锂离子电池储能建模毕业论文

太阳能充电器的设计摘要：设计了基于LP3947的太阳能充电电路，通过脉宽调制对锂电池充电进行智能控制，从而提高太阳能电池输出功率及锂电池的使用效率，达到延长电池使用寿命和时间的目的。关键词：太阳能；LP3947；锂电池1.引言 太阳能作为一种新型的资源越来越多地被人们关注，它所带来的一系列的产业也逐渐成为目前非常具有开发潜力的产业。太阳能光伏发电是太阳能应用的主要产业之一。在我国太阳能资源极其丰富，陆地每年接受的太阳辐射能相当惊人。如果将这些太阳能充分加以利用，不仅有可能节省大量常规能源，而且可以有效地减少常规能源所带来的环境污染。 目前光伏发电在小型电器电路上的运用也逐渐的成熟，随着人们生活中越来越多的离不开手机、mp3、数码相机等一系列的数码产品，它们的充电问题成为了使用者极其关心的问题之一。设计一个利用光伏充电原理的充电器来为这些数码产品进行充电可以在很多方面解决各种问题。太阳能充电器具有携带方便、外型美观时尚，甚至可以在没有电源的情况下为手机等一系列的数码产品进行充电。2.太阳能电池板种类及工作原理 太阳能电池是通过光电效应或者光化学效应直接把光能转化成电能的装置，目前处于主流的是应用光电效应原理工作的太阳能电池，其基本原料为以半导体.当P-N 结受光照时，样品对光子的本征吸收和非本征吸收都将产生光生载流子，即引起光伏效应，产生一与P-N 结内建电场方向相反的光生电场，其方向由P 区指向N区.此电场使势垒降低，其减小量即为光生电势差，P 端正，N 端负，由此生产的结电流由P 区流向N 区，形成单向导电，发挥出与电池一样的功能。由于太阳电池板输出电压不稳定，故增加了稳压电路，通过稳压电路、充电电路为负载电池充电，同时还可以为内部蓄电池充电以备应急之用;光照条件较差时，太阳电池板输出电压较低，达不到充电电路的工作电压，因此增加了升压、稳压电路，以便为充电电路提供较稳定的工作电压.阴天、夜间等光照条件极差的情况下，可利用系统内部的蓄电池，通过升压电路为后续设备充电。另外，充电器还设计有照明灯，当夜间光线较暗时，通过蓄电池为照明灯供电，可供应急使用。3.充电器设计电池充电原理 锂离子电池在充电或放电过程中若发生过充、过放或过流时，会造成电池的损坏或降低使用寿命，图3为锂电池的充电曲线，共分三个阶段：预充状态、恒流充电和恒压充电阶段。以800 mAh 容量的电池为例，其终止充电电压为。用1/10C（约80 mA）的电池进行恒流预充，当电池端电压达到低压门限V（min）后，以800 mA（充电率为1C）恒流充电，开始时电池电压以较大的斜率升压，当电池电压接近 V 时，改成恒压充电，电流渐降，电压变化不大，到充电电流降为1/10C（约80 mA）时，认为接近充满，可以终止充电。 手机电池充电曲线充电器设计思想 太阳能手机充电控制电路的设计思想，从手机锂离子二次电池的恒流/恒压充电控制出发，同时配有锂离子蓄电池.当在户外无220V 交流电时，采用太阳能对手机锂离子直接充电，同时对锂离子蓄电池充电；当阴雨天天气或夜晚等阳光不足时，采用配置的锂离子蓄电池对手机锂离子充电，以保证任何情况下不间断.即：系统的设计以太阳能充电为主，在有足够的阳光且蓄电池又有足够供电能力的情况下，系统能够以太阳能充电为主给手机充电，蓄电池给手机补电；在无阳光或阳光弱时，以蓄电池充电为主给手机充电，太阳能为手机补电。充电控制电路设计升压电路设计由于在不同的时间、地点太阳光照强度不同，太阳电池板输出电能不稳定，需加人相应的升压、稳压等控制环节。直流升压就是将电池提供的较低的直流电压提升到需要的电压值。稳压电路设计稳压电路的设计以三端集成稳压器W7800为核心，它属于串联稳压电路，其工作原理与分立元件的串联稳压电源相同。由启动电路、取样电路、比较放大电路、基准环节、调整环节和过流保护环节等组成，此外还有过热和过压保护电路，因此，其稳压性能要优于分立元件的串联型稳压电路。而且三端集成稳压器设置的启动电路，在稳压电源启动后处于正常状态下，启动电路与稳压电源内部其他电路脱离联系，这样输入电压变化不直接影响基准电路和恒流源电路，保持输出电压的稳定。