充電控制器

充電控制器是一類為了保護蓄電池、防止過充電而在絕大部分的太陽能發電系統中安裝的自動充放電控制器件，其最基本功能為當蓄電池飽滿時切斷充電電流，由於各種蓄電池的充電特性不同，所以，應根據電池類型來選擇所使用的充電控制器。

基本介紹

• 中文名：充電控制器
• 外文名：charge controller
• 套用領域：光伏發電控制領域
• 相關技術：MAX923晶片控制技術
• 器件作用：保護蓄電池、防止過充電
• 器件優點：實自動充放電控制、延長電池壽命

設計要求

太陽能電池板

太陽能電池板是太陽能光伏系統中的核心部分，其作用是把太陽的輻射能轉換為電能。太陽能電池目前採用單晶矽、多晶矽、光伏薄膜電池等，其原因是將其做成類似二極體中的 P-N 結。其工作原理與二極體類似。只不過在二極體中推動 P-N 結空穴和電子運動的是外部電場，而在太陽能電池中推動和影響P-N 結空穴的電子運動方向的是太陽光能,也就是通常所說的“光生伏特效應原理”。由光能推動的電子的定向運動而產生電源,也即發電。太陽能電池是由很多P-N結串聯或並聯的組合件 (串聯得到較高的使用電壓，並聯得到較大的套用電流 )。一般情況下,要求對太陽能所產生的電能儘可能地加以利用, 因此要求充電電路 (在電池電量未足時)做到充電電流最大化,即充電電路阻抗最小。所以控制電路還應採用有功率跟蹤控制。

蓄電池

蓄電池作為太陽能系統配件不可缺少的一份子,是把太陽能光伏電能轉化成化學能儲存起來的裝置。就12V蓄 電池來說,正常情況下電壓為12.4v-12.8v(膠體電池達到13伏)。正常的鉛蓄電池在放電時形成硫酸結晶,充電時還原為鉛, 如果電池經常充電不足或過放電、電池長期存放等都會硫化, 其負極上就會形成一種粗大堅硬的難以接受充電的硫酸鉛結晶,此現象被稱為“ 不可逆硫酸鹽化”( 簡稱電池硫化 ), 輕則硫化會降低電池的容量,電池內阻增大,嚴重時則極板失效、報廢。因此蓄電池的使用和維護正確與否對蓄電池的使用壽命影響甚大 。

正常的使用應注意:

1) 終止電壓: 指電池放電時, 電壓下降到電池不宜再繼續放電的最低工作電壓值。(12V鉛酸蓄電池最低使用 電壓為10.5V)。

2) 過放電: 電池若是在放電過程中超過電池放電的終止電壓值還繼續放電時,就可能造成電池內壓升高,正負極、活性物質的可逆性遭到損壞,使電池的容量產生明顯減少。

3) 過充電: 在充電過程中電池的電壓會隨著儲存電量的增加而逐漸上升, 當電池儲存的電量達到飽和、電極材料無法繼續分解時,若繼續充電則電解液會產生電解,並且在陽極產生氧氣,在陰極產生氫氣,氣體會從蓄電池中溢出, 造成電解液減少,且會在電池內部造成壓力( 尤其是密封電池 )上升, 會對電池內部結構造成破壞, 這種現象稱為過充電 (鉛酸蓄電池一般允許充電電壓不超過14.5 v)。鑒於太陽能充電控制系統具有上述特性, 為了延長蓄電池的使用壽命, 必須在蓄電池前端設定充放電保護電路。

基於太陽能的一般配置原則, 如:

1) 太陽能電池功率必須比負載功率高出 4 倍 以上。

2) 蓄電池容量必須負載日耗量高 6 倍以上 為宜。 因蓄電池容量過大,蓄電池始終處於虧電狀態, 影響電池壽 命。

3) 蓄電池每月至少應有充滿幾次狀態。 負載應選擇低能耗用電器,如 LDE ( 發光二極體等)。

性能要求

1) 當蓄電池充 電達到浮充值 ( 目前設定為 14.5v) 時,控制器啟動卸載電流功能,防止電池過充;

2) 當電池出現過放 現象 ( 10.5v) 時, 控制器啟動卸載負載;

3) 任何控制器故障不影 響航標燈正常工作;

4 ) 防水防腐 IP76級 ;

