【正文】 酸蓄電池組串聯(lián)不多。三階段充電就是恒壓充電致電流降至某一閾值后，再以恒微電流充電。理論上經(jīng)過5小時(shí)的充電，蓄電池就能達(dá)到99％以上的荷電狀態(tài)。 PWM充電法PWM調(diào)制充電方式首先對(duì)電池充電一段時(shí)問，然后讓電池停止充電一段時(shí)間，如此循環(huán)往復(fù)。結(jié)合以上分析，本論文使用階段充電方法，這種充電法不僅遵循蓄電池固有的充電接受率，而且能夠縮短充電時(shí)間。當(dāng)蓄電池端電壓上升到轉(zhuǎn)換門限電壓Uc后, 充電電路轉(zhuǎn)為恒電壓充電，恒電壓充電期間，充電電流會(huì)繼續(xù)減小，直到小于某一閾值，就認(rèn)為充滿，然后采用浮充方式對(duì)蓄電池采取實(shí)時(shí)的補(bǔ)償[22]。[23]最大功率跟蹤的實(shí)現(xiàn)實(shí)質(zhì)上是一個(gè)動(dòng)態(tài)尋優(yōu)的過程，通過對(duì)光伏電池陣列當(dāng)前輸出電壓與電流的檢測(cè)，得到當(dāng)前光伏電池陣列輸出功率，再與已被存儲(chǔ)的前一時(shí)刻功率相比較，舍小取大，再檢測(cè)，再比較，如此不停地周而復(fù)始，便可使光伏電池陣列動(dòng)態(tài)的工作在最大功率點(diǎn)上。從上面可以看出恒電壓法實(shí)際上是把最大功率點(diǎn)跟蹤簡(jiǎn)化為恒電壓跟蹤。 擾動(dòng)觀察法擾動(dòng)觀察法的原理是：在每個(gè)控制周期用較小的步長(zhǎng)改變太陽能電池陣列的輸出，改變的步長(zhǎng)是一定的，方向可以是增加也可以是減少，控制對(duì)象可以是太陽能電池陣列的輸出電壓或電流，這一過程稱為“擾動(dòng)”。但是系統(tǒng)必須引入擾動(dòng)，尋優(yōu)的最后結(jié)果是系統(tǒng)在最大功率點(diǎn)附近的很小范圍內(nèi)來回振蕩，造成能量損失，降低太陽電池效率。電導(dǎo)增量法的優(yōu)點(diǎn)在于在日照強(qiáng)度發(fā)生變化時(shí)，太陽能電池陣列輸出電壓能以平穩(wěn)的方式追隨其變化，而且穩(wěn)態(tài)的電壓振蕩也較擾動(dòng)觀察法小。固定電壓法優(yōu)點(diǎn)在于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，缺點(diǎn)在十精度不足。圖34 最大功率點(diǎn)跟蹤仿真圖MPPT模塊為最大功率點(diǎn)跟蹤控制子系統(tǒng)，該子系統(tǒng)根據(jù)最大功率點(diǎn)跟蹤算法調(diào)整PWM輸出占空比以控制MOSFET功率開關(guān)管的開通與關(guān)斷，從而實(shí)現(xiàn)太陽能電池陣列的最大功率點(diǎn)跟蹤，該子系統(tǒng)產(chǎn)生的PWM波形的開關(guān)頻率為50kHz，其模型如圖35所示。第4章 系統(tǒng)的參數(shù)及總體設(shè)計(jì) 系統(tǒng)相關(guān)參數(shù)計(jì)算 LED燈的參數(shù)計(jì)算根據(jù)路燈照明的要求，本文選用了3W的大功率LED燈7盞串聯(lián)，每盞燈的額定電流為700mA。蓄電池的容量C由下式求得[24]： (41)式中 D——最長(zhǎng)無日照用電天數(shù)，取5天 F——蓄電池組放電效率的修正系數(shù)， Q——日均耗電量 ——蓄電池工作電壓 L——蓄電池組充放電效率，通常取0. 9 U——蓄電池組的放電深度，通常取0. 6 ——線路損失，通常取0. 98求得C的值為121A?h，選用12V，120 A?h的閥控密封式鉛酸蓄電池。120％=217 (42)算得的值為89W，選用12V，100W的單晶硅太陽電池。（3）蓄電池過充電保護(hù)功能 白天，光伏板在控制器的控制下向蓄電池充電，控制器自動(dòng)切斷充電回路，防止過充電，保護(hù)蓄電池，延長(zhǎng)其壽命。由于太陽能電池的最大功率點(diǎn)電壓高于蓄電池的充電電壓，為達(dá)到提高太陽能電池的利用率的目的，充電電路采用了基于BuckBoost型的DCDC降升壓電路的MPPT控制技術(shù)，同時(shí)DCDC變換器的引入還可以對(duì)蓄電池的充電方式加以控制，實(shí)現(xiàn)恒壓充電以及浮充的充電方法，提高蓄電池的充電速度，并延長(zhǎng)蓄電池的使用壽命。