充电电路设计 锂电池以体积小、容量大、重量轻、无记忆效应、无污染、电池循环充放电次数多(寿命长)等优点，广泛地被使用在许多数码产品中。但锂电池对使用条件要求较严格，如充电控制要求精度高，对过充电的承受能力差等。因此，为了保护锂电他，该充电电路包括电池充电控制电路与电池电量检测控制电路两部分。电池充电控制电路，用来控制升压或稳压电路对锉电池进行充电，同时也是锂电池的充电电路。电池电量检测电路，用以检测充电电量的多少，当电池充满电时，充满指示灯亮，逻辑电路控制充电电路断开，停止充电。4结束语 随着现代的科技发展电子产品几乎可以普及,但电子产品的电池却一直困扰这我们。我着次的研究的目的不是让电池的容量增大,而是把太阳能充电器安装在电子产品表面上这样就可以大量增加电池的使用时间。

一、成熟度 图1所示为电力储能系统的技术成熟度的总结与比较。根据成熟度不同可分为三个层次： 图1 储能技术成熟度 PHS- 抽水蓄能；CAES- 压缩空气；Lead-Acid: 铅酸电池；NiCd: 镍镉电池；NaS: 钠硫电池；ZEBRA: 镍氯电池；Li-ion: 锂电池；Fuel cell: 燃料电池；Metal-air: 金属空气电池；VRB: 液流电池；ZnbBr: 液流电池；PSB: 液流电池；Solar Fuel: 太阳能燃料电池；SMES: 超导储能；Flywheel: 飞轮； Capacitor/Supercapcitor: 电容/超级电容；AL-TES: 水/冰储热/冷系统；CES:低温储能系统；HT-TES：储热系统 (1) 成熟技术：抽水蓄能电站和铅酸电池技术已经成熟，其使用已超过100年。 (2) 基本成熟的技术：压缩空气储能、镍镉电池、钠硫电池、锂离子电池、液流电池、超导磁能、飞轮、电容、储热/冷等技术已经完成研发并开始商业化，但是还没有大规模普遍应用，它们的竞争力和可靠性仍然需要电力企业和市场来进一步检验。 (3) 正在研发的技术：燃料电池、金属-空气电池和太阳能燃料正在研发中，虽然它们在技术上并没有达到商业成熟的程度，但已经通过了多个科研机构的研究论证。另一方面，由于能源成本和环境问题的驱动，这几种技术在不久的将来将具有巨大的商业潜力。 二、功率和放电时间 表1对各种类型电力储能系统的功率和放电时间进行了比较，根据它们的应用情况，大体上分为三种类型： (1) 能源管理：抽水储能、压缩空气储能适合于规模超过100MW和能够实现每天持续输出的应用，可用于大规模的能源管理，如负载均衡、输出功率斜坡/负载跟踪。大型电池、液流电池、燃料电池、太阳能电池和储热/冷适合于10~100MW的中等规模能源管理。 (2) 电力质量：飞轮、电池、超导磁能、电容反应速度快（约毫秒），因此可用于电能质量管理包括瞬时电压降、降低波动和不间断电源等，通常这类储能设备的功率级别小于1MW。 (3) 电能桥接：电池、液流电池和金属-空气电池不仅要有较快的响应（约小于1秒），还要有较长的放电时间（1小时），因此比较适合桥接电能。通常此类型应用程序的额定功率为100kW~10MW。 表1 各种储能技术性能比较 表2 各种储能技术性能比较(续） 三、储存周期 表1还给出了各种储能技术的能量自耗散率，其中抽水储能、压缩空气储能、燃料电池、金属-空气电池、太阳燃料和液流电池等的自耗散率很小，因此均适合长时间储存。铅酸电池、镍镉电池、锂电池、储热/冷等具有中等自放电率，储存时间以不超过数十天为宜。飞轮、超导磁能、电容每天有相当高的自充电比，只能用在最多几个小时的短循环周期。 四、成本 成本是影响储能产业经济性的最重要因素之一。表1分别列出了以每千瓦时、每千瓦、每千瓦时-循环为单位的各种储能技术的成本。可见，就每千瓦时的成本而言，压缩空气、金属-空气电池、抽水储能、储热技术成本较低。与其它形式储能系统相比，在已经成熟的储能技术中压缩空气储能的建设成本最低，抽水储能次之。尽管电池的成本近年来下降很快，但同抽水储能系统相比仍然较高。