Um sistema de alimentação de armazenamento de energia de células solares com base no conversor bidirecional
0 Introdução
Com o rápido desenvolvimento econômico, à beira do esgotamento de energia convencional, energia solar, energia eólica, energia das marés e outra nova energia está sendo cada vez mais valorizado pelas pessoas . Que, devido ao infinito, generalizada, não-poluentes solares e muitas outras características, tem uma ampla gama de aplicações .
Enquanto vantagens solares significativas, mas as mudanças no clima e outros fatores ciclos diurnos para que haja alguma incerteza no armazenamento . Precisa ser adicionado no sistema de armazenamento de energia de bateria de um sistema de energia solar, os sistemas actuais, convencionais solares de armazenamento de energia são tipicamente sistema unidireccional conversor de energia baseado em armazenamento e fornecimento de energia que consiste de dois . Um sistema de armazenamento de energia, a célula solar carregado com um conversor DC-DC, sistema de fornecimento de energia, a célula solar para a bateria possui um conversor DC-DC, a bateria é carregada com um conversor DC-DC . O poder da célula solar para a carga durante o carregamento da bateria, há dois conversores DC-DC no trabalho, cada conversor tem uma perda, a perda será sobreposta dois conversores. A bateria para as perdas de potência de carga também existe um conversor. Assim, um tal sistema de fornecimento de energia de duas vias com base na armazenagem elástica perdas no inversor, a utilização de energia solar é baixo. Entretanto, tal configuração do circuito é de um tamanho do circuito relativamente complexos e grandes, alto custo e controlo complicado.
Em resposta a estes problemas, o projeto do sistema de armazenamento de energia da bateria alimentado por energia solar baseada no conversor bidirecional. O sistema selecciona um caminho através do microcontrolador, uma unidade bidireccional passo-se DC-DC convertendo - a função Buck. Além disso, o microcontrolador detecta e parâmetros de ajuste, e usando o visor, e semelhantes possuindo funcionalidade interactiva.
1 A estrutura do sistema e princípio de funcionamento
Sistema de armazenamento de energia de pilhas com base no conversor bidireccional principalmente pelo módulo de microcontrolador, módulo de conversor DC-DC e um módulo de comutação, em particular no diagrama constituição sistema de fornecimento de energia mostrado na Figura 1.
módulo de conversor DC-DC, Buck-impulsionar principalmente pelo circuito principal, um circuito fechado de realimentação de tensão-corrente e uma corrente de componentes de circuito de controlo. O módulo de célula solar é implementado para uma carga, a célula solar para a bateria e a bateria para o conversor de tensão de carga e um controlo de corrente do circuito.
módulo microcontrolador, um microprocessador, botões, potenciómetros e componentes do visor OLED. Potenciómetro no circuito da corrente de saída, enviar a chave pode ser alta e baixa para o microprocessador, o microprocessador altera o valor da resistência do potenciómetro, ajustando assim o valor da corrente de saída.
módulo de switch, um SC1 switch, SC2, SC3, composição SC4. Interruptor SC2, SC3, SC4 fechado, SC1 é desligado, a bateria solar para a carga durante o carregamento da bateria. interruptor SC3 desligado, o SC1 switch, SC2, SC4 é fechado, a bateria através do conversor DC-DC para alimentar a carga.
A luz adequada para o sistema está a trabalhar e inadequadas dois estados de operação, quando a luz adequada, o interruptor de SC2, SC3, SC4 fechado, SC1 é desligado, a célula solar para alimentar a carga, enquanto que a célula solar pode também ser um conversor CC-CC pela o carregamento da bateria. Dependendo da voltagem da célula solar e a tensão da bateria, o microcontrolador pode definir a entrada para a saída de um modo de Buck ou modo amplificado; Quando a luz é insuficiente, a tensão da bateria solar cai abaixo de um valor definido, neste momento, SC3 interruptor desligado, o interruptor de SC1, SC2, SC4 está fechada, a descarga da bateria inversa por conversor DC-DC para manter uma tensão estável através da carga.
O módulo de função módulo de comutação e de conversão DC-DC para conversor bidireccional na combinação modo de trabalho. Quando o sistema funciona, o amplificador operacional através de um sinal de tensão resistor de amostragem é transmitido para o interno para a corrente microcontrolador, entrada e saída da bateria detectada em tempo real. O microcontrolador pode alterar a resistência do potenciómetro digitais, de acordo com o circuito de saída de corrente, a corrente de saída mudança passo, o passo até ao valor teórico de 0,001 A. Bloqueio díodo D1, o conjunto de baterias para impedir o fornecimento de corrente anti vertida entre a célula solar e uma célula solar conversor DC-DC.
