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(多图) 使用MCU或SoC可以简便地提高太阳能板的效率

2011年12月08日 ?? 收藏1

电池健康管理:

因为太阳能板暴露在太阳下的时间大约为半天,这个期间它可以用来给电池充电。对于大多数市面上能买得到的铅酸电池,充电需要10-12小时,这和有阳光的时间大约是相同的。然而,为了提高电池的使用寿命,可以采用下面的方法。通常,电池充电要经历三个阶段,如图7所示:

?恒流充电或大量充电阶段

?顶部充电阶段

?浮充电阶段

让我们以一个12V铅酸电池充电为例。电池电平通过MCU内置的ADC模块连续监测。如果电池电压小于标称值,那么称为“接受电压Accept Voltage”的适当充电电压应用于电池,随温度而变化。应用于电池的接受电压电压使用PWM驱动的大功率晶体管切换,从DC-DC电源转换器输出。在这期间,充电电流不变。在铅酸电池情况下,我们可以称之为大量充电阶段。一旦电池电压达到标称值,电池就已经充了70%。现在还要继续充电,直到电流降到大约电池额定电流的3%。这可通过前面介绍的持续PWM充电方式实现。这个充电阶段称为顶部充电阶段。当充电电流降到额定电流的3%,电池完全充满。顶部充电阶段用来保持电池健康。如果没有顶部充电阶段,电池会逐渐失去完全充电的能力。

充电完成后,为了维持充电电平,电池采用PWM波形形式的合适电压(称为浮充电压)。浮充电压通常用于自放电补偿(通过铅和其他寄生效应)。电池的浮充电压和接受电压随温度变化而变化。MCU连续读取温度传感器的输出,然后确定接受电压和浮充电压。他们的值由MCU产生的PWM波形控制。

还要确保电池不要长时间进行顶部充电。电池必须要有相反地浮充电,因为电池可能无法容忍过渡充电。在片内RTC的帮助下,这很容易实施。脉冲充电电池充电的优势是,我们避免了很多化学效应,例如硫酸盐化作用,有毒气体等等。还要以避免电池在50摄氏度以上充电。温度传感器就是用于此用途。

电池充电
图6 电池充电

可以使用一颗片上系统(SoC)实现我们谈到的整个系统,比如赛普拉斯的混合信号芯片PSoC,其具备可编程模拟和可编程数字逻辑。所需的外部组件仅仅是一个二极管和DC-DC转换器的电感,以及用来平衡电池和PV模块电压的电阻。

PSoC实现示意图
图7 PSoC实现示意图

PSoC包含的跨阻放大器(TIA)组件可以提供基于放大器的和对数电流-电压转换增益,并具有阻抗增益,用户可以选择带宽。放大器的增益可以使用反馈电阻器设置,可以通过固件选择20ΩK、30ΩK、40ΩK、80ΩK、150ΩK、250ΩK、500ΩK和1MΩ。光电二极体通常输出体现为电容,并联一个反馈电容可以保证其稳定性。TIA有满足这个要求的可编程反馈电容。二极管的特性可能会随环境条件而变化。可以通过PSoC编程来适应这些变化的条件。

输出电压是使用20-bit Delta Sigma ADC数字化的。通过为ADC选择合适的片上参考,就有可能测量到2uV的电压。ADC参考采用是精度很高的源,只有不到1%的错误。在这个系统中,可以使用一个ADC测量多个电压。这些电压可以通过PSoC内部的模拟多路复用器来顺序采样和数字化。多路复用器可以通过固件在输入通道之间切换。PWM模块是驱动直流电机和MOSFET(其为电池充电)脉冲必需的。还可以使用PWM硬件通过一点编程产生这些PWM波形。内部实时时钟(RTC)跟踪时间,因此一旦太阳下山,光强度显著下降时,面板会回到初始位置面向对东方。第二天面板继续追踪太阳。RTC还用来防止过充电。

通过本文提到的实施三个子系统可以提高光电系统效率。过高的安装费用和PV模块的低转换效率是阻止人们采用太阳能发电的原因。使用智能方法,就可以提高效率,就有可能鼓励人们使用PV模块。任何现有的太阳能板只需要做很少的努力就都可以升级到有这三个实现。升级的成本相比PV模块本身来说很少。让我们开始利用太阳能,减少环境污染,建立绿色星球。


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太阳能板? ADC? 光伏?

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