基于SPCE061的太阳能锂电池充电器设计

3 系统软件设计

　　在BUCK 上， 存在UarrD= Ubat 的关系。由此可知：

　　式中， Ubat 为电池两端电压； D 为占空比； Uarr 为太阳能电池两端电压。将式（ 1） 代入式（ 2） 可得：

　　由图1 可知， 当取最大功率点时， dP arr / dUarr = 0,代入式（ 3）、（ 4） 可知：

　　因此， 关于P/ D 的曲线为凸函数， 且当P 取最大值时有唯一D 值与之对应。

　　由于DC/ DC 变换器连接至锂电池两端的输出电压短时间内变化不大， 在短时间可认为恒定。因此， 该设计的最大功率点跟踪可简化为通过PWM 调整电流至最大值， 即认为太阳能电池的输出功率达到最大。

　　由锂电池充电特性可知， 为保证充电安全高效， 需采用预充、恒流、涓流的三段式充电。系统通过对锂电池两端电压进行检测， 判断充电状态， 进而采取相应的充电策略。

　　当光照强度降低， 程序判断太阳能电池产生的功率小于系统自身开销时， 进入休眠模式。

　　4 实验结果与结论

　　根据以上原理及其电路图所述， 所制作的MPPT太阳能充电器与用二极管搭建的传统太阳能充电器测试数据对比如表1 所示。其中太阳能电池采用华微公司生产的单晶太阳能电池板， 其最大输出功率15 W,开路电压17. 4 V; 锂电池组采用4 串联18650 型锂电池， 充电截止电压16. 8 V, 电池组容量10. 4 Ah。

表1 传统充电器与MPPT充电器实验数据对比

　　实验结果表明， 传统充电器的太阳能电池利用率约为66 %, 而本方案的MPPT 充电器利用率约为97 %, 输出功率有明显的上升。通过SPCE061 单片机实现的带有MPPT 功能的太阳能充电器不仅大幅提高了太阳能电池利用率， 并包含了三段式充电的智能充电策略， 在软件模块中加入了防止过充电的安全策略， 并且在光照强度大幅下降到低于系统开销的情况下自动实现系统休眠。通过改进算法， 设置更为精确的参数， 可以使充电效率进一步提高。