最大功率點(diǎn)跟蹤可簡化為通過PWM 調(diào)整電流至最大值， 即認(rèn)為太陽能電池的輸出功率達(dá)到最大。

　　由鋰電池充電特性可知， 為保證充電安全高效， 需采用預(yù)充、恒流、涓流的三段式充電。系統(tǒng)通過對鋰電池兩端電壓進(jìn)行檢測， 判斷充電狀態(tài)， 進(jìn)而采取相應(yīng)的充電策略。

　　當(dāng)光照強(qiáng)度降低， 程序判斷太陽能電池產(chǎn)生的功率小于系統(tǒng)自身開銷時， 進(jìn)入休眠模式。

　　4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與結(jié)論

　　根據(jù)以上原理及其電路圖所述， 所制作的MPPT太陽能充電器與用二極管搭建的傳統(tǒng)太陽能充電器測試數(shù)據(jù)對比如表1 所示。其中太陽能電池采用華微公司生產(chǎn)的單晶太陽能電池板， 其最大輸出功率15 W,開路電壓17. 4 V; 鋰電池組采用4 串聯(lián)18650 型鋰電池， 充電截止電壓16. 8 V, 電池組容量10. 4 Ah。

表1 傳統(tǒng)充電器與MPPT充電器實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對比

　　實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明， 傳統(tǒng)充電器的太陽能電池利用率約為66 %, 而本方案的MPPT 充電器利用率約為97 %, 輸出功率有明顯的上升。通過SPCE061 單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的帶有MPPT 功能的太陽能充電器不僅大幅提高了太陽能電池利用率， 并包含了三段式充電的智能充電策略， 在軟件模塊中加入了防止過充電的安全策略， 并且在光照強(qiáng)度大幅下降到低于系統(tǒng)開銷的情況下自動實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)休眠。通過改進(jìn)算法， 設(shè)置更為精確的參數(shù)， 可以使充電效率進(jìn)一步提高。