0
  • 聊天消息
  • 系统消息
  • 评论与回复
登录后你可以
  • 下载海量资料
  • 学习在线课程
  • 观看技术视频
  • 写文章/发帖/加入社区
创作中心

完善资料让更多小伙伴认识你,还能领取20积分哦,立即完善>

3天内不再提示

光伏系统最长电池寿命的充电控制器设计

电子设计 来源:郭婷 作者:电子设计 2019-02-06 11:50 次阅读

对于任何完整的能量收集系统,旨在为除小型,短时负荷之外的任何物体提供电力,蓄电池代表了初始费用的必要但重要的部分。如果不注意最大化电池组件的使用寿命,则在系统寿命期间电池的成本可能具有甚至更大的影响。此外,如果依赖大容量蓄电池的光伏和其他能源采集系统的单位增长仍在继续,那么未能最大化电池寿命的设计可能会对制造替代系统所需的额外材料和能源消耗产生负面的环境影响。以及处理耗尽的单位。

蓄电池规格,如坚固性和预计寿命,在很大程度上取决于电池的化学性质;锂离子,LiFePO4和密封铅酸是广泛使用的电池化学品。大多数商用锂离子电池现在可以充电至4.2 V/电池。 LiFePO4电池允许更高的充电和放电速率,但能量密度更低。典型的电池电压为3.6 V.锂离子和LiFePO4的充电曲线是预处理,恒定电流和恒定电压。为了获得最长的循环寿命,充电结束电压阈值可降至4.1 V/电池。尽管电池化学成分,工程师应该知道的几个设计标准会影响任何类型存储单元的预期寿命。

最常见的电池杀手之一就是过度充电。当充电持续时间过长或电压过高时,电池寿命会缩短。简单的充电电路要么超过最佳充电电压,要么在过长的充电周期时间内进行权衡。特定的化学成分决定了使用的电压水平,制造商提供了充电和放电电压和速率的详细规格。

具有用于能量输入的光伏面板的基本系统提供与电池串联的阻塞二极管或开关,以防止在低光期间耗尽电池。为避免过度充电,一旦电池充满电,就可以从太阳能电池中分流出过量的电流。实际上,即使这种简化的设计也需要监控和控制电子设备。

虽然我们这些生活在寒冷气候中的人倾向于将电池死亡与一年中最寒冷的部分联系起来,因为当你的汽车无法在暴风雪中启动时,大多数电池损坏实际上都可能在炎热的天气中发生。温度在确保长存储电池寿命方面起着重要作用。所有电池都依赖于热激活的化学反应。由于温度依赖性很强,这些反应会失去控制,导致突然和严重的损害。在低温下,当电荷耗尽时,电池电解质也会冻结。这在光伏能量收集中尤其重要,因为最低温度通常与最低太阳能水平(因为能量源在夜间损失)一致,从而加剧了有害的温度效应。

德州仪器TI)的bq24650(图1)是一款多功能同步开关模式电池充电控制器,专门针对太阳能应用。 bq24650在恒定频率PWM控制器设计中提供可编程最大功率点跟踪(MPPT),用于三相充电 - 预处理,恒定电流和恒定电压。预充电受内部计时器的限制,最长可达30分钟

图1:TI bq24650同步开关模式电池充电控制器,专为太阳能应用而设计。

bq24650开关模式电池充电控制器可接受5至28 V的光伏电池板电压,并可为高达36 V的电池提供输出。它也可配置为在升压模式下工作,但这超出了范围这篇文章。

TI充电控制器包括几个关键功能,使光伏能量收集系统设计人员能够最大限度地延长电池寿命。 bq24650包括通用充电控制器功能,例如基于最大电压的充电终止设置,以减少与过充电相关的问题以及旨在最大限度延长电池寿命的关键安全功能。

当输入由太阳能电池板供电时,输入调节环路会降低充电电流,以便太阳能电池板可以提供最大功率输出。它还提供输入电压调节,当输入电压低于编程电平时,可降低充电电流。

如果电池电压低于内部阈值,bq24650会自动重启充电周期,当输入电压低于电池电压时,bq24650会进入低静态电流休眠模式。

通过探索图2所示的示例设计,部件的功能和控制输入可能是最容易理解的。太阳能电池板在VI或VP曲线上有一个独特的点,称为最大功率点(MPPT),整个光伏系统以最高效率运行并产生最大输出功率。在bq24650上,MPPT点通过电阻分压器设置,以使MPPSET(引脚2)保持在1.2 V。以下公式用于设置MPPT点:

VMPPSET = 1. 2 V x(1 + R3/R4)

如果在基本充电控制器设计周围添加了其他系统监控,则可以通过将MPPSET拉低至75 mV来禁用充电。

充电电压通过VFB引脚上的2.1 V稳压输出进行编程。电池电压根据以下公式设置:

VBAT = 2.1(1 + R2/R1)

光伏系统最长电池寿命的充电控制器设计

图2:TI bq24650典型应用示例。

在输入电压调节方面,bq24650使用简单的恒压算法实现最大功率点跟踪。控制器降低充电电流以维持光伏板电压以获得最大功率输出。

最大化电池寿命的重要设计标准是控制充电电流,限制电压并在适当的时间结束充电周期。通过引脚SRP和SRN之间的20mΩ电阻上的电压降来感测充电电流。这两个引脚之间的满量程电压为40 mV,因此在设计示例中,最大充电电流设置为2 A.

