【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小時的充電，蓄電池就能達到99％以上的荷電狀態(tài)。 PWM充電法PWM調制充電方式首先對電池充電一段時問，然后讓電池停止充電一段時間，如此循環(huán)往復。結合以上分析，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間。當蓄電池端電壓上升到轉換門限電壓Uc后, 充電電路轉為恒電壓充電，恒電壓充電期間，充電電流會繼續(xù)減小，直到小于某一閾值，就認為充滿，然后采用浮充方式對蓄電池采取實時的補償[22]。[23]最大功率跟蹤的實現(xiàn)實質上是一個動態(tài)尋優(yōu)的過程，通過對光伏電池陣列當前輸出電壓與電流的檢測，得到當前光伏電池陣列輸出功率，再與已被存儲的前一時刻功率相比較，舍小取大，再檢測，再比較，如此不停地周而復始，便可使光伏電池陣列動態(tài)的工作在最大功率點上。從上面可以看出恒電壓法實際上是把最大功率點跟蹤簡化為恒電壓跟蹤。 擾動觀察法擾動觀察法的原理是：在每個控制周期用較小的步長改變太陽能電池陣列的輸出，改變的步長是一定的，方向可以是增加也可以是減少，控制對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”。但是系統(tǒng)必須引入擾動，尋優(yōu)的最后結果是系統(tǒng)在最大功率點附近的很小范圍內(nèi)來回振蕩，造成能量損失，降低太陽電池效率。電導增量法的優(yōu)點在于在日照強度發(fā)生變化時，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觀察法小。固定電壓法優(yōu)點在于結構簡單，成本低，缺點在十精度不足。圖34 最大功率點跟蹤仿真圖MPPT模塊為最大功率點跟蹤控制子系統(tǒng)，該子系統(tǒng)根據(jù)最大功率點跟蹤算法調整PWM輸出占空比以控制MOSFET功率開關管的開通與關斷，從而實現(xiàn)太陽能電池陣列的最大功率點跟蹤，該子系統(tǒng)產(chǎn)生的PWM波形的開關頻率為50kHz，其模型如圖35所示。第4章 系統(tǒng)的參數(shù)及總體設計 系統(tǒng)相關參數(shù)計算 LED燈的參數(shù)計算根據(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，控制器自動切斷充電回路，防止過充電，保護蓄電池，延長其壽命。由于太陽能電池的最大功率點電壓高于蓄電池的充電電壓，為達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，同時DCDC變換器的引入還可以對蓄電池的充電方式加以控制，實現(xiàn)恒壓充電以及浮充的充電方法，提高蓄電池的充電速度，并延長蓄電池的使用壽命。該電路可以在多變的情況下實現(xiàn)最大功率點跟蹤，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。它的電感器同時起著濾波和升壓的雙重作用。開關斷開期間由于電感電流不能突變，電感反電勢呈現(xiàn)下正上負的極性，迫使二極管正偏導通，電感中的磁儲能經(jīng)二極管饋向輸出端，一方面向負載供電，一方面補充在開關閉合期間電容C泄放掉的電荷。取1mH。電路結構如圖55所示。其電路組成如圖56所示。當開關斷開后，由于電感中的電流不能突變，將產(chǎn)生左負右正極性的電勢，這個電勢與輸入電源疊加并迫使二極管導通將電感儲能饋送至輸出端。充放電電路閉環(huán)都采用PI調節(jié)，參數(shù)由仿真試湊得到。 保護電路系統(tǒng)的保護主要靠單片機完成，在充電回路和放電回路的環(huán)路上都接有一個開關管，當檢測信號超過保護設定值時芯片控制斷開開關，從而保護電路。首先完成系統(tǒng)初始化，包括對內(nèi)部資源模塊寄存器和對有關標志位的初始設置。結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子流程，給蓄電池快速而有效得補充能量。系統(tǒng)等待狀態(tài)是指：太陽能既不滿足對蓄電池的充電條件，也沒有到照明設定時間，此時蓄電池只對控制系統(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)電技術綜述．世界科技研究與發(fā)展．2008，30（1）：56～5913 王長江．基于MATLAB的光伏電池通用數(shù)學模型．