該電路可以在多變的情況下實(shí)現(xiàn)最大功率點(diǎn)跟蹤，充分利用太陽能電池的能量，提高太陽能電池的利用率，并且在不損壞蓄電池的前提下，加快充電速度。它的電感器同時(shí)起著濾波和升壓的雙重作用。開關(guān)斷開期間由于電感電流不能突變，電感反電勢(shì)呈現(xiàn)下正上負(fù)的極性，迫使二極管正偏導(dǎo)通，電感中的磁儲(chǔ)能經(jīng)二極管饋向輸出端，一方面向負(fù)載供電，一方面補(bǔ)充在開關(guān)閉合期間電容C泄放掉的電荷。取1mH。電路結(jié)構(gòu)如圖55所示。其電路組成如圖56所示。當(dāng)開關(guān)斷開后，由于電感中的電流不能突變，將產(chǎn)生左負(fù)右正極性的電勢(shì)，這個(gè)電勢(shì)與輸入電源疊加并迫使二極管導(dǎo)通將電感儲(chǔ)能饋送至輸出端。充放電電路閉環(huán)都采用PI調(diào)節(jié)，參數(shù)由仿真試湊得到。 保護(hù)電路系統(tǒng)的保護(hù)主要靠單片機(jī)完成，在充電回路和放電回路的環(huán)路上都接有一個(gè)開關(guān)管，當(dāng)檢測(cè)信號(hào)超過保護(hù)設(shè)定值時(shí)芯片控制斷開開關(guān)，從而保護(hù)電路。首先完成系統(tǒng)初始化，包括對(duì)內(nèi)部資源模塊寄存器和對(duì)有關(guān)標(biāo)志位的初始設(shè)置。結(jié)合蓄電池的電壓狀態(tài)和充電電流情況，充電流程又分為MPPT、恒電壓充電和浮充三個(gè)子流程，給蓄電池快速而有效得補(bǔ)充能量。系統(tǒng)等待狀態(tài)是指：太陽能既不滿足對(duì)蓄電池的充電條件，也沒有到照明設(shè)定時(shí)間，此時(shí)蓄電池只對(duì)控制系統(tǒng)供電。流程圖如圖61所示。充電控制流程如圖62所示。流程圖如圖63所示。 energy magazine．2009，7(3)：22～33.12 于靜，車俊鐵，張吉月．太陽能發(fā)電技術(shù)綜述．世界科技研究與發(fā)展．2008，30（1）：56～5913 王長(zhǎng)江．基于MATLAB的光伏電池通用數(shù)學(xué)模型．電力科學(xué)與工程．2009，25（4）：111414 孟昭淵．光伏發(fā)電對(duì)蓄電池的基本要求及理想儲(chǔ)能方法．陽光能源．2011，（3）：60～6415 普平貴．太陽能路燈系統(tǒng)中蓄電池的優(yōu)化設(shè)計(jì)與管理．太陽能．2011，（15）：44～4616 陳維，沈輝，鄧幼?。柲芄夥鼞?yīng)用中的儲(chǔ)能系統(tǒng)研究．蓄電池．2006，（1）：21～2717 朱虹，劉廷章，王建．基于太陽能發(fā)電的LED照明控制技術(shù)．工業(yè)儀表與自動(dòng)化裝置．2008，（1）：82～8418 李甫元． LED燈．電氣時(shí)代．2004，（10）：128～12919 劉宏，張曉晶．高亮度白光LED直流照明燈的研究．節(jié)能與環(huán)保．2005，（8）：5～720 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Boost型變換器也叫并聯(lián)開關(guān)變換器。求得C的值為215F，取300μF。因此調(diào)節(jié)占空比D就可以改變輸出電壓，并保持電壓穩(wěn)定。BuckBoost變換器開關(guān)閉合時(shí)的等效電路如圖53，開關(guān)斷開時(shí)的等效電路如圖54。電路結(jié)構(gòu)如圖51所示。其工作原理圖如圖41所示：圖41 路燈控制器工作原理圖 本章小結(jié)本章介紹了系統(tǒng)各部分的參數(shù)計(jì)算及主要器件的選擇，闡述了控制器的主要功能及系統(tǒng)的工作原理。（5）LED 路燈自動(dòng)通斷功能與恒流控制功能[26]。 系統(tǒng)總體要求本系統(tǒng)為太陽能供電LED路燈控制器，控制芯片采用單片機(jī)進(jìn)行智能化管理和控制，具體要求如下：（1）采用科學(xué)有效的充電模式，在不影響蓄電池使用壽命的前提下充分利用太陽能電池，并保證蓄電池工作在最佳狀態(tài)。