超导磁能、飞轮、电容单位输出功率成本不高，但从储能容量的角度看，价格很贵，因此它们更适用于大功率和短时间应用场合。总体而言，在所有的电力储能技术中，抽水储能和压缩空气储能的每千瓦时储能和释能的成本都是最低的。尽管近年来电池和其他储能技术的周期成本已在大幅下降，但仍比抽水储能和压缩空气储能的成本高出不少。 对于表1，进行以下说明： （1）表1所有成本均按照2009年美元汇率换算成美元； （2）压缩空气储能每千瓦成本除了电站建造成本，还包括储气室建设成本，后者与储气量大小有关； （3）电池成本中不包括电池更换费用； （4）各储能系统每千瓦小时发电成本（以COST表示）计算公式如下： 对于压缩空气储能系统： 其它储能系统： 五、效率 各种电力储能系统的充放电循环效率如图2所示。可见，储能系统的循环效率大致可以分为三种： (1) 极高效率：超导磁能、飞轮、超大容量电容和锂离子电池的循环效率超过90%； (2) 较高效率：抽水蓄能、压缩空气储能、电池（锂离子电池除外）、液流电池和传统电容的循环效率为60%~90%； (3)低效率：金属-空气电池、太阳燃料、储热/冷的效率低于60%； 效率计算公式一般分两种，基于热力学第一定律的储能系统效率计算式： 上式适用于能量以机械能或电磁能形式储存的储能系统。 对于储热/冷系统，除了上式，往往还需从能量品位的角度评价储能过程。 基于热力学第二定律的储能系统效率计算式： 六、能量密度和功率密度 表2还列出了各种储能技术的能量密度和功率密度，其中能量密度等于存储能量除以装置体积（或质量），功率密度等于额定功率除以存储设备的体积（或质量）。可见，尽管金属-空气电池和太阳能燃料的循环效率很低，但是它们却有极高的能量密度（~1000Wh/kg），而电池、储热/冷和压缩空气储能具有中等水平的能量密度。抽水储能、超导磁能、电容和飞轮的能量密度最低，通常在30Wh/kg以下。然而，超导磁能、电容和飞轮的功率密度是非常高的，它们更适用于大放电电流和快速响应下的电力质量管理。钠硫电池和锂离子电池的能量密度比其它传统电池的高，液流电池的能量密度比传统电池稍低（应该注意的是，不同厂商生产的相同类型的储能系统会在能量密度数据有所不同）。 表2各储能系统能量密度计算式为： 或 ，以下是不同储能系统所储存的能量值E。 （1）抽水蓄能储存的机械能计算式为： 其中H为水位高度，g为重力加速度，V为水库容量，为水密度。 （2）压缩空气储存的能量计算式为： 其中P为绝对压力，V为储气容积，m为储存的空气质量，R为理想气体常数，T为绝对温度，V1-V2为压缩过程前后空气体积。 （3）飞轮储存的机械能计算式为： 其中J为转动惯量，为飞轮角速度。 （4）超导储能储存的电能计算式为： 其中L为线圈电感系数，I为线圈电流。 （5）电容储存的电能计算式为： 其中C为电容，V为电压，Q为总的电荷。 （6）储热系统储存的热量计算式为： 非相变储热： 其中m为储热介质质量，T1，T2为吸热前后温度，Cp为比热容。 相变储热： 其中m为相变介质质量，为相变热，Cp为比热容，m为相变点。 七、使用寿命和循环次数 表2还比较了不同电力储能系统的使用寿命和循环次数。可以看出，那些在原理上主要依靠电磁技术的电力储能系统的循环周期非常长，通常大于20000次。例如，包括超导磁能和电容器。机械能或储热系统（包括抽水蓄能、压缩空气储能、飞轮、储热/冷）也有很长的循环周期。由于随着运行时间的增加会发生化学性质的变化，因此电池和液流电池的循环寿命较其它系统低。关于微控新能源 深圳微控新能源技术有限公司（简称微控或微控新能源）是全球物理储能技术领航者。公司全球总部位于深圳，业务覆盖北美、欧洲、亚洲、拉美等地区，凭借“安全、可靠、高效”的全球领先的磁悬浮能源技术，产品与服务广泛受到华为、GE、ABB、西门子、爱默生等众多世界500强企业的信赖。 面向未来能源“更清洁、高密度、数字化”的三大趋势，公司持续致力于为战略性新兴产业提供能源运输、储存、回收、数据化管理提供系统解决方案。