更新时间：2022-08-25 13:55
充电控制器是一类为了保护蓄电池、防止过充电而在绝大部分的太阳能发电系统中安装的自动充放电控制器件，其最基本功能为当蓄电池饱满时切断充电电流，由于各种蓄电池的充电特性不同，所以，应根据电池类型来选择所使用的充电控制器。
太阳能电池板是太阳能光伏系统中的核心部分，其作用是把太阳的辐射能转换为电能。太阳能电池采用单晶硅、多晶硅、光伏薄膜电池等，其原因是将其做成类似二极管中的 P-N 结。其工作原理与二极管类似。只不过在二极管中推动 P-N 结空穴和电子运动的是外部电场，而在太阳能电池中推动和影响P-N 结空穴的电子运动方向的是太阳光能,也就是通常所说的“光生伏特效应原理”。由光能推动的电子的定向运动而产生电源,也即发电。太阳能电池是由很多P-N结串联或并联的组合件 (串联得到较高的使用电压，并联得到较大的应用电流 )。一般情况下,要求对太阳能所产生的电能尽可能地加以利用, 因此要求充电电路 (在电池电量未足时)做到充电电流最大化,即充电电路阻抗最小。所以控制电路还应采用有功率跟踪控制。
蓄电池作为太阳能系统配件不可缺少的一份子,是把太阳能光伏电能转化成化学能储存起来的装置。就12V蓄 电池来说,正常情况下电压为12.4v-12.8v(胶体电池达到13伏)。正常的铅蓄电池在放电时形成硫酸结晶,充电时还原为铅, 如果电池经常充电不足或过放电、电池长期存放等都会硫化, 其负极上就会形成一种粗大坚硬的难以接受充电的硫酸铅结晶,此现象被称为“ 不可逆硫酸盐化”( 简称电池硫化 ), 轻则硫化会降低电池的容量,电池内阻增大,严重时则极板失效、报废。因此蓄电池的使用和维护正确与否对蓄电池的使用寿命影响甚大 。
正常的使用应注意:
1) 终止电压: 指电池放电时, 电压下降到电池不宜再继续放电的最低工作电压值。(12V铅酸蓄电池最低使用 电压为10.5V)。
2) 过放电: 电池若是在放电过程中超过电池放电的终止电压值还继续放电时,就可能造成电池内压升高,正负极、活性物质的可逆性遭到损坏,使电池的容量产生明显减少。
3) 过充电: 在充电过程中电池的电压会随着储存电量的增加而逐渐上升, 当电池储存的电量达到饱和、电极材料无法继续分解时,若继续充电则电解液会产生电解,并且在阳极产生氧气,在阴极产生氢气,气体会从蓄电池中溢出, 造成电解液减少,且会在电池内部造成压力( 尤其是密封电池 )上升, 会对电池内部结构造成破坏, 这种现象称为过充电 (铅酸蓄电池一般允许充电电压不超过14.5 v)。鉴于太阳能充电控制系统具有上述特性, 为了延长蓄电池的使用寿命, 必须在蓄电池前端设置充放电保护电路。
基于太阳能的一般配置原则, 如:
1) 太阳能电池功率必须比负载功率高出 4 倍 以上。
2) 蓄电池容量必须负载日耗量高 6 倍以上 为宜。 因蓄电池容量过大,蓄电池始终处于亏电状态, 影响电池寿 命。
3) 蓄电池每月至少应有充满几次状态。 负载应选择低能耗用电器,如 LDE ( 发光二极管等)。
1) 当蓄电池充 电达到浮充值 ( 设定为 14.5v) 时,控制器启动卸载电流功能,防止电池过充;
2) 当电池出现过放 现象 ( 10.5v) 时, 控制器启动卸载负载;
3) 任何控制器故障不影 响航标灯正常工作;
4 ) 防水防腐 IP76级 ;
5) 控制器功耗要小 ; 输出电流大;
6) 安装简便,能直观预判断蓄 电池当前状态。
