蓄電池優良的特性和較長的使用壽命在一定程度上取決于正確的充放電，錯誤的充電會使蓄電池壽命縮短、性能變差。合適的充電電流和選擇充電方法非常重要。
蓄電池的充電方法很多，例如恒流、恒壓、最大功率跟蹤充電等。根據蓄電池的不同應用場合，可選擇相應的充電方式。
在光伏利用系統中，太陽電池的輸出特性與當時日照、太陽電池表面溫度以及負載有關，且具有非線性特性，蓄電池在充電過程中其端電壓也在不斷發生變化。
在獨立太陽能發電系統中，為了降低成本、提高效率和可靠性，既要使光伏電池輸出最大功率，又要使蓄電池正確充放電，同時還要最大限度地利用所發電能。在目前的光伏系統中，這三者的實現存在矛盾，通常只能兼顧一個方面，例如只追蹤光伏電池最大功率點將會放棄蓄電池的最佳充放電，從而限制了系統的效率和壽命。因此我們在選擇充電方法時應綜合考慮各種因素、使用場合等來設計性能優良的充電控制器。
1 充電控制器原理
本文所設計的充電控制器采用了斬波式PWM原理，分兩個階段，第一階段為快充階段，第二階段為PWM 階段(慢充階段)。
圖1所示電路采用斬波式PWM 充電原理，檢測蓄電池的充電端電壓，將檢測得到的蓄電池端電壓與給定點電壓比較，若小于給定電壓，斬波器全通，迅速給蓄電池充電; 當蓄電池的電壓大于給定電壓時，則根據比例調整功率管的占空比，充電進入慢充階段，改善充電特性，防止過充。
2 充電電路的設計
充電控制的開關管(斬波管)選用POWER MOFFETIRF4905。此管是P 溝道的MOFFET 管， 具有小導通電阻， RON=20mΩ，最大通態電流ID=74A (條件溫度25℃， VGS=-10V)，開關速度快，具有很好的開關性能。當此管柵源電壓VGS<-8.0V 時，此管作為開關管就有很好的開關性能。又因為此管為P 溝道，很容易把基準電壓選在一個點上， 則系統的可靠性會得到較大提高。
(1)IRF4905 MOFFET 管的驅動電路的設計在圖2所示電路原理圖中，MBR2060 是肖特基二極管，其中正向導通壓降為0.3V，最大導通電流為20A，完全滿足系統要求。此二極管的作用是防反充，也就是當蓄電池電壓高于太陽電池電壓時，二極管截止，防止了蓄電池向太陽電池反充電。
D52 是一個防止蓄電池正負極性反接的保護二極管，即當蓄電池反接時，D52正向導通，電流很大，熔斷絲即可燒斷，電路斷開，從而保護了控制器和蓄電池，提高了系統的可靠性。
圖2 充電控制電路圖單片機(P2.0)給出充電的控制信號，即P2.0=1，NPN 型S9013 的三極管導通，由于此三極管工作于射極輸出狀態， 其發射極為高電平，Q54 (2SD667)NPN 三極管導通，由于穩壓管D50的作用， 使得IRF4905管的柵源電壓鉗位在-10V，IRF4905 管導通，太陽電池向蓄電池充電。反之，前兩極三極管均截止VGS=0V，IRF4905 管斷開，太陽電池不能向蓄電池充電。
3 脈寬調制充電子程序流程
脈寬調制子程序完成太陽電池向蓄電池以脈寬調制的方式充電，控制器根據蓄電池的荷電狀態來控制白天太陽電池向蓄電池充電，其目的是為了改善充電效果和保護蓄電池，防止蓄電池過充。
具體方案是，當檢測到蓄電池的電壓小于13.5V時，開關管始終接通，即采取全通充電方式，如果檢測到蓄電池電壓大于13.5V 并小于14.4V 時采取脈寬調制方式充電，隨著蓄電池電壓的增加，脈寬不斷的變窄，直到蓄電池端電壓上升為14.4V 時，脈寬檢校為0，停止充電。脈寬調制方式由軟件來實現。
我們取脈沖的周期為2ms，MOS管的開關頻率為500Hz。
當蓄電池的電壓Vbat=14.05V時， 其脈寬波形如圖4所示。
當蓄電池的電壓Vbat=14.22V 時，其脈寬波形如圖5所示。
4 結論
對所設計的充電電路進行了充電實驗，驗證了電路的預設功能。系統能夠有效判斷蓄電池的充電狀態，并采取相應的充電方式，達到延長蓄電池使用壽命的目的。 |
