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磷酸铁锂电池在太阳能光伏上的充电应用
发布时间：2021/8/12 11:37:00 来源：永阜康科技
由于太阳能光伏组件一般开路电压在18-20V左右，电流大小取决于光照强度，而单节磷酸铁锂的标准充电电压为3.65V，因此需采用降压型充电电路将光伏组件的电压转换成恒定的标准充电电压3.65V。综合池能其他文章所述磷酸铁锂电池特性，本文采用线性充电方式来设计磷酸铁锂电池的充电电路。线性充电电路就是在锂电池充电的各个阶段，通过调整外部调整管(功率晶体管)， 以合适的电流给电池充电，该方式的优点具有限流功能， 不需要外部限流适配器。采用线性充电方式来设计太阳能光伏充电电路，电路中的核心芯片采用电源控制管理芯片CN3705，CN3705是PWM降压模式锂电池或磷酸铁锂电池充电管理集成电路，能够独立对单节或多节锂电池或磷酸铁锂电池充电进行自动管理， 具有封装外形小，外围元器件少和使用简单等优点.
CN3705具有恒流和恒压充电模式，非常适合锂电池或磷酸铁锂电池的充电。CN3705输入电压在7.5V-28V之间，BAT引脚接磷酸铁锂电池，在恒压充电模式，恒压充电电压由外部电阻分压网络设置，输出电压具体可以通过R6~IR7两电阻进行网络分压设置，输出电压可在3V-25V之间；
电路充电电压设置成3.65V，充电电流设置为5A，对于深度放电的电池， 当电池电压低于所设置的恒压充电电压的66.7％时，CN3705用所设置的恒流充电电流的15％对电池进行涓流充电。在恒压充电阶段，充电电流逐渐减小， 当充电电流降低到外部电阻所设置的值时，充电结束。在充电结束状态，如果电池电压下降到所设置的恒压充电电压的91.1％时， 自动开始新的充电周期。当输入电源掉电或者输入电压低于电池电压时，CN3705自动进入低功耗的睡眠模式。其它功能包括输入低电压锁存，电池温度监测，电池端过压保护和充电状态指示等.
实验中采用40W的单晶硅光伏组件，输出开路电压在18V-22V之间。输出电流峰值能达到1.8A，通过CN3705充电电路对一块容量为10AH的单节磷酸铁锂电池充电。充电电路设计输出为3.65V，电流为5A，但是实际充电电路的输出电流与日照强度有很大关系，而日照强度取决于天气情况。实验环境选择在无遮挡、采光好空旷地，在不同的光照强度下，用万用表分别测试4个重要参数： 太阳能电池板的输出开路电压、太阳能电池板接上CN3705充电器的输出电流、充电器的输出电压、充电器的输出电流。
电池板最大输出功率接近20W，由于处于冬季，平均光照时间很短，光强强度不够，在5次测试中，输出功率均很小，与标称最大输出功率40W相差很大。另外，充电器输入电压与输出电压之差越大，充电器效率越低。这刚好符合CN3705芯片的电气特性.
假定在冬季，40W电池板利用CN3705充电器，充电平均电流是1.014A，若对容量为10Ah的单芯磷酸铁锂电池进行充电， 则需要10AH/1.014A=9.86个小时。实际充电测试是在晴天、光照强度一般的环境下进行，用6个小时就将10AH磷酸铁锂电池充满。
本文根据磷酸铁锂LiFePO4动力电池的充电特性提出了太阳能光伏组件对铁锂电池有效充电的解决方案，最后用最大输出功率为40W的单晶硅太阳能电池板对容量为10Ah，充电电压为3.65V的单芯磷酸铁锂电池进行充电实验测试。实验结果表明采用CN3705充电电路能够很稳定有效的对单节铁锂电池进行充电，若对4节串联的铁锂电池进行充电，效率应能达到80％。由于磷酸铁锂电池可以循环充放电高达2000次，使用寿命可以达到7-8年，大大提高了太阳能光伏发电设备的整体使用寿命，因此采用磷酸铁锂电池作为太阳能光伏发电的储能设备具有很好的应用前景。
CN3705具有恒流和恒压充电模式，非常适合锂电池或磷酸铁锂电池的充电。CN3705输入电压在7.5V-28V之间，BAT引脚接磷酸铁锂电池，在恒压充电模式，恒压充电电压由外部电阻分压网络设置，输出电压具体可以通过R6~IR7两电阻进行网络分压设置，输出电压可在3V-25V之间；
电路充电电压设置成3.65V，充电电流设置为5A，对于深度放电的电池， 当电池电压低于所设置的恒压充电电压的66.7％时，CN3705用所设置的恒流充电电流的15％对电池进行涓流充电。在恒压充电阶段，充电电流逐渐减小， 当充电电流降低到外部电阻所设置的值时，充电结束。在充电结束状态，如果电池电压下降到所设置的恒压充电电压的91.1％时， 自动开始新的充电周期。当输入电源掉电或者输入电压低于电池电压时，CN3705自动进入低功耗的睡眠模式。其它功能包括输入低电压锁存，电池温度监测，电池端过压保护和充电状态指示等.
实验中采用40W的单晶硅光伏组件，输出开路电压在18V-22V之间。输出电流峰值能达到1.8A，通过CN3705充电电路对一块容量为10AH的单节磷酸铁锂电池充电。充电电路设计输出为3.65V，电流为5A，但是实际充电电路的输出电流与日照强度有很大关系，而日照强度取决于天气情况。实验环境选择在无遮挡、采光好空旷地，在不同的光照强度下，用万用表分别测试4个重要参数： 太阳能电池板的输出开路电压、太阳能电池板接上CN3705充电器的输出电流、充电器的输出电压、充电器的输出电流。
电池板最大输出功率接近20W，由于处于冬季，平均光照时间很短，光强强度不够，在5次测试中，输出功率均很小，与标称最大输出功率40W相差很大。另外，充电器输入电压与输出电压之差越大，充电器效率越低。这刚好符合CN3705芯片的电气特性.
假定在冬季，40W电池板利用CN3705充电器，充电平均电流是1.014A，若对容量为10Ah的单芯磷酸铁锂电池进行充电， 则需要10AH/1.014A=9.86个小时。实际充电测试是在晴天、光照强度一般的环境下进行，用6个小时就将10AH磷酸铁锂电池充满。
本文根据磷酸铁锂LiFePO4动力电池的充电特性提出了太阳能光伏组件对铁锂电池有效充电的解决方案，最后用最大输出功率为40W的单晶硅太阳能电池板对容量为10Ah，充电电压为3.65V的单芯磷酸铁锂电池进行充电实验测试。实验结果表明采用CN3705充电电路能够很稳定有效的对单节铁锂电池进行充电，若对4节串联的铁锂电池进行充电，效率应能达到80％。由于磷酸铁锂电池可以循环充放电高达2000次，使用寿命可以达到7-8年，大大提高了太阳能光伏发电设备的整体使用寿命，因此采用磷酸铁锂电池作为太阳能光伏发电的储能设备具有很好的应用前景。
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