太阳能照明系统的智能充放电技术的实现
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【摘要】该技术采用智能充放电保护功能实现太阳能照明系统中铅酸蓄电池智能充放电技术，具有过流保护、过压保护和超温保护功能，并利用恒流驱动技术实现太阳能灯的光控自熄。
【关键词】太阳能;充;放电保护;恒流驱动
1 简介
太阳能LED照明产品是新一代的绿色环保照明产品，该技术利用智能充电保护功能实现对铅酸蓄电池的过流保护、过压保护和超温保护功能，同时，利用恒流驱动技术，实现太阳能灯的光控自熄功能。该项技术很好的利用了太阳能技术的优势，它无需安装其他电源，就可以主动发光，还能够根据环境光线的强弱自动控制灯的开关，而且安装方便、工作稳定可靠，可为城市照明提供良好的技术方案。
2 技术方案设计实现
2.1蓄电池充电保护电路
图1系统的主电路
系统的主电路如图1所示。
铅酸蓄电池的制造成本低、容量大、价格低廉，使用十分广泛。由于其固有的特性，若使用不当，寿命将大大缩短。影响铅酸蓄电池寿命的因素很多，采用正确的充电方式，能有效延长蓄电池的使用寿命。
2.1.1 常规充电方式。铅酸蓄电池的常规充电方式有两种：浮充（又称恒压充电）和循环充电。浮充时要严格掌握充电电压，如额定电压为12V的蓄电池，其充电电压应在13.5～13.8V之间。浮充电压过低，蓄电池会充不满，过高则会造成过量充电。电压的调定，应以初期充电电流不超过0.3C（C为蓄电池的额定容量）为原则。循环充电，其初期充电电流也不宜超过0.3C，充电的安培小时数要略大于放电安培小时数。也可先以0.1C的充电速率恒流充电数小时，当充电安培小时数达到放电安培小时数的90%时，再改用浮充电压充电，直至充满。
2.1.2智能充电电路控制原理。通过对上述两种充电方式的分析比较，综合其优点设计出具有快充和慢充的智能型铅酸蓄电池充电电路。该充电电路采用单片机控制，充电过程分为快充、慢充及涓流充三个阶段，充电效果更佳。利用单片机控制继电器，决定了整个充电电路的通断。当蓄电池过压时，关闭继电器停止充电功能;当蓄电池欠压时，打开继电器开启充电功能。利用单片机输出PWM来控制三极管的通断，进而控制MOS管的通断，来改变充电的占空比，从而控制充电的电压和电流。此电路即为三段式充电电路，具体的三段式充电由软件实现。
2.1.3 智能充电过程分析与实现。
恒流充电：通过蓄电池电压采样电路检测蓄电池电压，蓄电池电压小于24V时，电路工作于恒流充电方式。在恒流充电过程中，如果蓄电池电压超过24V，系统自动转换为恒压充电。通过蓄电池充电电流采样电路，检测蓄电池充电电流，如果充电电流大于2.4A，单片机P3.1口输出高电平，断开三极管Q1，停止充电。
恒压充电：在恒流充电过程中，如果蓄电池电压超过24V，系统自动转换为恒压充电。在恒压充电过程中，如果蓄电池电压在24V-29V之间，则电路保持恒压充电方式，如果蓄电池充电电压超过29V，系统自动转换为涓流充电方式。
涓流充电：系统电路进入涓流充电方式后，蓄电池的充电电压的范围维持在27V-29V之间。在涓流充电过程中，当蓄电池的充电电压小于27V时，系统自动转入恒压充电;当电压超过29V时，系统自动进入过压保护方式。涓流充电方式的波动范围是0-2V，在涓流充阶段，单片机的P3.4引脚以固定的占空比输出PWM脉冲信号，PWM占空比随着蓄电池充电电压的变化而变化，当蓄电池充电电压增加时，充电电平的占空比减小，反之，当蓄电池充电电压减小时，充电电平的占空比增大，通过该方式，使蓄电池充电电压维持在27V-29V。
2.1.4蓄电池过压、过流、超温保护分析与实现
1）过压保护。在蓄电池充电过程中，如果蓄电池电压超过29V，单片机P3.1引脚输出高电平，断开三极管Q1，停止充电。
2）过流保护。通过蓄电池充电电流采样电路，检测蓄电池充电电流，如果充电电流大于2.4A，单片机P3.1口输出高电平，断开三极管Q1，停止充电。
3）超温保护。系统通过蓄电池温度测量电路监视蓄电池充电温度，当温度超过设定值时，单片机P3.1口输出高电平，断开三极管Q1，停止充电，系统报警，直到蓄电池温度低于设定值时，停止报警，P3.1口输出低电平，三极管Q1导通，继续充电。铅酸蓄电池的型号不同，充电要求不完全相同，在设定快充和慢充电流等参数时，要经过反复试验，才能达到最佳充电效果，使电池寿命得到延长。
2.2蓄电池放电保护电路。当蓄电池充满电后，必要时开始对负载进行供电，蓄电池进入放电过程。蓄电池放电过程主要有三个阶段。开始阶段电压下降较快;中期电压缓慢下降且延续较长的时间;在最后阶段点后，放电电压急剧下降，应立即停止放电，否则将会给蓄电池造成不可逆转的损坏。因此，如果对铅酸蓄电池充放电控制方法不合理，不仅充电效率降低，蓄电池的寿命也会大幅缩短，造成系统运行成本增加。这时，必须设置电池过放电保护电路。最简单的电池保护是设置一个电压保护门限，当电池电压降到这个门限值之后，自动断开回路，停止对负载供电。但由于负载被断开之后，电池端电压会迅速升高至门限电压以上，于是电池又被重新接入电路给负载供电，此后会重复“断开一接通一断开一接通”的振荡过程，直到电池彻底耗尽。这对电池的寿命会产生很大的影响，甚至损坏电池。所以，必须设计一种带有滞回功能的自动保护电路。
2.2.1 保护原理。假设电池电压为UBAT，系统只设置一个保护门限电压UTH。则当电池电压低于UTH时，比较电路输出低电平，负载被断开。但由于负载的移除，电池端电压迅速上升至UTH以上，比较器重新输出高电平，负载又被接入，从而形成振荡。
2.2.2实现过程。当蓄电池电压低于欠压值UTHL时，系统报警，单片机P3.0输出高电平，三极管Q4关断，负载断开。蓄电池继续充电，当蓄电池充电电压高于欠压值时，系统报警撤除，负载仍断开，当蓄电池充电电压达到设定值UTHH时，单片机P3.0输出低电平，三极管Q4导通，接通负载。
结论
本项目实现了太阳能的最大功率跟踪，提高了太阳电池的工作效率。利用恒压充电、恒流充电、及涓流充电等技术提高了蓄电池的效率，延长了电池使用寿命，达到了节约能源、保护环境的目的。
参考文献：
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