充电电路设计 - 一种混合储能的太阳能充电器设计

3  充电电路设计

　　图2 所示为基于U C3909 太阳能蓄电池充电器电路框图， 光伏阵列经过电压电流采样再经模数转换将数字信号反馈至单片机， 单片机根据光伏阵列的工作状况输出PWM 信号去驱动PMOS 管， 实现对光伏阵列的最大功率跟踪。超级电容器组、DC/ DC 变换器、UC3909 用来实现对阀控铅酸蓄电池的四阶段充电控制， 并利用超级电容的特性优化充放电过程。本文侧重对超级电容器组、U C3909 及DC/ DC 变换器等部分实现对阀控铅酸蓄电池四阶段的充电分析及设计。

图2  系统框图

　　3. 1  UC3909 充电器主要参数设计

　　基于UC3909 的充放电电路如图3 所示。

图3  基于UC3909的充放电电路

　　根据UC3909 内部集成电路及光伏阵列、超级电容参数并结合阀控铅酸蓄电池的容量及额定电压等参数对电路各个部分进行合理计算设计。本设计使用赛特公司生产的12 V, 65 Ah胶体密封铅酸蓄电池， 根据厂家提供的蓄电池充电参数， 浮充电压UF 取13. 8 V,充电使能电压UT 取10. 8 V; 过压充电电压UOC 14. 7V; 涓流充电电流I TC 取0. 26 A; 恒流充电电流I BU LK 取系统最大充电电流6. 5 A; 过充终止电流IOCT 取1 A.

　　根据以上厂家所提供的蓄电池参数， 参照UC3909 芯片资料及相关参考文献，计算U C3909 外围元件参数， R S1、RS2 、RS3、RS4计算公式如下：

　　式中， UREF 为UC3909 内部基准电压2. 3 V.代入相关值计算得（ R S1、RS2、RS3、RS4 分别为245 k Ω 、16 kΩ  、53kΩ 、975 kΩ 。

　　另外， 可以根据流入U C3909 内部电流误差放大器反向输出端CA 的固定控制电流ITRCK 、涓流充电电流I T 、恒流充电电流IBULK及过充终止电流IOCT 计算得出RG1、RG2 , R OVC1和ROVC2 , 其基本计算公式如下：

　　RSET 取11. 5 k  , 电流采样电阻RS 取55 m  , 代入式（ 5）、（ 6） 得：

ROVC1和R OVC2满足以下关系式:

　　最终ROVC1和ROVC2 分别选取为1 k Ω  , 10 kΩ 。

　　3. 2  铅酸蓄电池的温度补偿

　　光伏系统中的铅酸蓄电池一般与太阳能板一起安装在户外， 而周围温度的变化对铅酸蓄电池的性能有重大影响， 有研究表明，铅酸蓄电池的浮充电流对温度极为敏感， 温度每变化10℃, 浮充电流成倍增长， 对于本设计中用到的蓄电池， 根据厂家提供的参数， 同一浮充电流下， 其温度系数为- 3. 9 mV/ ℃  , 也就是说如果要防止浮充电流增加， 当温度升高1   时， 其浮充电压应该降低3. 9 mV ; 同理， 当温度降低1   时， 其浮充电压应该升高3. 9 mV才能保持浮充电流不变。

图4  铅酸蓄电池温度补偿电路

　　U C3909 内部集成了具有铅酸蓄电池温度补偿功能的电路如图4 所示， A1 为电流/ 电压转换元件， 其输入端分别接10 kΩ   普通电阻及10 k Ω  热敏电阻。A2 与外接四个20 kΩ  电阻组成差动运算放大电路。RT HM 一般贴附在铅酸蓄电池的表面壳体用于检测其温度， 当铅酸蓄电池内部温度变化时， 通过热敏电阻RTHM 的反馈使U C3909 的基准电压2. 3 V 也随温度按- 3. 9 mV/℃ 的温度系数变化。从而确保铅酸蓄电池在浮充状态下准确工作于安全的浮充电压， 保护了铅酸蓄电池。