太陽能控制器畢業(yè)設(shè)計論文(編輯修改稿)
2024-10-02 14:06 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 程圖如圖 2 開始 I dp IC n=sign(dp/du) 檢測 Ui li 計 算 Pi dp=pipi1 du=dudu1 K=2 Y 15 16 圖 2 逐步逼近法流程圖 4 蓄電池充電效率分析 鉛酸蓄電池具有技術(shù)成熟、成本低、電池容量大、跟隨負(fù)荷輸出特性好、無記憶效應(yīng)等優(yōu)點。 理論和實踐證明 ,蓄電池充放電是一個復(fù)雜電化學(xué)過程。一般地說 ,充電電流在充電過程中隨時間呈指數(shù)規(guī)律下降 ,不可能自動按恒流或恒壓充電。影響 電池快速充電的因素就是蓄電池充電過程中的各種極化現(xiàn)象。電池極化使電池內(nèi)部壓力加大 ,溫度上升 ,外部表現(xiàn)為內(nèi) 17 阻隨著充電時間的推移而增大 ,造成電池充電接受能力的下降 ,從而阻礙蓄電池的繼續(xù)充電。因此 ,由極化電阻產(chǎn)生極化電壓是影響充電效率的重要原因。采用脈沖充電方式 ,適時進(jìn)行停充電或反向瞬間大電流放電 ,從而泄放掉內(nèi)部電容上積累的電荷 ,有效緩解極化 ,電壓迅速下降 ,電池可接受電流變大。充電接受電流是充電時間的指數(shù)函數(shù) ,因此脈沖充電可以持續(xù)以大電流充電 ,極大縮短充電時間 ,達(dá)到快速充電目的?？偟膩碚f ,采用脈沖充電的方式 ,可以 有效地緩解電池充電的極化現(xiàn)象 ,提高充電效率。鉛酸蓄電池充電電壓基本恒定 ,為保證其充電的可靠性并兼顧保證充電安全 ,需將太陽能電池板的輸出進(jìn)行合理的調(diào)整。經(jīng)比較選用 DCDC 轉(zhuǎn)換電路 ,可實現(xiàn)充電的安全性、可靠性。 DCDC 轉(zhuǎn)換最大的特點就是升 P降壓保持以及穩(wěn)定電壓 ,采 DCDC 轉(zhuǎn)換模塊可以很好地解決太陽能電池板輸出電壓不穩(wěn)的問題 ,達(dá)到充電可靠、安全、穩(wěn)定的目的。 5 太陽能充電系統(tǒng)效率分析 根據(jù)物理學(xué)可知 ,發(fā)電能力與負(fù)載無關(guān) ,而發(fā)電設(shè)備的輸出能力則是由負(fù)載所決定的 ,就是說 ,電能輸出設(shè)備的輸出最大能力取決于外部能量的輸入和轉(zhuǎn)換效率 ,而這些電能量能否完全被利用 ,則取決于負(fù)載備。 1) 電能系統(tǒng)分析 描述發(fā)電設(shè)備能力和電能利用關(guān)系可以用下式表示 : Eg = f ( e) (2) 其中 Eg 是負(fù)載情況下的輸出電能 , f ( e) 是在輸入能量條件下所能 18 轉(zhuǎn)換的能量。 式 (2) 指出 ,任何時刻發(fā)電設(shè)備發(fā)出的能量都與負(fù)載設(shè)備所消耗的能量相等。 對于一個發(fā)電設(shè)備來說 ,其最大輸出能量 fmax( e) 是一個固定的數(shù)值 ,而 f ( e) 則是由負(fù)載決定的能量。在工程實際中 , fmax ( e) f ( e) 叫做欠負(fù)荷 ,fmax ( e) = f ( e) 叫做滿負(fù)荷。還有一種情況就是所需要的 Eg fmax ( e) ,這種情況下仍然有式 (1) 成立 ,但此時并不能完全滿足負(fù)載所需要的電能 ,因此 ,在這時負(fù)載系統(tǒng)所得到的電能小于實際需要 ,而發(fā)電設(shè)備輸出的電能等于 fmax ( e) 。 2) 太陽能充電系統(tǒng)效率分析 在太陽能充電系統(tǒng)中 ,為了盡量提供充電能力和效率 ,必須把充電系統(tǒng)劃分為兩個部分 ,一個是充電電路 ,一個是控制電路 ,這兩個電路都會消耗電能。