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电池电量检测 - 自适应太阳能路灯控制器设计案例

电池电量检测 - 自适应太阳能路灯控制器设计案例

4)亮度的自适应调节
  通常太阳能路灯厂家为了保证连续阴雨天的正常工作,只一味地加大蓄电池容量,一般蓄电池的容量可达电池板容量的5倍,其实这样做并不能解决问题。因为阴雨天工作的可靠性并不取决于电池的容量,而是由很多因素平衡而定的。根据当前地理位置,季节,时间,气象条件,光的辐射量,浮尘浓度,工作环境以及剩余电量,自适应调节灯的亮度,合理分配能量。由于设计为纯太阳能供电,不考虑双电源情况,所以要想提高系统可靠性,唯一的方案就是牺牲灯的亮度。
  根据当天用电前的剩余电量和当天的充电量来进行白适应调节,在保证正常照明的同时,使电池的工作点长期保持在高电位,并且使充放电深度在30%以下,根据电池循环寿命曲线,可以延长电池寿命4-5倍,有效降低太阳能路灯的成本,提高可靠性。以下将分别阐述剩余电量和充电量的计算过程。
  2.2.1 电池电量检测
  1)电量检测的算法
  大量的实验数据表明,电池老化时蓄电池的内阻与电荷之间有较高的相关性(0.88左右),蓄电池完全充电和完全放电时的内阻相差2-4倍,所以通过测量电池内阻可较准确地检测电池电量。
  2)建立内阻一电量一循环周期的关系曲线
  为了得到实时剩余电量值,要建立一个电量和内阻之间关系的数据库。
  以时间为标准,就可以建立起内阻一电量一循环周期的关系曲线,然后通过Matlab的曲线拟合功能得出内阻,电量以及循环周期的关系式。蓄电池内阻与剩余电量关系曲线如
  图3所示,剩余电量随着内阻的增大而成指数趋势减小。

  


  3)在线检测电量
  在太阳能路灯工作开始之前检测出剩余电量,采用交流压降内阻测量法测得内阻值,通过查做好的数据表,并进行数据校正,得到对应的电量值。
  给电池施加一个固定频率和固定电流(日前一般使用l kHz频率、50 mA小电沆),然后对其电压进行采样,经过整流、滤波等一系列处理后通过运放电路计算出该电池的内阻值。图4为在线测量剩余电量硬件框图。

  


  2.2.2充电量计算
  充电量是通过太阳能电池板接收辐射强度和电池板面积计算得到的。太阳能电池板接收辐射强度为单日辐射强度与sin a的乘积,其中a为正午太阳辐射与电池板的平均夹角。电池板面积可参考配置计算部分的内容,并且经过优化得到的。
  2.2.3剩余电量计算
  通过计算电流在时域上的积分,可得出电量变化值,在路灯工作前检测到的电池电量作为初始电量,则剩余电量为初始电量减去电量变化值。同时通过对MPPT电路的输出电流做积分,作为电量变化的校正值,从而得到较准确的剩余电量值。图5为剩余电量计算流程图。

  

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