【正文】 系。所以二次電池儲存能量，而不是產(chǎn)生能量。 蓄電池的概念及其一般特性 [27~31,43~45] 電池的定義 在現(xiàn)代技術(shù)中電池有了更為精確地定義：能夠產(chǎn)生電能的便攜、獨立化學(xué)系統(tǒng)。 中國礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 第 11 頁 1 0 0 2 0 0 3 0 0 4 0 0 5 0 06 0 00 . 51 . 01 . 52 . 02 0 04 0 06 0 08 0 01 0 0 01 0 02 0 03 0 04 0 05 0 06 0 0( A )I ( W )P( V )Uo50 Co0 Co25 C 21 0 0 0 /S W m? 21 0 0 0 /S W m? o0 Co25 Co50 圖 27 不同溫度下的 IV特性曲線 圖 28 不同溫度下的 PV 特性曲線 綜上，太陽能電池板的輸出特性具有以下特點： ① 太陽能電池的輸出特性近似為矩形，即低壓段近似為恒流源，接近開路電壓時近似為恒壓源； ② 開路電壓近似同溫度成反比，短路電流近似同日照強度強成正比；太陽能電池 板的輸出功率隨著光強和溫度成非線性變化； ③ 輸出功率在某一點達到最大值，該點即為太陽能電池板的最大功率點(MPP， Maximum Power Point)，且隨著外界環(huán)境的變化而變化。它表示最大輸出功率的值所占的以 OCV 和 SCI 為邊長的矩形面積的百分比，填充因子是表征光電池的輸出特性好壞的重要參數(shù)之一。 M 點所對應(yīng)的電流 MI 為最佳工作電流，MV 為最佳工作電壓， MP 為最大輸出功率，由圖和公式還可以看出，光伏電池不工作于最大功率點時，其效率都低于按此定義的效率值，甚至?xí)偷搅恪? 光伏電池的主要參數(shù) 光伏電池的幾個重要技術(shù)： ① 短路電流 SCI ：在給定日照強度和溫度下的最大輸出電流。 ?qe x p 1nLOI I I ? ??? ? ?? ????? VKT (21) 當(dāng) I=0 時，可以得到太陽能電池的開路電壓 ln 1q LOIKTV I???????? (22) 其中 I 為電池單元輸出電流 ； LI 為 PN 結(jié)電流 (A)； OI 為二極管的反向飽和電流 (A)； V 為外加電壓 (V)； q 是單位電荷 ( 10 k?? 庫侖 )； K 是玻耳茲曼常數(shù)( 10 /JK?? )； T 是絕對溫度 ( t 273TK?? )； n 為 二極管指數(shù)。 硅系列太陽能電池中，單晶硅太陽能電池轉(zhuǎn)換效率最高，技術(shù)也最為成熟 。如此形成的一個個電池元件，把它們串聯(lián)、并聯(lián)起來，就能輸出一定的電壓、電流和功率。太陽能光伏電池正是一種利用光伏效應(yīng)直接將光能轉(zhuǎn)化為電能的裝置。 ③ 設(shè)計充電控制系統(tǒng)的外圍電路。 太陽能充電器 太陽能充電器與市面上的一般市電充電器相比有好多不相同的地方。首先，以恒電流充電至預(yù)定的電壓值，然后，改為恒電壓完成剩余的充電。太陽能不用燃料，運行成本很小，并且發(fā)電部件不易損壞，維護簡單； ② 利用的場合廣泛和靈活，既可以獨立于電網(wǎng)運行，也可以與電網(wǎng)并行運行； ③ 可作為電力用戶供電可靠或提高電能質(zhì)量的不停電電源； ④ 接近負載中心，減少電網(wǎng)的線損； ⑤ 發(fā)電的效率不隨發(fā)電規(guī)模的大小而變； ⑥ 就地可去，無需運輸。在到達地球表面的太陽輻射能中，到達地球陸地表面的輻射能大約為 10? W，相當(dāng)于目前全世界一年內(nèi)消耗的各種能源所產(chǎn)生的總能量的三萬五千多倍。 ④ 生物能：包括城市垃圾的轉(zhuǎn)化、人類糞便的轉(zhuǎn)化等。當(dāng)前，包括我國在內(nèi)的絕大多數(shù)國家都以石油、天然氣和煤炭等礦物燃料為主要能源。這種由環(huán)境污染衍生的環(huán)境效應(yīng)具有滯后性，往往在污染發(fā)生的當(dāng)時不容易被察覺或預(yù)料到，然而一旦發(fā)生就表示環(huán)境污染已經(jīng)發(fā)展到相當(dāng)嚴(yán)重的地步。 一方面，用于發(fā)電的傳統(tǒng)一次能源如煤、石油等的儲藏量有限。 