关断储能太阳光伏电池充电电路的分析与设计.doc

关断储能太阳光伏电池充电电路的分析与设计 第29卷第4期 2008年4月 太阳能 ACrAENERGIAES0LARIsSINIcA V01.29.No.4 Apr.,2O08 文章编号-0254.0O96(2O08)O4.04O4.03 关断储能太阳光伏电池充电电路的分析与设计 高歌 (上海工程技术大学,上海201620) 摘要:介绍了一种关断电路,能够将太阳光伏电池的输出电压稳定在最佳状态,保持稳定的充电电流,可延长蓄 电池的使用寿命.电路通过储能设计,使太阳能转换的电流尽可能被储存,以提高能量利用效率. 关键词:太阳能;充电控制器;效率 中图分类号-TK513文献标识码:A tI引罱 由于太阳光伏电池产生的电流受光照影响,具 有随机性和间歇性,如何将已转换的电能最大可能 地存储并输出,以及保证对储能蓄电池进行合理地 充放电,延长蓄电池使用寿命等问题,直接关系到太 阳能应用的效果及整套装置的运行费用. 随着对太阳能的广泛使用,对功率转换器的效 率提出了更高的要求.近年来,对太阳光伏组件充 电控制装置的研究方向主要是:①最大限度将已转 换的电能充分地储存和输出;②降低一次性投资和 运行维护费用.本文研究的内容是在太阳能光电转 换装置的主电路中增加储能部件,通过降压升流和 关断储能的电路设计,使光伏组件工作在最大功率 输出状态,达到充分利用太阳能,改善充电电流以保 护蓄电池,降低装置运行成本的目的. 1光伏电池的工作特点 太阳光伏电池将光能转化为电能,当光照一定 时可视为恒流源.将若干个光电元件串并联,其伏 安特性曲线见图1.由图可见,端电压为时,输 出功率可最大.为了最大限度地利用太阳能,应使 端电压尽可能维持在,这正是本文中所要解 决的问题. 太阳光伏电池对蓄电池的充电方式不同于电网 电源充电,其端电压受负载影响而变化,不能保 证对蓄电池以恒压方式充电.因此,在主电路的设 计中要考虑光伏组件与负载的隔离问题以及适当选 择电路参数以稳定充电电流. 图1光伏电池的伏安特性 Fig.1PhotovoltaicVCR 2充电装置的主电路结构 光伏电池充电主电路见图2. IJ.土』Vv_. IC享厂 =i=-voEI『d一 -IJ 图2主电路结构 Fig.2Maincircuit 根据太阳电池组件的电压与蓄电池电压E 的匹配要求,选择PWM降压斩波DC.DC转换电路 设计充电主电路. 用MOS管和电感进行降压斩波,提升组件的端 电压.电感用于改善纹波,并在MOS管关断时产 生续流,实现降压升流的作用.当MOS管关断时, 输入,输出之间被隔离. 收稿日期:20064)4-13 通讯作者:高~(1957--),女,副教授,主要从事网络化电子测量与微机控制系统的研究.dfgaoge@163.corn 4期高歌:关断储能太阳光伏电池充电电路的分析与设计405 电容C的作用一是在MOS管通态时稳定组件 的端电压,使之保持在呻.附近,提高组件的输出功 率;二可以提供一定的充电电流,进一步达到降压升 流的作用;三是MOS管关断时,光伏电池仍能对电 容继续充电储存能量,提高太阳能的利用率;四可以 减小充电电流对蓄电池的冲击,保护蓄电池. 3主电路参数计算 将电路分为通态和断态两种情况讨论. 3.1MOS管通态时的充电电流的计算 MOS管处于通态时设充电电流为i,由充电等 效电路,得微分方程为: 鲁+威+E= 其解: ~10e-譬+(1)(1) 式中,..——充电时的初始值. 3.2MOS管断态时的充电电流的计算 MOS管处于断态时设电流为i,等效电路方程 为: +Ri+E:0 dtuu 其解: = (12o+)e一E(2) 式中,——续流的初始值. 当电路连续工作时,有: jm=i()(3) ,加=i(t)(4) 其中,卜冈关断周期. 3.3电路主要参数的计算 由于MOS管通态时电路中既有电感又有电容, 当电感太大时会出现振荡,而太小又会断流,因此, 需对其进行分析计算. 根据通态等效电路可得: c+:E 从降压升流考虑,取值大些较好,但由二阶等 效电路分析,应满足: lt;c(5) 由于电路中的电阻R较小,若取得较大的电 感,需选择较大的电容. 当MOS管关断时,为充分利用太阳能,使电池 组件仍保持在最大功率输出,电容c,电容电压M 和充电电流Impp的关系有:M=Vs,,呷=c.光 伏组件电压在关断期间的变化为△,则: = c 电容参数:c= 其中,卜PWM的控制频率,其数值与蓄电池的充 电要求有关;a——PWM的占空比,a=.根据光 伏电池组件的端电压和蓄电池端电压E的数值 确定a: E=aVs 当光伏组件的和蓄电池的电压E给定后, 根据上述计算选择电路参数,c和占空比a,可有 效提高充电效率. 4测试数据与波形比较 通过对主电路测试结果表明