對于充電電路 ,這部分消耗的能量是電池充電 中所經(jīng)過電路的損耗 ,對于控制電路 ,這部分是完成所需要的充電控制所需要消耗的能量。由此可知 ,太陽能充電系統(tǒng)中 ,為了盡量提高充電效率 ,應(yīng)當(dāng)盡量減少充電電路和控制電路的能量損耗。設(shè)充電電路的功率損耗為 Pcp ,控制電路的功率損耗為 Pctr ,電池吸收的功率為 Pb 則根據(jù)能量守恒 ,得到 Pl = Pcp + Pctr + Pb (3) 其中 Pl =dEg/dt是充電系統(tǒng)的輸入功率。由此 Pl =dEg/dt=df ( e)/dt=Pcp +Pctr +Pb 19 (4) 根據(jù)式 (3) 可得到充電系統(tǒng)的效率為 η ( e) =Pb/Pl=（ Pl Pcp – Pctr） /Pl=（ Pl Pcp – Pctr） /（ dEg/Pdt） (5) 把式 (2) 帶入式 (5) , η ( e) =（ Pl Pcp – Pctr） /（ dEg/Pdt） =(Pl Pcp – Pctr)/(Pf ( e)/dt) 如果考慮滿負(fù)荷工作 , η ( e) =(Pl Pcp – Pctr)/(dEg/dt)=(Pl Pcp – Pctr)/(dfmax ( e)/dt) (6) 式 (6) 指出 ,充電效率與以下因素有關(guān) : ? 充電電路和控制電路損耗 。 ? 太陽電池的輸出功率 3）最大效率設(shè)計原則 由以上分析可知 ,為了保證充電效率 ,太陽能充電系統(tǒng)必須滿足 : ? 充電電池必須保證功率吸收能力 。 ? 盡量減少充電電路和控制電路的損耗 。 ? 選擇合理的太陽能電池轉(zhuǎn)換輸出能量 6 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)設(shè)計 針對太陽能電池板輸出電壓、功率的變化性以及提高鉛酸蓄電池充電效率的方法 的分析 ,我們選擇了 DCDC 轉(zhuǎn)換模塊與充電管理模塊相配合為蓄電池充電的方式。系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)如圖 3所示。 20 圖 3 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu) 太陽能電池板受其接受太陽光的影響 ,輸出為呈顯著變化的直流電壓 ,經(jīng) DCDC 轉(zhuǎn)換模塊將其轉(zhuǎn)換為蓄電池充電所需要的穩(wěn)定電壓 ,再經(jīng)過電路的合理調(diào)整 ,使其輸出為合適的電脈沖 ,并經(jīng)充電管理模塊的可靠保護(hù)對蓄電池進(jìn)行充電。 7 太陽能控制器結(jié)構(gòu) 圖 4 為簡易太陽能控制器電路結(jié)構(gòu)圖 ,蓄電池和太陽能電池陣列直接耦 合 ,當(dāng)白天有陽光時 ,太陽能電池陣列向蓄電池充電 ,控制電路測量蓄電池端電壓 ,通過調(diào)整 DC/DC 中功率管的占空比 ,使得太陽能電池陣列的輸出電壓高于鉛酸蓄電池的端電壓 ,同時蓄電池通過負(fù)載放電。當(dāng)夜晚或陰天陽光不足時 ,蓄電池放電 ,保證負(fù)載不停電。在充電過程中 ,蓄電池兩端電壓 Vb 從高到低或從低到高地不斷變化 ,其伏安特性可表示為 : V=Vb+I Rb （ 7） V為蓄電池的電動勢 。Rb為蓄電池的內(nèi)阻 ,通常 Rb的值很小 ,可忽略不太陽能電池板 DCDC 轉(zhuǎn)換模塊 充電管理模塊 蓄電池 21 計 ,則蓄電池模型可處理為 : V=Vb=常數(shù) 若設(shè)定蓄電池在充 放電過程中其端電壓 Vb 的最大值和最小值分別為 Vmax 和 Vmin,則在蓄電池工作期間 ,其端電壓應(yīng)在 Vmax 和Vmin 之間變化。 圖 4 太陽能控制器電路結(jié)構(gòu)
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