電力科學與工程．2009，25（4）：111414 孟昭淵．光伏發(fā)電對蓄電池的基本要求及理想儲能方法．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)化設計與管理．太陽能．2011，（15）：44～4616 陳維，沈輝，鄧幼?。柲芄夥鼞弥械膬δ芟到y(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．工業(yè)儀表與自動化裝置．2008，（1）：82～8418 李甫元． LED燈．電氣時代．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 陳維，沈輝，王東海等．太陽能半導體照明驅動技術研究．照明工程學報．2005，（3）：7～1021 王雅芳．大功率LED照明電路特性與驅動設計．電子與封裝．2009，9（4）：20～2422 楊曉光，寇臣銳，汪友華．太陽能LＥD照明路燈充電器的研制．太陽能學報．2010，31（1）：67～7123 胡寅．太陽能發(fā)電系統(tǒng)相關技術方案設計．上海建設科技．2。本文還對部分電路進行了仿真，結果基本符合要求，并設計了主要器件的硬件電路。進入放電子程序后首先點亮LED燈，然后判斷此時的蓄電池端口電壓是否大于最小閾值電壓U。本文根據(jù)太陽能電池的輸出特性和蓄電池的輸入特性，采用最大功率充電(MPPT)、恒壓充電和浮充充電三種充電控制方式。系統(tǒng)上電后首先進行初始化，包括各存儲單元初始化、外部時鐘初始化和溫度傳感器初始化等。負載工作時，還應時刻檢測負載電路中電流，避免發(fā)生過載或短路，若發(fā)生過載或短路，系統(tǒng)會自動采取相應的措施，保護電路。在夜間，周期性的采集蓄電池的端電壓及LED燈側的供電電流，完成路燈的不同功率控制以及蓄電池的放電保護。 本章小結本章主要介紹了硬件電路的設計思路，包括主控電路，充電電路，放電電路，信號采集電路及保護電路。具體電路如圖59所示。這樣，調節(jié)占空比D就可以調節(jié)輸出電壓，并可以在輸入變動時穩(wěn)定輸出電壓。開關閉合時能量從電源注入并存儲于電感L之中。圖55 放電回路電路結構圖（1）Boost電路工作原理 Boost型變換器也叫并聯(lián)開關變換器。求得C的值為215F，取300μF。因此調節(jié)占空比D就可以改變輸出電壓，并保持電壓穩(wěn)定。BuckBoost變換器開關閉合時的等效電路如圖53，開關斷開時的等效電路如圖54。電路結構如圖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 本章小結本章介紹了系統(tǒng)各部分的參數(shù)計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進行智能化管理和控制，具體要求如下：（1）采用科學有效的充電模式，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)。設計時一般是先通過現(xiàn)場實驗，測定單位面積的太陽能電池，在工作地點實際日照條件下不同時間段的輸出電流值，再由此計算平均日照條件下的輸出電流值和平均日照時間值，結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小時每天（3）每日放電時間 平均每日放電時間為10小時（傍晚7時到第二天5時），通過PWM控制LED的工作方式每日放電時間縮短為7小時。然后闡述了最大功率點跟蹤技術的基本原理，介紹了幾種常用的跟蹤方法，總結了其他幾種較為復雜和先進的跟蹤算法。而且由于增量電導法算法較為復雜，且在跟蹤的過程中需花費相當多的時間去執(zhí)行AD轉換，為實現(xiàn)實時跟蹤控制系統(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觀察法來實現(xiàn)太陽能電池最大功率差點跟蹤。 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、實時監(jiān)控法、模糊控制法、神經(jīng)網(wǎng)絡法等。 電導增量法光伏陣列的PV曲線是一個單峰曲線，在MPP點功率對電壓的導數(shù)為零。擾動觀察法流程圖如圖33所示。然而恒電壓法忽略了太陽能電池溫度對太陽能電池陣列最大功率點的影響，一般硅太陽能電池的開路電壓都在較大程度上受結溫影響，當太陽能電池溫度每升高1℃時，％．