設(shè)計(jì)時(shí)一般是先通過現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)，測(cè)定單位面積的太陽能電池，在工作地點(diǎn)實(shí)際日照條件下不同時(shí)間段的輸出電流值，再由此計(jì)算平均日照條件下的輸出電流值和平均日照時(shí)間值，結(jié)合蓄電池的容量確定需要的太陽能電池板面積。（2）日均光照 以秦皇島為例，日均光照在5小時(shí)每天（3）每日放電時(shí)間 平均每日放電時(shí)間為10小時(shí)（傍晚7時(shí)到第二天5時(shí)），通過PWM控制LED的工作方式每日放電時(shí)間縮短為7小時(shí)。然后闡述了最大功率點(diǎn)跟蹤技術(shù)的基本原理，介紹了幾種常用的跟蹤方法，總結(jié)了其他幾種較為復(fù)雜和先進(jìn)的跟蹤算法。而且由于增量電導(dǎo)法算法較為復(fù)雜，且在跟蹤的過程中需花費(fèi)相當(dāng)多的時(shí)間去執(zhí)行AD轉(zhuǎn)換，為實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)跟蹤控制系統(tǒng)需采用高速微處理器完成數(shù)據(jù)處理，所以本課題采用擾動(dòng)觀察法來實(shí)現(xiàn)太陽能電池最大功率差點(diǎn)跟蹤。 其他跟蹤方法除上述方法外，MPPT算法還包括短路電流法、最優(yōu)梯度法、滯環(huán)比較法、間歇掃描法、實(shí)時(shí)監(jiān)控法、模糊控制法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法等。 電導(dǎo)增量法光伏陣列的PV曲線是一個(gè)單峰曲線，在MPP點(diǎn)功率對(duì)電壓的導(dǎo)數(shù)為零。擾動(dòng)觀察法流程圖如圖33所示。然而恒電壓法忽略了太陽能電池溫度對(duì)太陽能電池陣列最大功率點(diǎn)的影響，一般硅太陽能電池的開路電壓都在較大程度上受結(jié)溫影響，當(dāng)太陽能電池溫度每升高1℃時(shí)，％．％，這說明太陽能電池的最大功率點(diǎn)對(duì)應(yīng)的電壓也隨電池溫度的變化而變化，其中對(duì)太陽能電池溫度影響最大的因素是環(huán)境溫度和日照強(qiáng)度。 恒電壓法溫度一定時(shí)，在不同的日照強(qiáng)度下，太陽能電池陣列輸出曲線的最大功率點(diǎn)基本是分布在一條垂直線的附近，如圖32所示。 最大功率點(diǎn)跟蹤原理光伏陣列的輸出特性具有非線性特征，并且其輸出受光照強(qiáng)度、環(huán)境溫度和負(fù)載情況等影響。所謂MPPT技術(shù)，既在電路中加入DC—DC阻抗變化網(wǎng)絡(luò)使太陽能電池輸出恒定在最大功率點(diǎn)。PWM調(diào)制充電方式使蓄電池有較充分的反應(yīng)時(shí)問，減少了析氣量，提高了蓄電池的充電效率。在光伏發(fā)電系統(tǒng)中因?yàn)樘柲茈姵乇旧碓谔囟l件下輸出能量有限，無法提供充電初期較大的電流。它是以最低析氣率為前提，找出蓄電池能夠接受的最大充電電流和可以接受的充電電流曲線，如下圖所示。二階段充電首先對(duì)鉛酸蓄電池采用恒流充電方式充電，當(dāng)鉛酸蓄電池充電到達(dá)一定容量后，然后采用恒壓充電方式允電。但是恒壓充電方法也有不足之處，在充電初期，如果鉛酸蓄電池放電深度過深，充電電流會(huì)很大，不僅危及充電器的安全，而且鉛酸蓄電池可能因過流而受到損傷；如果鉛酸蓄電池電壓過高，后期充電電流又過小，充電時(shí)間過長(zhǎng)，不適合串聯(lián)數(shù)量多的鉛酸蓄電池組充電。 恒電壓充電法恒壓充電就是以恒定電壓對(duì)鉛酸蓄電池進(jìn)行充電。目前鉛酸蓄電池常用的充電控制包括恒流充電、恒壓允電、階段充電、智能充電和PWM充電等方法。[10]本文通過實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)蓄電池端電壓、太陽能端電壓、和環(huán)境溫度等值作為控制對(duì)象來對(duì)光伏系統(tǒng)中蓄電池充電過程進(jìn)行控制，包括光伏陣列MPPT最大功率點(diǎn)跟蹤控制，恒壓限流充電和浮充控制。