關(guān)鍵詞：太陽能； 蓄電池； 充電控制； AT89S52； ADC0809 ii ABSTRACT Against the background of energy shortage and its pollution, solar energy as a new kind of energy has a lot of advantages such as large reserves, economic, cleanliness and so on. So, people begin to pay more attention to the use of solar energy. The paper designs a feasible solar energy charging controller and storage batteries are charged to meet the needs of lowpower users. This article focuses on the use of singlechip realization of solar charge control technology. 100watt solar panels to 12volt solar battery charge controller hardware system is detailed, including system hardware circuit design, the various parts of the circuit functions, working principles and models of selected electronic ponents. Hardware system is posed of four parts, which are DC regulated power supply circuit, A / D to achieve on the battery terminal voltage of the dynamic monitoring and conversion, AT89S52 relay control and output switching circuit. And finish the entire solar charge controller circuit schematic design and production. PROTEUS simulation with circuit simulation software was acplished, and a corresponding circuit board was produced. However, due to time constraints, failed to plete the kind of experimental test. In this paper, also the structure of the principle of solar cells, solar panels of the Volta metric characteristics of leadacid batteries monly used in the work of principle was detailed, and the basis of methods monly used on rechargeable batteries was introduced. Key words: solar。因此，太陽能的利用越來越受到人們的重視。詳細介紹了 100 瓦太陽能電池板向 12 伏蓄電池充電的 太陽能 控制器硬件系統(tǒng)， 包括系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計、各部分電路的功能、工作原理和電子元器件型號的選取。 AT89S52。中國的能源資源儲量情況更是危機逼人，中國各種一次能源資源均低于世界平均水平，中國的能源需求面臨著更嚴(yán)重的挑戰(zhàn)。隨著經(jīng)濟和貿(mào)易的全球化，環(huán)境污染也日益呈現(xiàn)國際化趨勢。 雖然在可預(yù)見的將來，煤炭、石油、天然氣等礦物燃料，仍將在世界能源結(jié)構(gòu)中占有相當(dāng)?shù)谋戎?，但人們對核能以及太陽能、風(fēng)能、地?zé)崮堋⑺δ?、生物能等可再生能源資源的利用日益重視，在整個能源消耗中所占的比例正在顯著地提高。 其中，太陽能作為一種新型的綠色可再生能源，與其他新能源相比利用最大，是最理想的可再生能源。 ③ 清潔無污染，無任何物質(zhì)的排放，既不會留下污染物，也不會向大 氣中排放廢氣。但是，目前光伏發(fā)電與電網(wǎng)供電的比較，光伏發(fā)電價格還比較高，不過其維修費用很少，隨著發(fā)電量的增加，其價格會下降，優(yōu)勢才逐漸體現(xiàn)出來。 ③ 自適應(yīng)智能充電器 隨著大規(guī)模集成 IC 的出現(xiàn)，充電設(shè)備進入了一個全新的自適應(yīng)、智能階段，即稱為第三代充電器。另外，太陽能充電器可以很方便的攜帶，這樣它在一些比較惡劣的環(huán)境下也能夠提供充電作用。 