【文章內(nèi)容簡介】 用的電池。太陽能蓄電池的使用和維護(hù)：工作適宜溫度15～20℃太陽能蓄電池聯(lián)接的方法為：將太陽能蓄電池的正極與正極、負(fù)極與負(fù)極聯(lián)接。這樣太陽能蓄電池的電量就會增加一倍，而電壓與一塊太陽能蓄電池的電壓一樣。太陽能蓄電池兩極柱切不可短路（碰頭）。對于新安裝或整修后第一次充電的太陽能蓄電池，進(jìn)行一次較長時間的充電，為初充電，應(yīng)按額定容量1/10的電流來進(jìn)行充電。安裝前必須測量蓄電池是否充足，如電力不足，請?jiān)陉柟獬渥愕牡胤綄π铍姵剡M(jìn)行8—16小時以上充電或者用交流電先把電池充足，應(yīng)嚴(yán)格避免過放充電。用交流電正常充電時，最好采用分級充電方式，即在充電初期用較大電流的恒流均充，充到均充電壓并恒壓一定時間后改用常規(guī)的恒壓浮充方式。保持蓄電池本身的清潔。安裝好的太陽能蓄電池極柱應(yīng)涂上凡士林，防止腐蝕極柱。為太陽能蓄電池配置在線監(jiān)測管理技術(shù)，對太陽能蓄電池進(jìn)行內(nèi)阻在線測量與分析，及時發(fā)現(xiàn)蓄電池的缺陷，及時進(jìn)行維護(hù)。冬季預(yù)防太陽能蓄電池凍裂，夏季避免陽光直曬，應(yīng)將太陽能蓄電池放于通風(fēng)陰冷處。 蓄電池的種類和應(yīng)用化學(xué)電源是人類目前可以利用的高效能源之一。蓄電池也稱作二次電源，它是一種把化學(xué)反應(yīng)所釋放出來的能量直接轉(zhuǎn)變成直流電能的裝置。蓄電池按照其電解液的不同，通常分為酸性電池和堿性電池。近幾十年來，由于交通。通訊。計(jì)算機(jī)產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展，其產(chǎn)品系列。產(chǎn)品種類。產(chǎn)品性能發(fā)生了巨大變化，以此滿足不同用途的需要。目前，蓄電池主要應(yīng)用于各種車輛。船舶。飛機(jī)等內(nèi)燃機(jī)的起動以及照明。蓄能。不間斷電源。移動通訊。便攜式電動五金|工具。電動玩具當(dāng)中?？傊?，蓄電池在國防。工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。交通運(yùn)輸。電力。電子。通訊。教學(xué)。科研。醫(yī)療衛(wèi)生以及人們?nèi)粘Ｉ钪斜粡V泛應(yīng)用。常用的蓄電池有鉛酸蓄電池。鎘鎳蓄電池。鐵鎳蓄電池。金屬氧化物蓄電池。鋅銀蓄電池。鋅鎳蓄電池。氫鎳蓄電池。鋰離子蓄電池等。常用蓄電池介紹：鉛酸蓄電池鉛酸蓄電池負(fù)極為鉛，正極為二氧化鉛，電解液為稀硫酸，主要有起動型。固定型。牽引型。動力型和便攜型，常為開口或防酸式(GF)，少量為膠體電解液蓄電池(GEL)。近年來，特別是VRLA(ValveRegulatedLeadAcidBattery)蓄電池的出現(xiàn)，在某些領(lǐng)域已經(jīng)能夠取代堿性蓄電池和干電池，使鉛酸蓄電池發(fā)揮更大的作用。由于鉛酸蓄電池價格低廉，適于低溫高倍率放電，因此應(yīng)用廣泛，是我國的電信行業(yè)中后備電源的主要產(chǎn)品。鎘鎳蓄電池鎘鎳蓄電池負(fù)極為鎘，正極為氧化鎳，電解液為氫氧化鉀水溶液。常見外形是方形。扣式和圓柱形，其有開口。密封和全密封三種結(jié)構(gòu)。按極板制造方式又分有極板盒式。燒結(jié)式。壓成式和拉漿式。鎘鎳蓄電池具有放電倍率高。低溫性能好，循環(huán)壽命長等特點(diǎn)。金屬氫化物鎳蓄電池金屬氫化物鎳蓄電池是新開發(fā)出來的新產(chǎn)品，負(fù)極為吸氫稀土合金，正極為氧化鎳，電解液為氫氧化鉀。氫氧化鋰水溶液，具有可快速充電。優(yōu)良的高倍率放電性能和低溫放電性能，價格便宜，無污染，被稱為綠色環(huán)保電池。鐵鎳蓄電池鐵鎳蓄電池負(fù)極為鐵粉，正極為氧化鎳，電解液為氫氧化鉀或氫氧化鈉水溶液。具有結(jié)構(gòu)堅(jiān)固。耐用。壽命長等特點(diǎn)，比能量較低，多用于礦井運(yùn)輸車動力電源。