％，這說明太陽能電池的最大功率點對應的電壓也隨電池溫度的變化而變化，其中對太陽能電池溫度影響最大的因素是環(huán)境溫度和日照強度。 恒電壓法溫度一定時，在不同的日照強度下，太陽能電池陣列輸出曲線的最大功率點基本是分布在一條垂直線的附近，如圖32所示。 最大功率點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度、環(huán)境溫度和負載情況等影響。所謂MPPT技術，既在電路中加入DC—DC阻抗變化網(wǎng)絡使太陽能電池輸出恒定在最大功率點。PWM調制充電方式使蓄電池有較充分的反應時問，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)中因為太陽能電池本身在特定條件下輸出能量有限，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。二階段充電首先對鉛酸蓄電池采用恒流充電方式充電，當鉛酸蓄電池充電到達一定容量后，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，充電時間過長，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鉛酸蓄電池進行充電。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]本文通過實時監(jiān)測蓄電池端電壓、太陽能端電壓、和環(huán)境溫度等值作為控制對象來對光伏系統(tǒng)中蓄電池充電過程進行控制，包括光伏陣列MPPT最大功率點跟蹤控制，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系，所以通過檢測蓄電池的端電壓可以得到蓄電池的電量。工作工程中進行過充、過放保護，過流、短路保護，太陽能電池板、蓄電池反接保護等。根據(jù)以上介紹，結合本研究要求，采用恒流驅動、脈寬調制方式調節(jié)LED路燈亮度。通過對電流檢測電阻Rs的兩端電壓進行檢測，若檢測到的電壓偏離控制IC設定的參考電壓，控制IC 輸出PWM 控制信號的脈寬也將發(fā)生改變，控制開關管的開關占空比也就發(fā)生變化，而使檢測電阻Rs 上的電壓保持在設定參考電壓上。結合以上工作特性，得到LED的驅動方式有:恒壓驅動或稱為電阻限流驅動方式和恒流驅動方式兩種。由于這個特點，LED不能直接用電壓源供電，必須采用限流措施，否則隨著LED工作時溫度的升高，電流會越來越大，以至損壞LED。正常工作時的管壓降為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，因此其在工作時會產(chǎn)生大量的熱量。 白光LED燈的控制方式目前調節(jié)LED 亮度的方式有兩種[20][30]: （1）調節(jié)工作電流方式 除了紅光LED 隨著電流的升高亮度會飽和外，一般其他LED 的亮度都會隨著其工作電流的增大而增大，因此可以通過調節(jié)LED 的工作電流的方法在較大范圍內(nèi)控制LED 的亮度。（2）單芯片型中在藍色LED芯片里涂敷高效黃色熒光粉，藍光及被藍光激發(fā)的熒光粉發(fā)射的黃光經(jīng)調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，構成發(fā)白光的LED。（7）不會造成光污染 很多建筑用泛光燈做立面照明，泛光燈的最大缺點是對行人和樓內(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，對行人和住戶都不會造成光污染。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 ，時間長、頻率高， 蓄電池通常處于放電狀態(tài)，有時候甚至形成過放電。所以綜合考慮在設計太陽能光伏系統(tǒng)時對蓄電池安置應最大可能的保證蓄電池有一個良好的工作環(huán)境，工作溫度控制在20～30 ℃內(nèi)，這樣能夠延長鉛酸蓄電池的壽命。低溫( 5 ℃) 時，電池容量隨溫度降低而減小，低溫還會導致負極活性物質利用率下降，影響蓄電池容量，如電池在 10 ℃環(huán)境溫度下放電時，負極板容量僅達35 %額定容量。對于長期處于浮充狀態(tài)的蓄電池，由于長時間的浮充會使電解液里游離物質的活性減弱和使鉛酸蓄電池端電壓產(chǎn)生不均衡，嚴重時甚至會使個別電池單體正、負極反轉，即發(fā)生“反極”現(xiàn)象，因此對長期處于浮充的蓄電池通常要進行1～3 h的小電流過充的均衡充電來消除長期浮充帶來的蓄