由于蓄電池的電量與它的端電壓具有一定的關(guān)系，所以通過檢測(cè)蓄電池的端電壓可以得到蓄電池的電量。工作工程中進(jìn)行過充、過放保護(hù)，過流、短路保護(hù)，太陽能電池板、蓄電池反接保護(hù)等。根據(jù)以上介紹，結(jié)合本研究要求，采用恒流驅(qū)動(dòng)、脈寬調(diào)制方式調(diào)節(jié)LED路燈亮度。通過對(duì)電流檢測(cè)電阻Rs的兩端電壓進(jìn)行檢測(cè)，若檢測(cè)到的電壓偏離控制IC設(shè)定的參考電壓，控制IC 輸出PWM 控制信號(hào)的脈寬也將發(fā)生改變，控制開關(guān)管的開關(guān)占空比也就發(fā)生變化，而使檢測(cè)電阻Rs 上的電壓保持在設(shè)定參考電壓上。結(jié)合以上工作特性，得到LED的驅(qū)動(dòng)方式有:恒壓驅(qū)動(dòng)或稱為電阻限流驅(qū)動(dòng)方式和恒流驅(qū)動(dòng)方式兩種。由于這個(gè)特點(diǎn)，LED不能直接用電壓源供電，必須采用限流措施，否則隨著LED工作時(shí)溫度的升高，電流會(huì)越來越大，以至損壞LED。正常工作時(shí)的管壓降為3V～4V。（2）現(xiàn)在通常使用的大功率白光LED 都是工作在大電流下，因此其在工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量的熱量。 白光LED燈的控制方式目前調(diào)節(jié)LED 亮度的方式有兩種[20][30]: （1）調(diào)節(jié)工作電流方式 除了紅光LED 隨著電流的升高亮度會(huì)飽和外，一般其他LED 的亮度都會(huì)隨著其工作電流的增大而增大，因此可以通過調(diào)節(jié)LED 的工作電流的方法在較大范圍內(nèi)控制LED 的亮度。（2）單芯片型中在藍(lán)色LED芯片里涂敷高效黃色熒光粉，藍(lán)光及被藍(lán)光激發(fā)的熒光粉發(fā)射的黃光經(jīng)調(diào)控后可得到各種色溫的白光。通常產(chǎn)生白光的方式有兩種：一是用單色光激發(fā)熒光粉發(fā)出其他顏色的光，最終混合成白光；二是采用將幾種發(fā)不同色光的芯片封裝在一起的方法，通過這些色光的混合，構(gòu)成發(fā)白光的LED。（7）不會(huì)造成光污染 很多建筑用泛光燈做立面照明，泛光燈的最大缺點(diǎn)是對(duì)行人和樓內(nèi)住戶有可能造成光污染，而LED做立面照明是把燈具直接安裝在建筑物外墻的高處，光是向樓外照射，對(duì)行人和住戶都不會(huì)造成光污染。在同等照度下，LED比白熾燈光源節(jié)能70%，比熒光燈節(jié)能50%。其主要優(yōu)點(diǎn)為[18]：（1）高效 白熾燈、鹵鎢燈光效為12～24lm/W，熒光燈光效為50～120lm/W。LED在電子產(chǎn)品中的應(yīng)用已有較悠久的歷史。（3）放電電流小，放電率通常為C/ 20～ C/240 ，時(shí)間長(zhǎng)、頻率高， 蓄電池通常處于放電狀態(tài)，有時(shí)候甚至形成過放電。所以綜合考慮在設(shè)計(jì)太陽能光伏系統(tǒng)時(shí)對(duì)蓄電池安置應(yīng)最大可能的保證蓄電池有一個(gè)良好的工作環(huán)境，工作溫度控制在20～30 ℃內(nèi)，這樣能夠延長(zhǎng)鉛酸蓄電池的壽命。低溫( 5 ℃) 時(shí)，電池容量隨溫度降低而減小，低溫還會(huì)導(dǎo)致負(fù)極活性物質(zhì)利用率下降，影響蓄電池容量，如電池在 10 ℃環(huán)境溫度下放電時(shí)，負(fù)極板容量?jī)H達(dá)35 %額定容量。對(duì)于長(zhǎng)期處于浮充狀態(tài)的蓄電池，由于長(zhǎng)時(shí)間的浮充會(huì)使電解液里游離物質(zhì)的活性減弱和使鉛酸蓄電池端電壓產(chǎn)生不均衡，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)箓€(gè)別電池單體正、負(fù)極反轉(zhuǎn)，即發(fā)生“反極”現(xiàn)象，因此對(duì)長(zhǎng)期處于浮充的蓄電池通常要進(jìn)行1～3 h的小電流過充的均衡充電來消除長(zhǎng)期浮充帶來的蓄