鋅銀蓄電池鋅銀蓄電池負(fù)極為鋅，正極為氧化銀，電解液為氫氧化鉀水溶液，具有較高的比能量及優(yōu)良的高倍率放電性能，但價格偏高，多用于軍事工業(yè)及武器系統(tǒng)。鋅鎳蓄電池鋅鎳蓄電池負(fù)極為鋅，正極為氧化鎳，電解液為氫氧化鉀水溶液，具有高比能量，價格較低；但壽命較短，近年來鋅鎳蓄電池的循環(huán)壽命有了較大提高，預(yù)計(jì)隨著循環(huán)壽命的提高將獲得更廣泛應(yīng)用。鋰離子蓄電池鋰離子蓄電池負(fù)極是碳(石墨)，正極是氧化鈷鋰，由于采用有機(jī)電解質(zhì)液，具有電壓高。比能量高及優(yōu)良的循環(huán)壽命，安全無污染，被稱為綠色電源。常作為通訊工具和便攜器材的電源?？傊覈男铍姵毓I(yè)隨著各行各業(yè)的發(fā)展獲得了迅速發(fā)展機(jī)會。至今目前，我國從事蓄電池生產(chǎn)的企業(yè)已達(dá)千家之多。同時，免維護(hù)。閥控密封式鉛酸蓄電池。金屬氧化物物鎳蓄電池。鋰離子蓄電池等新型蓄電池也各有側(cè)重的應(yīng)用于各行各業(yè)中。 鉛酸蓄電池的工作原理由于本設(shè)計(jì)太陽能路燈采用的是鉛酸蓄電池，所以這里只對鉛酸蓄電池進(jìn)行分析。鉛酸蓄電池充、放電化學(xué)反應(yīng)的原理方程式如下：充電：蓄電池從其他直流電源獲得電能叫做充電。充電時，在正、負(fù)極板上的硫酸鉛會被分解還原成硫酸、鉛和氧化鉛，同時在負(fù)極板上產(chǎn)生氫氣，正極板產(chǎn)生氧氣。電解液中酸的濃度逐漸增加，電池兩端的電壓上升。當(dāng)正、負(fù)極板上的硫酸鉛都被還原成原來的活性物質(zhì)時，充電就結(jié)束了。 在充電時，在正、負(fù)極板上生成的氧和氫會在電池內(nèi)部“氧合”成水回到電解液中。化學(xué)反應(yīng)過程如下： （正極）（電解液） （負(fù)極） （正極） （電解液） （負(fù)極）PbSO4 + 2H2O + PbSO4 → PbO2 + 2H2SO4 + Pb （充電反應(yīng)） 放電蓄電池對外電路輸出電能時叫做放電。蓄電池連接外部電路放電時， 硫酸會與正、負(fù)極板上的活性物質(zhì)產(chǎn)生反應(yīng)，生成化合物“硫酸鉛”，放電時間越長，硫酸濃度越稀薄，電池里的“液體”越少，電池兩端的電壓就越低?；瘜W(xué)反應(yīng)過程如下： （正極） （電解液）（負(fù)極） （正極） （電解液） （負(fù)極） PbO2 + 2H2SO4 + Pb → PbSO4 + 2H2O + PbSO4 （放電反應(yīng)） 從以上的化學(xué)反應(yīng)方程式中可以看出，鉛酸蓄電池在放電時，正極的活性物質(zhì)二氧化鉛和負(fù)極的活性物質(zhì)金屬鉛都與硫酸電解液反應(yīng)，生成硫酸鉛，在電化學(xué)上把這種反應(yīng)叫做“雙硫酸鹽化反應(yīng)”。在蓄電池剛放電結(jié)束時，正、負(fù)極活性物質(zhì)轉(zhuǎn)化成的硫酸鉛是一種結(jié)構(gòu)疏松、晶體細(xì)密的結(jié)晶物，活性程度非常高。在蓄電池充電過程中，正、負(fù)極疏松細(xì)密的硫酸鉛，在外界充電電流的作用下會重新還原成二氧化鉛和金屬鉛，蓄電池就又處于充足電的狀態(tài)。正是這種可逆轉(zhuǎn)的電化學(xué)反應(yīng)，使蓄電池實(shí)現(xiàn)了儲存電能和釋放電能的功能。 蓄電池充電當(dāng)系統(tǒng)檢測到環(huán)境太陽光線充足時，控制器就會進(jìn)入充電模式。蓄電池充電主要有兩個比較重要的電壓值：深度放電電壓和浮充電電壓。前者代表蓄電池充電的最高電壓，這些參數(shù)可從蓄電池產(chǎn)品手冊上查到。在電路設(shè)計(jì)中針對24V蓄電池。