太阳能控制系统由太阳能电池板、蓄电池 、控制器和负载组成,系统框图如图1所示 。
控制电路采用新 型的芯片, 该芯片通过 对太阳能 电池板电压、 蓄电池 电压、 环境温度等参数 的检测判 断,控制开关电路 ( 采用肖基二极管 ) 的开通和关断,达到各种控制和保护的功能。 本太 阳能控制器 具有 以下主要功 能
1.过充保护: 充 电电压高于保护 电压 时,自动关 断对蓄 电池充 电; 此后当 电压掉至维持电压 ( 13.s v) 时,蓄电池进入 浮充状态,当蓄电池 电压低于恢复 电压 后浮充关 闭,进入均充状态, 到达 1 4.V5 后充电关 闭。
2.过放保护; 当蓄电池 电压低 于保护 电压 时,控制器 自动关 闭输出以保护蓄 电池不受损坏。 当蓄 电池再次充电后, 又能 自动 恢复供 电。
3.负载过流及短路保护: 负载电流超过 10A 或负载短路后,自动关 闭电源 输出。
4.过压 保护: 当 电压过高时,自动关 闭输出,保护 电器不受损坏。
5.具有防反充功 能: 采用肖基二极管防止蓄 电池 向太阳能电池充 电。
6.具有防雷击功能: 当出现雷击的时候, 压敏 电阻可 以防止雷击, 保护控制器不受损坏。
7.太阳能 电池反接保护: 太 阳能 电池“ +” “ - ” 极性接反, 纠正后可继续使用。
8.蓄 电池反接保护。
9.蓄 电池开路保护: 万一蓄 电池开路, 若在太阳能 电池正常充 电时。控制器将限制负载两端 电压, 以保证负载不被损伤, 若 在夜间或太 阳能 电池不充 电时,控制器 由于 自身得不 到电力, 不会有任何动作。2 94 脆蔺广东省航海学会
10.具有温度补偿功能。
1.当蓄电池 电压处于正常情况下,单片机控制的开关电路开通, 此时太阳能 电池 向蓄电池充电; 当蓄 电池 电压 达到 13.2v 时,此 时处于浮充状态; 当蓄 电池 电压高于设定的过充点14.5v时,此时充电回路进行短路保护, 停止充电; 当蓄 电池 电压下降到 13.5v时,恢 复正常充 电状态。
2.当蓄电池 电压低于设定的过放点 10.5v时, 单片机控制的输 出截止, 此 时负载无输出; 当蓄电池 电压达到 12.4v 时, 单片机控制输出电路导通,此时负载过放恢复正常。
3.显示电路。 此控制器采用两个双色 LDE 发光二极管显示充、放电状态,A 亮红灯 为正常充电: B 绿灯表示 电池己充满; C 红灯闪烁为电池 电压过低或 电池接 触不 良。两个双色 LDE 发光二极管显示非常直观, 给用户带来了方便。
4.温度补偿。蓄电池 的容量是随温度的变化而变化 的, 温度升高,蓄 电池 的容量将上升, 温度下降,蓄电池的容量将减少。 如果充放 电流维持 不变,相应 的充放 电率将改变, 不 同的充放 电率对应着不 同的过充、 过放点, 因此要采用温度补偿对蓄电池进行保护。 根据标准温度补偿的范围为-3 ~ -7mV / ℃ / 节,我们 取中间值- 5 mV / ℃ / 节。 因热 敏电阻MF58 在 - 5 ~ 45 ℃ 其阻值有近似的线形关系, 可 以实现温度补 偿。环境温度变化时,热敏电阻的阻值会随温度的变化而变化。 单片机通过采样温度参数, 将采样值与存储在单片机内的 电压值比较, 对蓄电池的充电电压、 放电电压进行适当控制,从而保护蓄电池。
5.充电方式采用脉冲充电, 其对电池有去硫化的作用,对新电池有抑制电池硫化的功能。