5) 控制器功耗要小 ; 輸出電流大;

6) 安裝簡便,能直觀預判斷蓄 電池當前狀態。

控制系統概述

太陽能控制系統由太陽能電池板、蓄電池 、控制器和負載組成,系統框圖如圖所示 。

控制電路採用新 型的晶片, 該晶片通過 對太陽能 電池板電壓、 蓄電池 電壓、 環境溫度等參數 的檢測判 斷,控制開關電路 ( 採用肖基二極體 ) 的開通和關斷,達到各種控制和保護的功能。 本太 陽能控制器 具有 以下主要功 能

1.過充保護: 充 電電壓高於保護 電壓 時,自動關 斷對蓄 電池充 電; 此後當 電壓掉至維持電壓 ( 13.s v) 時,蓄電池進入 浮充狀態,當蓄電池 電壓低於恢復 電壓 後浮充關 閉,進入均充狀態, 到達 1 4.V5 後充電關 閉。

2.過放保護; 當蓄電池 電壓低 於保護 電壓 時,控制器 自動關 閉輸出以保護蓄 電池不受損壞。 當蓄 電池再次充電後, 又能 自動 恢復供 電。

3.負載過流及短路保護: 負載電流超過 10A 或負載短路後,自動關 閉電源 輸出。

4.過壓 保護: 當 電壓過高時,自動關 閉輸出,保護 電器不受損壞。

5.具有防反充功 能: 採用肖基二極體防止蓄 電池 向太陽能電池充 電。

6.具有防雷擊功能: 當出現雷擊的時候, 壓敏 電阻可 以防止雷擊, 保護控制器不受損壞。

7.太陽能 電池反接保護: 太 陽能 電池“ +” “ - ” 極性接反, 糾正後可繼續使用。

8.蓄 電池反接保護。

9.蓄 電池開路保護: 萬一蓄 電池開路, 若在太陽能 電池正常充 電時。控制器將限制負載兩端 電壓, 以保證負載不被損傷, 若 在夜間或太 陽能 電池不充 電時,控制器 由於 自身得不 到電力, 不會有任何動作。2 94 脆藺廣東省航海學會

10.具有溫度補償功能。

控制器設計

1.當蓄電池 電壓處於正常情況下,單片機控制的開關電路開通, 此時太陽能 電池 向蓄電池充電; 當蓄 電池 電壓 達到 13.2v 時,此 時處於浮充狀態; 當蓄 電池 電壓高於設定的過充點14.5v時,此時充電迴路進行短路保護, 停止充電; 當蓄 電池 電壓下降到 13.5v時,恢 復正常充 電狀態。

2.當蓄電池 電壓低於設定的過放點 10.5v時, 單片機控制的輸 出截止, 此 時負載無輸出; 當蓄電池 電壓達到 12.4v 時, 單片機控制輸出電路導通,此時負載過放恢復正常。

3.顯示電路。 此控制器採用兩個雙色 LDE 發光二極體顯示充、放電狀態,A 亮紅燈 為正常充電: B 綠燈表示 電池己充滿; C 紅燈閃爍為電池 電壓過低或 電池接 觸不 良。兩個雙色 LDE 發光二極體顯示非常直觀, 給用戶帶來了方便。

4.溫度補償。蓄電池 的容量是隨溫度的變化而變化 的, 溫度升高,蓄 電池 的容量將上升, 溫度下降,蓄電池的容量將減少。 如果充放 電流維持 不變,相應 的充放 電率將改變, 不 同的充放 電率對應著不 同的過充、 過放點, 因此要採用溫度補償對蓄電池進行保護。 根據標準溫度補償的範圍為-3 ~ -7mV / ℃ / 節,我們 取中間值- 5 mV / ℃ / 節。 因熱 敏電阻MF58 在 - 5 ~ 45 ℃ 其阻值有近似的線形關係, 可 以實現溫度補 償。環境溫度變化時,熱敏電阻的阻值會隨溫度的變化而變化。 單片機通過採樣溫度參數, 將採樣值與存儲在單片機內的 電壓值比較, 對蓄電池的充電電壓、 放電電壓進行適當控制,從而保護蓄電池。

5.充電方式採用脈衝充電, 其對電池有去硫化的作用,對新電池有抑制電池硫化的功能。