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磷酸鐵鋰電池在太陽能光伏上的充電應用

文章來源：永阜康科技更新時間：2021/8/12 11:37:00

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由于太陽能光伏組件一般開路電壓在18-20V左右，電流大小取決于光照強度，而單節磷酸鐵鋰的標準充電電壓為3.65V，因此需采用降壓型充電電路將光伏組件的電壓轉換成恒定的標準充電電壓3.65V。綜合池能其他文章所述磷酸鐵鋰電池特性，本文采用線性充電方式來設計磷酸鐵鋰電池的充電電路。線性充電電路就是在鋰電池充電的各個階段，通過調整外部調整管(功率晶體管)，以合適的電流給電池充電，該方式的優點具有限流功能，不需要外部限流適配器。采用線性充電方式來設計太陽能光伏充電電路，電路中的核心芯片采用電源控制管理芯片CN3705，CN3705是PWM降壓模式鋰電池或磷酸鐵鋰電池充電管理集成電路，能夠獨立對單節或多節鋰電池或磷酸鐵鋰電池充電進行自動管理，具有封裝外形小，外圍元器件少和使用簡單等優點.

CN3705具有恒流和恒壓充電模式，非常適合鋰電池或磷酸鐵鋰電池的充電。CN3705輸入電壓在7.5V-28V之間，BAT引腳接磷酸鐵鋰電池，在恒壓充電模式，恒壓充電電壓由外部電阻分壓網絡設置，輸出電壓具體可以通過R6~IR7兩電阻進行網絡分壓設置，輸出電壓可在3V-25V之間；

電路充電電壓設置成3.65V，充電電流設置為5A，對于深度放電的電池，當電池電壓低于所設置的恒壓充電電壓的66.7％時，CN3705用所設置的恒流充電電流的15％對電池進行涓流充電。在恒壓充電階段，充電電流逐漸減小，當充電電流降低到外部電阻所設置的值時，充電結束。在充電結束狀態，如果電池電壓下降到所設置的恒壓充電電壓的91.1％時，自動開始新的充電周期。當輸入電源掉電或者輸入電壓低于電池電壓時，CN3705自動進入低功耗的睡眠模式。其它功能包括輸入低電壓鎖存，電池溫度監測，電池端過壓保護和充電狀態指示等.

實驗中采用40W的單晶硅光伏組件，輸出開路電壓在18V-22V之間。輸出電流峰值能達到1.8A，通過CN3705充電電路對一塊容量為10AH的單節磷酸鐵鋰電池充電。充電電路設計輸出為3.65V，電流為5A，但是實際充電電路的輸出電流與日照強度有很大關系，而日照強度取決于天氣情況。實驗環境選擇在無遮擋、采光好空曠地，在不同的光照強度下，用萬用表分別測試4個重要參數：太陽能電池板的輸出開路電壓、太陽能電池板接上CN3705充電器的輸出電流、充電器的輸出電壓、充電器的輸出電流。

電池板最大輸出功率接近20W，由于處于冬季，平均光照時間很短，光強強度不夠，在5次測試中，輸出功率均很小，與標稱最大輸出功率40W相差很大。另外，充電器輸入電壓與輸出電壓之差越大，充電器效率越低。這剛好符合CN3705芯片的電氣特性.

假定在冬季，40W電池板利用CN3705充電器，充電平均電流是1.014A，若對容量為10Ah的單芯磷酸鐵鋰電池進行充電，則需要10AH/1.014A=9.86個小時。實際充電測試是在晴天、光照強度一般的環境下進行，用6個小時就將10AH磷酸鐵鋰電池充滿。

本文根據磷酸鐵鋰LiFePO4動力電池的充電特性提出了太陽能光伏組件對鐵鋰電池有效充電的解決方案，最后用最大輸出功率為40W的單晶硅太陽能電池板對容量為10Ah，充電電壓為3.65V的單芯磷酸鐵鋰電池進行充電實驗測試。實驗結果表明采用CN3705充電電路能夠很穩定有效的對單節鐵鋰電池進行充電，若對4節串聯的鐵鋰電池進行充電，效率應能達到80％。由于磷酸鐵鋰電池可以循環充放電高達2000次，使用壽命可以達到7-8年，大大提高了太陽能光伏發電設備的整體使用壽命，因此采用磷酸鐵鋰電池作為太陽能光伏發電的儲能設備具有很好的應用前景。

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