蓄電池電壓VBAT控制器工作模式欠壓保護(hù)值VBAT11V涓流充電模式，采用MPPT算法優(yōu)化太陽能電池輸出功率，11VVBAT恒流充電模式，采用MPPT算法優(yōu)化太陽能電池輸出功率，充電電流最大限制值取決于太陽能電池最大輸出功率VBAT恒流充電模式，MPPT算法有很多種方式可以實(shí)現(xiàn)，總的來說各有優(yōu)劣，設(shè)計(jì)中采用相對簡單的擾動觀察法來實(shí)現(xiàn)。這種方法是通過增大或者減少充電電路開關(guān)信號PWM占空比，然后觀察輸出功率是變大還是變小，由此來決定下一步是增大還是減小占空比。由于太陽能電池的輸出變化相對比較緩慢，而且是單級點(diǎn)，所以采用這種方式可收到比較好的效果。 蓄電池給LED供電當(dāng)系統(tǒng)檢測到環(huán)境太陽光線不足時，就會進(jìn)入蓄電池給LED供電模式。LED電流通過高位電流檢測芯片（TSC101AILT）采樣送回MCU，有MCU通過調(diào)整開關(guān)信號PWM的占空比來獲得恒定輸出電流。為了達(dá)到節(jié)能的目的，LED的恒定電流值會根據(jù)系統(tǒng)檢測的環(huán)境光強(qiáng)度來調(diào)整。當(dāng)環(huán)境光由暗變亮?xí)r，系統(tǒng)的輸出電流也會相應(yīng)從小變大；當(dāng)環(huán)境光照完全暗下來時，系統(tǒng)的輸出電流也達(dá)到預(yù)設(shè)的最大值。除了由環(huán)境光照控制LED的光輸出，用戶還可以通過設(shè)定開光DIP1～DIP4的狀態(tài)來設(shè)置LED燈的開啟時間，系統(tǒng)會根據(jù)DIP1～DIP4的設(shè)定組合來控制LED路燈工作在5min～12h的時間范圍內(nèi)。此外，為了提高系統(tǒng)的可靠性，在電路設(shè)計(jì)中設(shè)置了針對太陽能電池組件，蓄電池和LED等一系列軟硬件的保護(hù)功能。 蓄電池和太陽能板的選用 太陽能電池板分為單晶硅和多晶硅兩種，多晶面積較大，發(fā)電效率沒有單晶高，因此根據(jù)需要本設(shè)計(jì)采用單晶硅太陽能電池組件。本電路采用鉛酸免維護(hù)蓄電池，不需專門的維護(hù)；即便傾倒電解液也不會溢出，不向空氣中排放氫氣和酸霧；安全性能更好。但是對蓄電池的過充電更為敏感，因此對過充保護(hù)要求高；當(dāng)長時間反復(fù)過充電后，蓄電池極板易變形。該電源給路燈供電,該路燈的工作電壓為24V ,。由于路燈一天要工作8個小時左右,考慮連續(xù)陰天3天情況下系統(tǒng)的供電,后備電源須具有24h的供電能力,且按80%的放電率計(jì)算,則蓄電池的容量如公式（43）為: Qx=(TxIs)=(24)/=36(Ah) (43) 式中:Qx——蓄電池容量。Tx——蓄電池放電時間。Is——設(shè)備工作電流。應(yīng)選用24V/36Ah免維護(hù)蓄電池。有日照時，要求太陽能板給蓄電池充電，每天有效充電時間8H,兩天充滿,則可計(jì)算出太陽能板輸出的功率如式(44)：P=24Ic=Vg〔Qx+Qs (D1)〕/(Tc D) =24Qx/Tc=24*(36+)/16= (44)——蓄電池容量；D——充滿電需要的天數(shù)；Qs——日耗蓄電池容量；——設(shè)備工作電壓；——充電滿電所用時間。則太陽能板取24V/70W。而在本設(shè)計(jì)中只做演示所以故采用12V/20W但其原理都是一樣的。 太陽能電池70W ，24 V LED發(fā)光源28只LED、每只1 W 工作溫度40℃ +80℃過充保護(hù)電壓26 V(25C)過放保護(hù)電壓22 V 蓄電池24 V,36Ah 照明時間天黑后，光控自動啟動電光轉(zhuǎn)換功能，使路燈點(diǎn)亮；在深夜時控（時間點(diǎn)可調(diào)）自動使路燈熄滅；早晨時控（時間點(diǎn)可調(diào)）自動使路燈點(diǎn)亮；天亮后光控自動恢復(fù)到光電轉(zhuǎn)換模式陰雨天保證時間保證連續(xù)3個陰雨天正常工作 太陽能LED燈具的主要性能指標(biāo) 過充、過放控制電路過充控制，就是在蓄電池處于過充狀態(tài)時斷開充電電路，過放控制電路就是在蓄電池處于過放狀態(tài)時斷開放電電路。