独立光伏系统中锂电池管理的研究

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【摘 要】能源危机的加剧使得光伏电能的应用越来越受到人们的重视，成为新能源利用的主流之一。对于一个完备的独立光伏直流应用系统，除了光伏电池、锂电池、负载之外，锂电池充放电控制器只不可或缺的，锂电池充放电控制器通过对锂电池电压电流的检测，对锂电池组充放电电压电流进行控制和规定。本设计是以AT89C51单片机为核心的锂电池充放电控制装置的系统，通过对AT89C51单片机软件编程可以实现以下基本要求：（1）锂电池恒流恒压充电;（2）锂电池的电量检测;（3）锂电池恒流放电。

【关键词】锂电池;恒流恒压充电;光伏系统

Design of The Lithium Battery Charge and Discharge Control Device of The PV System

LIU Xing XING Chang-da

（Anhui University of Science & Technology， Huainan Anhui 232000， China）

【Abstract】Because of the energy crisis，Photovoltaic power is more and more important for people，and it has become one of the mainstream new energy.But PV cells iS a kind of nonlinear sources，So a whole of PV power system must be contained a charging and discharging controller except photovoltaic cells，Lithium battery and load.The controller is the core of the PV system，it can control the Charging and discharging current and voltage.This design is based on the system of lithium battery’s charging and discharging control device . The core of this system is the single-chip microcomputer AT89C51. By programming the single-chip microcomputer AT89C51 software， we can implement the following basic requirements： 1， the constant current and constant voltage of lithium battery’s charging. 2， the detection of lithium battery’s power capacity. 3， the constant current of lithium battery’s discharging.

【Key words】Lithium battery; Constant current and constant voltage of charging; Photovoltaic （PV） system

0 引言

随着世纪经济的快速发展以及科学技术的进步，人类对能源的需求与日俱增。太阳能作为一种新型、绿色环保、廉价的能源受到越来越多的关注，对太阳能的开发利用也成了新世纪的热门话题，然而对太阳能的储存也受到了巨大的关注，太阳能储能是将太阳能转换为电能储存于太阳能储能电池中。储能电池的种类繁多，但使用方法和控制策略基本相似。其中，锂电池是一种新型的二次电池，具有端电压高、比能量大、充放电寿命长、放电性能稳定、自放电率低、无污染等特点，已经成为国内外电池发展的主流，因此，对独立光伏系统中锂电池的管理研究是一个重大工作，意义也是巨大的。

锂电池作为一种新型的二次电池，在使用过程中要严格避免出现过冲，过放，过流等现象，锂电池还必须考虑充放电时的安全性，因此在光伏系统锂电池充放电控制装置中要对锂电池进行保护，以延长锂电池的使用寿命，锂电池充放电的基本控制构想如图1所示：

图1 锂电池管理框图

从图1框图中可以看出，本设计所涉及到的内容包括充电装置的设计、放电装置的设计、电池电量的检测以及与电池组有关的电池排列方式、充电方法等。

1 硬件设计

1.1 充电装置-恒流恒压充电

锂电池的充电过程一般包括预充电、恒流充电（CC）和恒压充电（CV）三个过程。预充电是指当电池电压低于芯片设定的预充电阈值时，充电器以小电流对电池进行涓流充电。当电池电压上升到预充电阈值以上时，以大电流对电池进行恒流充电;当电池电压接近浮充电压阈值（4.2V），充电器逐渐转变为恒压模式充电，充电电流逐渐减小;当电流减小到终止电流k时，充电过程结束。

本设计采用MOS管取代二极管并同时引入负反馈的方式，保证在过渡区时只有一个低频极点，优化了系统的稳定性。

本设计的恒流恒压控制电路如图2所示，它主要包括三个放大器：电流放大器（CA），电压放大器（VA），匹配放大器（MA）;两个主控制环：其中CA、M1、M3、Rprog构成电流控制环（CA环）;VA、M4、M2、R1和R2构成电压控制环（VA环）;充电电流检测电路：M1、MA、M3、Rprog。图2中，M4采用开漏输出连接方式，它和VA一起构成跨导放大器。

图2 恒流恒压控制电路

1.1.1 恒流充电