中國礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 第 6 頁 2 太陽能電池的研究和分析 太陽能電池的原理 [8,9] 太陽能光伏電池表面有一層金屬薄膜似的半導(dǎo)體薄片。 太陽能電池的基本結(jié)構(gòu)相當(dāng)于一個大面積二極管，其基本特性也與二極管類似。 太陽能電池的分類 [9,13,14] 目前，有許多材料可以用來做太陽能光伏電池的半導(dǎo)體層，但是能產(chǎn)生高能量轉(zhuǎn)換效率的光伏材料并不多。 非晶硅薄膜太陽能電池與結(jié)晶硅電池相比轉(zhuǎn)換效率偏底 ， 但其成本低，便于大規(guī)模生產(chǎn)，受到人們普遍的重視并得到迅速發(fā)展，電池最高轉(zhuǎn)換效率為 10%左右 。此時的等效電路可根據(jù)圖 22 來描述，其伏安特性可由 22 式給出。 中國礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 第 9 頁 ④ 最大功率點電壓 ( MV )：在給定日照和溫度下相應(yīng)于最大功率點 的電壓。因為它受太陽能電池內(nèi)部等效的串、并聯(lián)電阻的影響，其特性方程由公式 可知一個超越指數(shù)方程，無 法用線性方程表示，具有非線性。從圖 25 可知，太陽能電池陣列的輸出短路電流 ( SCI )和最大功率點電流 ( MI )隨日照強度的上升而顯著增大，也就是說式 (23)中 SCI 強烈地控 制著 I 的大小。 中國礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 第 12 頁 本系統(tǒng)采用的光伏電池的 IV 曲線為下圖 29 所示。其中，一次電池可分為：盒式鋅錳電池、扣式鋅銀電池、鋅空氣電池等。電池的額定容量（ Ah 或 mAh ）是電池在特定條件下完全放電所能儲存的電能。 蓄電池放電容量 dQ ：完全充足電的蓄電池在一定放電條件下放出的電量。 ? ?rQtSO CQ? (34) 式中 ??Qt 是蓄電池實際帶電量， rQ 是額定容量。 中國礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 第 15 頁 充放電特性 本系統(tǒng)中，采用閥控式密封鉛酸蓄電池 (VRLA 電池 )。如繼續(xù)充電，電池內(nèi)部的化學(xué)反應(yīng)使蓄電池的內(nèi)阻增大，因而端電壓又繼續(xù)上升，如曲線中 bc 段。 2 放電特性 dd bU E I r? ? ? (37) 式中 dU 為蓄電池放電時端電壓， E 為蓄電池電動勢， dI 為蓄電池放電電流， br為蓄電池內(nèi)阻。一般規(guī)定的放電截止時的電壓稱為放電終止電壓。鉛酸蓄電池充電后，負極板是鉛（ Pb ），與電解液中的硫酸（ 24HSO ）發(fā)生反應(yīng)，變成鉛離子（ 2Pb? ），鉛離子轉(zhuǎn)移到電解液中，負極板上留下多余的兩個電子（ 2e）。當(dāng)充電電流大于充電可接受電流時，即處在 1 區(qū)域時則會導(dǎo)致部分電流消耗于電離電解液中的水，使電池電解液產(chǎn)生析氣反應(yīng)；當(dāng)充電電流在可接受電流曲線以下時，即處在 2 區(qū)域時，不產(chǎn)生析氣，此時充入的電量幾乎都轉(zhuǎn)變?yōu)殡姵氐幕瘜W(xué)能量。從圖可以看出，在大部分放電過程中，電池端電壓是穩(wěn)定下降的，說明電池釋放的能量與電池端電壓的降低量間存在一定的關(guān)系。 (2) 濃度極化 隨著電極化學(xué)反應(yīng)的進行，生成物以及反應(yīng)物的擴散遷移速度跟不上化學(xué)反應(yīng)的速度時，會造成從電極表面到中部溶液、電 解質(zhì)濃度分布不均勻，這種現(xiàn)象稱為濃度極化。為避免充電后期電流過大的缺點，一種改進型的恒流方法得到應(yīng)用，它就是分段恒流充電，這種方法在充電后期把電流減小。 ② 如果蓄電池電壓過低，后期充電電流又過小，充電時間過長，不適合串聯(lián)數(shù)量多的電池組充電。它要求首先對蓄電池采用恒流充電方式充電，蓄電池充電到達一定容量后，然后采用恒壓方式進行充電?？焖俪潆娋褪遣捎么箅娏骱透唠妷簩π铍娭袊V業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 第 23 頁 池充電，在 12 小時內(nèi)把蓄電池充好 ，而且在這個過程中不會使蓄電池產(chǎn)生大量析氣和使蓄電池電解液溫度過高 (一般在 45℃ 以下 )。 雖說按照圖 35所示的特性曲線進行充電，可以使蓄電池的充電電流始終保持在可接受電流的附近，從而使蓄電池能得到快速充電，且對蓄電池影響較小。 ① AT89S52 簡介 AT89S52 的結(jié)構(gòu)框圖如圖 41 所示。首先通過對蓄電池的概念和一般特性的介紹，使我們對蓄電池有了更多的了解；其次重點講解本系統(tǒng)