過充、過放控制都是為了保護(hù)蓄電池，延長蓄電池的使用壽命。過充、。過充、過放判斷的依據(jù)主要是蓄電池電壓的高低，其工作原理如下：過充控制電路中將繼電器J1的開關(guān)串聯(lián)在充電電路中，當(dāng)白天有太陽光時處于正常充電狀態(tài)時，由太陽能板吸熱經(jīng)繼電器開關(guān)常閉點(diǎn)向蓄電池充電，當(dāng)蓄電池的電壓高于26V時，認(rèn)為蓄電池處于過充狀態(tài)，U1A“”端電壓高于“+”端電壓時U1A輸出“”，低電平，使Q1截止，同時Q2導(dǎo)通，繼電器線圈J1通電，則繼電器常閉點(diǎn)斷開，常開點(diǎn)閉合，充電電路斷開過充指示燈亮，停止向蓄電池充電，達(dá)到過充保護(hù)功能。D1IN5408D2IN4007LED2LED1D3IN4007ZD1R110KR22KR310KR410KR610KR520KR810KR710KR92KRP115KRP215KQ18050Q38050Q28050Q48050U1AU1BR1020KR1110KR1210KR1310KF1FUSE1蓄電池K1204。171。209。244。196。220。176。229。J2J1K2K3181。198。185。253。179。228。185。253。197。205。163。197。177。163。187。164。+12VCOM1COM2205。163。179。228。214。184。202。190。 過充過放控制電路 過放控制電路中將繼電器J2的開關(guān)串聯(lián)在放電電路中，當(dāng)處于正常放電狀態(tài)時，放電電路正常工作。在晚上由蓄電池向負(fù)載供電時，當(dāng)蓄電池的電壓低于10V時，認(rèn)為蓄電池處于過放狀態(tài)，此時U1B“+”端電壓低于其“”端電壓時，U1B輸出“”低電平，使Q3截止，同時Q4導(dǎo)通，繼電器線圈J2通電，繼電器開關(guān)由常閉點(diǎn)轉(zhuǎn)到常開點(diǎn)，放電電路就斷開，過放指示燈亮停止向負(fù)載供電。達(dá)到過放保護(hù)功能。 時鐘顯示電路結(jié)構(gòu)及工作原理 212 下圖4的DS1302負(fù)責(zé)計(jì)時，時鐘信號由單片機(jī)讀出后經(jīng)過處理送往LCD1602顯示時間值，同時，單片機(jī)負(fù)責(zé)檢測按鍵狀態(tài)，根據(jù)輸入狀態(tài)，對時間進(jìn)行調(diào)整、對定時時間進(jìn)行調(diào)整等操作，并將定時時間值存儲在STC的EEPROM中，在定時時間到達(dá)時，控制LED照明系統(tǒng)點(diǎn)亮及熄滅等。 時鐘顯示電路時鐘電路簡單的定義如下：就是產(chǎn)生象時鐘一樣準(zhǔn)確的振蕩電路。任何工作都按時間順序。用于產(chǎn)生這個時間的電路就是時鐘電路?，F(xiàn)在流行的串行時鐘電路很多，如DS130DS130PCF8485等。這些電路的接口簡單、價格低廉、使用方便，被廣泛地采用。實(shí)時時鐘電路DS1302是DALLAS公司的一種具有涓細(xì)電流充電能力的電路，主要特點(diǎn)是采用串行數(shù)據(jù)傳輸，可為掉電保護(hù)電源提供可編程的充電功能，并且可以關(guān)閉充電功能。在設(shè)計(jì)中一般使用的計(jì)時功能電路有軟件計(jì)時，定時器定時，但其缺點(diǎn)是計(jì)時有誤差，需要隔一段時間校正一次；另一種就硬件計(jì)時，現(xiàn)在流行的串行時鐘電路很多，如DS130 DS130PCF8485等。這些電路的接口簡單、價格低廉、使用方便，被廣泛地采用[17]。在設(shè)計(jì)中采用是硬件定時，時鐘芯片DS1302。DS1302是DALLAS公司的一種具有涓細(xì)電流充電能力的電路，主要特點(diǎn)是采用串行數(shù)據(jù)傳輸，可為掉電保護(hù)電源提供可編程的充電功能，并且可以關(guān)閉充電功能。DS1302 是美國DALLAS公司推出的一種高性能、低功耗、帶RAM的實(shí)時時鐘電