2 Sistema de desenho do circuito
princípio da conexão do sistema mostrado na Figura 2, porque o microprocessador para recolher a tensão dividindo resistências partes, a capacidade de processamento é necessária para ter um ADC interno. Entretanto, dependendo da tensão de entrada e saída, o microprocessador para controlar a comutação dos diferentes ligar e de desligar, é necessário dispor de um temporizador interno, o sistema não exceda a frequência de comutação de 500 kHz. Para cumprir o acima tarefas de monitorização, os microcontroladores unidade de controlo de 32 bits ARM (MCU) STM32F103C8T6. Um sistema de controlo utilizando um modo de detecção de comutação microcontrolador chave, tarefas de visualização do ecrã. Enquanto isso, o microcontrolador também monitora tensão de entrada e de saída em tempo real, a sobrecarga bateria e sobre a proteção de descarga.
Usando LT8705 comutação controlador regulador, o qual pode ser maior do que a tensão de entrada, menos do que ou igual ao funcionamento de tensão de saída. O dispositivo está configurado com quatro condutores de porta N-canal MOSFET do circuito periférica, com uma corrente integrada de entrada, tensão de entrada, a corrente de saída, circuito fechado de realimentação de tensão de saída e tendo uma ampla gama de tensão de entrada e a tensão de saída.
Um DC-DC unidade LT8705 comutação controlador regulador e o seu interruptor periférica quatro MOSFET (M1 ~ M4), a indutância L, e a configuração da protecção de entrada de resistência e condensador filtro de saída, indicada pela caixa a tracejado na FIG. 12. Onde, M1 e M3 é um interruptor principal, M2 e M4 para o interruptor retificador síncrono.
Quando a tensão de entrada VIN é significativamente maior do que a tensão de saída Vout, o circuito está num modo de Buck, neste momento, M4 tubo está num estado condutor, M3 é no estado desligado. O transístor de comutação M1 e M2 são alternadamente ligado, o que é semelhante a um regulador de comutação síncrono Buck. Quando proporção VIN VOUT de menos de 3 V, o circuito está num modo de impulso, neste momento, no estado de condução Ml, M2 no estado de desligado. Alternadamente o transistor de comutação M3 e M4 é ligado, o qual é semelhante a um regulador de impulso de comutação síncrona. Quando VIN VOUT superior a 3 V, o circuito opera em um Buck - modo de impulso. interruptor combinação M1, M2 e M3, M4, de acordo com o tempo foi ligado ou desligado.
LT8705 integrado no amplificador de erro 4, mostrado na Figura 3, é possível limitar ou ajustar a corrente de saída (EA1 é), a corrente de entrada (EA2), a tensão de entrada (EA3) e tensão de saída (EA4). fórmula corrente de saída é:
Em que RS é a resistência de amostragem, IOUT é a corrente através da resistência de amostragem, g é a transcondutância (tipicamente 1 mA / V), R4 é o valor da resistência entre o RH e RW X9111.
Quando o sistema está em funcionamento, a corrente do RS uma queda de tensão através Usense, como a Fórmula (1) de saída, o produto da transcondutância gm Usense é uma corrente que flui através do solo R4, a queda de tensão gerado no amplificador de erro EA1 R4 a mesma voltagem de referência, como mostrado em (2). Ajustando a resistência de R4 pode ajustar o valor de IOUT. Quando o sistema funciona, a queda de pressão através das portas STM32 PD0 capturando o AD620 amplificado RS, é calculado pela fórmula (1) e (2) e a corrente de saída neste momento é apresentada no ecrã do visor. A definição de uma pluralidade de secções dentro dos limiares STM32, capturar o valor corrente de saída cai intervalo de limiar, o intervalo ajustado de acordo com R4 caindo valor limite, mudando assim a corrente de saída correspondente. Cada um dos porta STM32 PD4 envia um impulso de alta, X9111 reduzida resistência 100 , se o valor inicial é igualado a 100 kQ, neste passo de ajustamento do tempo valor teórico de 0,001 A.
Tensão determina a detecção da tensão de entrada e a tensão de saída da ação dividindo resistor RFBOUT RFBIN e FIG. E ajustando RFBIN RFBOUT valor da resistência dividida pode conseguir o papel de ajustar a tensão de saída, a divisão resistor tensão ea relação tensão de entrada-saída é:
O sistema tem uma tensão constante (CV) de carregamento e uma corrente constante (CC) de se carregar duas carregamento. controlo passo pode ser conseguido ajustando a corrente da corrente do amplificador de erro de saída de saída (EA1 é) da resistência externa para ajustar o amplificador de erro tensão de saída (EA3) resistor externo pode ajustar a tensão de saída, o erro regulador de corrente de entrada do amplificador resistência externa (EA2) para ajustar a entrada corrente, regula a tensão de entrada do amplificador de erro (EA4,) para ajustar o valor da resistência de entrada do valor de protecção de subtensão externo.