考虑到深度放电单元,bq24650将采用预充电周期,以尝试恢复放电低于阈值VLOWV的电池。如果预充电周期无法将电池电压升高到超过VLOWV,内部定时器将在30分钟后触发故障指示。

如果满足预充电条件,控制器将进入充电的第二阶段。在“快速充电”循环期间,调节充电电流。当VFB引脚的电压超过VRECH阈值且充电电流降至快速充电电流的10%以下时,充电终止。

bq24650设计提供的最终安全网是温度传感。热关机避免了潜在的灾难性事件。它还可以为电池提供人寿保险,因为系统在初始设计参数漂移后老化。通过正确定位和连接的负温度系数热敏电阻,可以实现电池组的温度检测。 bq24650允许能量收集系统设计人员对上下安全温度进行编程。 bq24650可在超出设计范围的温度下暂停充电周期。通过VREF和地之间的引脚TS上的电阻分压器设置冷热限制。

该器件的QFN封装具有低热阻,可提供从硅到环境的良好热传导,从而保持低结温。作为额外的保护级别,只要结温超过TSHUT阈值145°C,充电器转换器就会关闭并自我保护。充电器保持关闭状态,直到结温低于130°C。

设计人员应该始终仔细研究制造商的数据表,特别是对于这个关键且非平凡的设计步骤。 bq24650EVM是一款评估模块,可帮助用户评估bq24650同步电池充电器。有关bq24650本身的更多信息,请使用提供的链接访问Digi-Key网站上的产品页面。同样在该网站上,TI提供了一个有用的产品培训模块,名为“能量收集的电源管理”。

声明:本文内容及配图由入驻作者撰写或者入驻合作网站授权转载。文章观点仅代表作者本人,不代表电子发烧友网立场。文章及其配图仅供工程师学习之用,如有内容侵权或者其他违规问题,请联系本站处理。 举报投诉
  • 控制器
    +关注

    关注

    112

    文章

    15029

    浏览量

    170347
  • 面板
    +关注

    关注

    13

    文章

    1581

    浏览量

    53387
  • 电池
    +关注

    关注

    82

    文章

    9729

    浏览量

    123127
收藏 人收藏

    评论

    相关推荐

    影响发电系统用储能VRLA蓄电池寿命的因素

    影响发电系统用储能VRLA蓄电池寿命的因素: (1)正极活性物质软化脱落 VRLA蓄电池在循
    发表于 11-20 14:04

    基于BUCK斩波的12V太阳能充电控制器

    使用。为什么设计两组,是因为自己的实际情况和自己的实际用途设计的,在我的设计中,白天当系统的两个电池都不放电的情况下,两个BUCK电路同时开启,单片机控制器电源输出使能关闭,这个时候两个电池
    发表于 04-21 18:40

    AMEYA360设计方案丨家用太阳能充电控制器方案

    概述光能源使用的原理:电池板收集光能 - 充电控制器 - 蓄电池 - 逆变器 - 家用 220V/110V。早期太阳能充电控制器在整个系统
    发表于 05-14 16:35

    采用PWM控制的一种新型控制器解决方案

    移动通信基站、边防哨卡等大功率领域得到了广泛的应用。但直通型控制器仍然存在着一些缺陷,以下对其优缺点进行分析。  1 现有控制方式的不足  现有的直通型
    发表于 09-28 16:10

    新型智能锂离子电池充电控制器LTC4007应用设计

      摘要:可充电锂离子电池充电器在生活中应用广泛,本文介绍了Linear公司推出的新型智能锂离子电池充电控制器LTC4007,该
    发表于 11-29 11:12

    PWM和MPPT是如何工作的

    人员来说,一个重要的决定就是关于选用哪种充电控制器,这会一直影响系统的操作方式以及回报率。正如其名称所示,充电控制器管理着电池组的充电,它的
    发表于 11-03 08:43

    太阳能发电系统有哪些

    太阳能发电系统有哪些,原理是什么?太阳能发电系统由太阳能电池组、太阳能控制器、蓄
    发表于 06-30 06:46

    PLC在发电上的应用是什么

    ,具有安全可靠,无噪声,无污染排放外,发电效率受环境温度影响小,系统占地面积小,土地利用率高等优点。发电系统一般是由太阳能电池方阵,蓄
    发表于 06-30 08:00

    浅析离网发电系统

    离网发电系统由太阳能电池组件、太阳能充放电控制器、蓄电池组、离网型逆变器、直流负载和交流负载
    发表于 09-09 09:08

    离网发电是由哪些部分组成的

    离网发电的组成由太阳能电池组件、太阳能充放电控制器、蓄电池组、离网型逆变器、直流负载和交流负载等构成,太阳能发电
    发表于 09-09 06:52

    发电系统的特点是什么

    、使用寿命长、不污染环境、能独立发电又能并网运行。(1)电池:光电转换。(2)控制器:作用于整个系统
    发表于 11-16 08:03

    电池组和控制器在太阳能发电系统的作用

    控制器:作用于整个系统的过程控制发电系统中使用的控制
    发表于 11-16 09:07

    设计一个带MPPT的太阳能充电控制器

    搜索算法。控制器中没有电解电容,取而代之的是使用寿命更长的固态聚合物电容,并优化了设备的热模式,共同保证了至少10年的使用寿命。这将提高自主微型发电厂的可靠性并降低设备维护成本。充电控制器
    发表于 08-19 07:35

    ARDUINO PWM太阳能充电控制器 (V 2.02)

    的进入电池的电能量。主要功能是确保电池正确充电并防止过度充电。随着来自太阳能电池板的输入电压上升,充电控
    发表于 08-23 07:43

    基于STM8的新型控制器设计方案

    介绍一种采用sTM8芯片作为核心的中小型独立充放电系统控制器的基本原理及其功能,详细讨论电路主回路、开关管驱动电路、供电电源、控制电路、参数检测电路和人机交互模块等主要组成部分的电
    发表于 10-10 06:37