太陽能鋰電管理設(shè)計技巧

1、太陽能鋰電管理設(shè)計技巧摘要：本文通過討論太陽能電池的工作原理和電氣輸出特性，電池充電系統(tǒng)要求以及匹配太陽能電池特性的系統(tǒng)解決方案，最終解決從太陽能電池獲取最大的功率的問題。標(biāo)簽：太陽能鋰電池，太陽能鋰電管理，電源管理，移動電源方案正文：太陽能電池是一對光有響應(yīng)并能將光能轉(zhuǎn)換成電力的器件。P型晶體硅經(jīng)過摻雜磷可得N型硅，形成PN結(jié)。當(dāng)光線照射太陽能電池表面時，一部分光子被硅材料吸收光子的能量傳遞給了硅原子，使電子發(fā)生了越遷，成為自由電子在

2、PN結(jié)兩側(cè)集聚形成了電位差，當(dāng)外部接通電路時，在該電壓的作用下，將會有電流流過外部電路產(chǎn)生一定的輸出功率。這個過程的實質(zhì)是：光子能量轉(zhuǎn)換成電能的過程。太陽能IV特性一般地說，太陽能電池由pn結(jié)構(gòu)成，其中的光能(光子)引起電子和空穴的重新組合，產(chǎn)生電流。因為pn結(jié)的特性類似于二極管的特性，如圖1所示的電路通常被用于簡化太陽能電池的特性。圖1：簡化的太陽能電池的電路模型。電流源IPH產(chǎn)生的電流正比于落在太陽能電池上的光量。在沒有負(fù)載連接的時

3、候，幾乎所有產(chǎn)生的電流都流過二極管D，其正向電壓決定太陽能電池的開路電壓(VOC)。該電壓的變化嚴(yán)格地取決于每一種類型的太陽能電池。但是，對于大多數(shù)硅電池，其0.5V到0.8V之間的電壓范圍恰好就是pn結(jié)二極管的正向電壓。并聯(lián)電阻(RP)代表實際太陽能電池中出現(xiàn)的微小泄漏電流，Rs代表連接損耗。隨著負(fù)載電流增加，由太陽能電池所產(chǎn)生的大部分電流被分流到二極管并進(jìn)入負(fù)載。對于大多負(fù)載電流的數(shù)值，這只對輸出電壓有很小的影響。圖3：太陽能電池輸

4、出特性。優(yōu)化充電器設(shè)計以從太陽能板獲得最大的功率。跟蹤太陽能板系統(tǒng)的MPP的途徑有多種，這些常常相當(dāng)復(fù)雜，特別是在諸如衛(wèi)星通信這樣的重要任務(wù)系統(tǒng)中。然而，在許多對成本敏感的應(yīng)用中，極其精確的MPP跟蹤方案卻是不必要的。所有的要求就是以簡單、低成本的解決方案儲存大約90%的可用能量。充電控制系統(tǒng)如何使太陽能電池以接近MPP的方式工作呢動態(tài)功率路徑管理(DPPM)技術(shù)可以滿足跟蹤MPP所面臨的這種挑戰(zhàn)。太陽能板被用做為單顆鋰離子電池充電的電

5、源。太陽能板由若干串在一起的電池組成，每一串具有11個串聯(lián)的硅電池，其行為就像電流受到限制的電壓源，其中，電流限度由太陽能板的大小以及照射在上面的光通量來確定。DPPM監(jiān)測因電流受限電源引起的系統(tǒng)總線電壓(VOUT)降。連接到系統(tǒng)總線上的電容(CO)開始放電，一旦系統(tǒng)所需要的電流和電池充電器的電流大于太陽能板所提供的電流，就會造成系統(tǒng)的總線電壓開始下降。當(dāng)系統(tǒng)總線電壓跌落到預(yù)設(shè)的DPPM閥值的時候，電池充電控制系統(tǒng)就把系統(tǒng)總線電壓調(diào)節(jié)到

6、DPMM閥值。ZS6078是一款可使用太陽能板供電的PWM降壓模式單節(jié)磷酸鐵鋰電池充電管理集成電路，獨(dú)立對單節(jié)磷酸鐵鋰電池充電進(jìn)行管理，具有封裝外形小，外圍元器件少和使用簡單等優(yōu)點。ZS6078具有涓流，恒流和恒壓充電模式，非常適合磷酸鐵鋰電池充電管理。在恒壓充電模式，ZS6078將電池電壓調(diào)制在3.625V；在恒流充電模式，充電電流通過一個外部電阻設(shè)置。當(dāng)輸入電源的電流輸出能力降低時，內(nèi)部電路能夠自動跟蹤太陽能板的最大功率點，用戶不需