Uma vez que a corrente de entrada e de saída em amperes, interruptores electrónicos gerais não pode satisfazer as exigências de energia, o interruptor SC1 na Fig. 2, SC2, SC3, SC4 utilizando o interruptor de energia, a estrutura mostrada na FIG. interruptor de potência utiliza dois transistores NPN, PMOS para condução de controlo, em que Q1 é um transistor PNP de baixa potência para o transistor de accionamento. De alta potência de comutação do transistor Q3 baixa resistência em condução FET P-canal. Quando a entrada é alta, voltas Q1 no, que opera na zona de saturação, UC1 e mantida a cerca de 0,3 V, Q2 está desligado, a tensão da porta de Q3 é levantada R3, Q3 está desligado, isto é, desligar; quando a entrada é baixo geralmente, Ql é desligado, UC1 e mantida num estado alto nível, Q2 é ligado, e UC2 aproximadamente igual a 0,3 V, Q3 está ligado de modo que este interruptor está fechado.
Quando a luz adequada, a queda de tensão nas portas RS STM32 PD0 de capturar o AD620 amplificado, boca PA7, PA8 boca, PA10 porta produz um nível elevado, de saída boca baixo PA9, o comutador suave SC2, SC3, SC4 está ligado , SC1 é desligado, tanto o poder de células solares para a carga durante o carregamento da bateria deu como o modo para a frente. Quando a luz é insuficiente, uma baixa queda de pressão sobre o RS, o porto de saída baixo PA8 microcontrolador, PA7 porta, PA9 boca, o nível de saída da porta PA10, o SC3 interruptor é desligado, o alterna SC1, SC2, SC4 está ligado, a célula solar removido a partir da carga, mas também para parar o carregamento da bateria, a bateria começa a fornecer uma carga, o modo de inverso de operação.
3 resultados experimentais
O início padrão do sistema a partir da bateria solar, quando o interruptor S1 é pressionado, o sistema começa a trabalhar na potência, o fluxograma mostrado na Figura 5, em primeiro lugar, o SC1 interruptor é desligado, o SC2 interruptor, SC3 fechada, uma célula solar para começar a alimentar a carga e carregamento da bateria, um carregamento aquisição atual STM32 microcontrolador, se a corrente I de carga eo desvio conjunto é maior, é ajustado X9111 potenciômetro digital, o valor corrente de carga está dentro de um intervalo definido. Se o desvio de corrente de carregamento é de pequena, é determinado se a tensão de entrada for inferior a 10 V, luz insuficiente é determinada quando a tensão de entrada for inferior a 10 V, desta vez do interruptor da bateria de armazenamento de SC3, o interruptor de SC1, SC2 fechada. Quando o interruptor S1 é desligada é detectado, o sistema pára de funcionar. A Fig. 6 mostra a relação entre os diferentes valores de resistência X9111 da corrente de entrada, o intervalo de ajuste entre 1 ~ 2 A, mostrado na Figura 7, a regulação linear.
É conhecido a partir da Fig. 6, o circuito de ajuste da corrente R9111 consistente com o valor teórico, menos do que 0,1% de desvio. É conhecido a partir da Fig. 7, quando a tensão da tensão de saída de 24 V a 36 V, enquanto a taxa de variação da corrente de saída de menos do que 2%.
A Figura 8 mostra a eficiência da conversão da curva de carga do modo de Buck teste, a eficiência de conversão de voltagem de entrada de 3 V, a corrente de carregamento é de 1,5 A, quando a eficiência de conversão atinge 95,12%, a corrente de carga 2 A pode chegar a 97,75%.
A Figura 9 mostra a eficiência da conversão da curva de descarga de teste do modo de impulso, a eficiência de conversão, quando a voltagem da bateria em 24 V, a corrente de carga de 1,5 A de 94,7%. Os resultados experimentais mostram que o sistema de armazenamento de energia não só realiza a função de duas vias carga e descarga, alta carga e descarga eficiência e boa estabilidade.
4 Conclusão
Este artigo apresenta uma realização usando o sistema de armazenamento de energia da bateria de alimentação step-up LT8705 baseado no conversor bidirecional, o sistema - as funções Buck, e um interruptor de alimentação STM32 microcontrolador multiplexação controle de direção do fluxo de corrente, X9111 valor preciso passo de ajuste, de modo que um conversor bidirecional para alcançar a carga da bateria e um circuito de descarga. Após o teste, quando as alterações de carga de corrente de 0,8 A e 2 A, o sistema que tem uma eficiência de conversão de 95% ou mais. Quando a tensão de saída de 24 V a 36 V, enquanto a taxa de variação da corrente de saída de menos do que 2%.
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Informação sobre o autor:
Lee jogado Ming Cheng Huai armazém, e preservar a sua cultura, Yang Guanbin, Ru Feng, Meng nuvem
(Engenharia, Universidade Chang'an da Electronic and Control, Xi'an 710064)
