毕业论文-光伏发电的蓄电池充电放电控制器的设计.docx
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五邑大学本科毕业设计
摘 要
随着现在电力电子技术的迅猛发展，开关电源技术从诞生到现在已经走过很漫长的路程。
作为电源技术的换代产，开关电源在电源领域早已占据主导地位，采用开关电源技术的产品已经充斥于世界角落。
本设计以开关电源拓扑为基础,采用专用的电压型开关电源芯片MC34063和LM2596
构成双向DC-DC转换。
正向BUCK电路为电池充电，反向BOOST电路实现对电池放电过程，并带有保护功能。
该电路与传统的线性电源相比具有体积小、重量轻、性能稳定等特点
能广泛应用于备用电源装置、新能源发电储能、微型电网等场合比如常见的充电宝，
UPS，家用太阳能发电装置。
具有极高的应用价值。
关键词：
开关电源；DC；Buck；Boost；
II
Abstract
Nowwiththerapiddevelopmentofpowerelectronictechnology,switchingpowersupplytechnologyfrombirthtonowhavewalkedalongdistance.Aspowerandupgradingofproductiontechnology,haslongbeendominantinthefieldofpowersupply,switchpowersupplywithswitchingpowersupplytechnologyproductshavefilledtheworldcorner.Thisdesignisbasedontopologyofswitchpowersupply,usingspecialvoltagetypeofswitchingpowersupplychipMC34063andLM2596two-wayDC-DCconversion.ForwardBUCKcircuitforthebattery,reversetheBOOSTcircuittorealizethebatterydischargeprocess,withprotectionfunction.Thecircuitiscomparedwiththetraditionallinearpowersupplyhassmallvolume,lightweight,stableperformancecharacteristicscanbewidelyusedinstandbypowerequipment,newenergypowergenerationenergystorage,micropowergridandotheroccasionssuchascommonchargingtreasure,UPS,homesolarpowersystems.Ithashigh
applicationvalue.
Keywords:
switchingpowersupply；DC；Buck ；Boost;
目录
V
摘 要 I
Abstract II
第1章绪论 1
1.1课题背景及意义 1
1.2光伏发电技术的发展历程和国内外现状 1
1.2.1光伏发电技术的发展历程 1
1.2.2光伏发电技术国内外现状 2
1.3本论文研究的内容和意义 3
1.4本章小结 3
第2章光伏发电的蓄电池充电放电系统概述 4
2.1早期光伏发电的蓄电池充电放电系统 4
2.2光伏发电的蓄电池充电放电系统结构 4
2.2.1太阳能光伏直流系统结构图 4
2.2.2本次设计采用的系统结构 5
2.3光伏发电的蓄电池充电放电系统实现最优充放电 5
2.3.1系统的最优充电方案 5
2.3.2系统的控制放电方案 7
2.4本章小结 7
第3章光伏发电蓄电池充电放电控制器硬件设计 8
3.1单片机模块 8
3.1.1单片机的选择 8
3.1.2单片机电路 9
3.2基于DC/DC变换器的充电回路 11
3.2.1BUCK斩波电路原理简述 11
3.2.2DC/DC变换器的充电回路参数设定 12
3.2基于KA7500B芯片实现恒压/恒流输出 13
3.3电源模块 16
3.4LCD显示模块 17
3.4采样电路 18
3.5简易数模转换电路 20
3.6控制负载电路 21
3.7光伏发电的蓄电池充电放电控制系统其它部件 22
3.7.1光伏太阳能电池板 22
3.7.2蓄电池的选择 22
3.8本章小结 22
第4章单片机C语言的编程设计 23
4.1系统程序整体框架 23
4.2按键信号检测程序 24
4.3LCD1602显示子程序 24
4.4数据采集子程序 26
4.5充电检测子程序 26
4.6电池检测子程序 27
4.7本章小结 29
第5章光伏发电蓄电池充电放电控制器系统调试 30
5.1控制器设计调试 30
5.2控制器硬件调试 30
5.3控制器软件调试 31
5.4调试体会 31
5.5本章小结 31
结论 32
致谢 33
参考文献 34
附录1 电路原理图和电路PCB图 35
附录2 单片机端程序 36
附录3 元件清单 47
第1章 绪论
1.1课题背景及意义
根据科学家的估计[1]，大概到2030年，世界消耗的不可再生能源比1990年增加120%。
由于化石燃料是有限的，全世界可开采石油约使用45年，天然气可使用约61年，煤炭
可使用约230年。
化石燃料等不可再生资源供应将面临严重的短缺危机。
届时，如未能开发到新的能源体系，世界经济将面临恐怖的危机，寻找新能源替代石油、煤炭和天然气等不可再生资源成为当今人们迫切待解决问题。
近年来，欧美、加拿大、日本等发达国家积极开发光伏发电，出台各种政策和法规辅助光伏产业的发展。
光伏能源作为一种可再生的资源，与传统能源相比具有以下优势：
（1）用之不竭。
有太阳的地方，就有太阳能的存在，据目前科学推断，太阳还有50
亿年左右寿命，太阳能可以被认为用之不竭。
（2）没有地域限制。
在地球上，处处存在太阳能资源，基本上没有地域的资源分布限制，不用资源勘探，运输。
（3）绿色环保。
产能过程没有噪音，没有剩余残渣，没有废气排放，没有污水排放。
产能过程绿色环保，符合可持续发展。
（4）能量巨大。
传送到地表的太阳能辐射量每年约为燃烧130万亿吨的煤炭的能量，是当今世界可利用的最大资源。
（5）获得太阳能源所耗时间短。
基本上有太阳就能产出能量，转化时间极短。
（6）获取能量方便。
在用电处即可就近进行太阳能获取发电。
正因为光伏能源具有以上特点，光伏发电越来越受到各个国家的高度关注和重视，并一直推动开发光伏发电技术发展，光伏产业成为最有发展潜力的产业之一。
光伏能源的利用能有效解决偏僻落后地区能源短缺问题，对提高人民生活水平，改善人民生存环境和居住条件具有极大意义。
随着光伏能源的利用逐步进入电力市场，个人、集体和国家将会从此获得庞大经济效益。
伴随光伏能源的利用的逐步深入和积极推广，对能源战略的改变和保护地球环境都具有重大的积极意义。
1.2光伏发电技术的发展历程和国内外现状
1.2.1光伏发电技术的发展历程
法国著名科学家贝克雷尔在1839年发现“光伏效应”，到1954年，恰宾等美国著名科学家在实验室创先制造出单晶硅太阳能光伏电池，正式拉开了将太阳能资源转化成电力资源的光伏发电实用技术的序幕[2]。
49
20世纪70年代后，很多国家开始重视光伏发电产业，看到光伏产业未来的优势，纷纷开始制订太阳能光伏发展的计划，由财政拨出专项研究经费，有些发达国家还提供一定的补贴、免税等优惠措施，鼓励光伏产业发展，光伏发电技术进入快速发展阶段，光伏发电产业每年的增长速度都保持在30%～40%。
90年代后，光伏发电的发展更加迅猛。
90年代到21世纪初期，世界光伏发电组件平均年增长量为15%左右。
1976年全球光伏产能只有仅仅几百千瓦，1983年突增到21.7MW,1992年发展到57.9MW,到了2000年猛增到
200MW,根据有关科学家预测，到2030年光伏产能将会达到50GM。
与此同时，光伏产能的成本也不断减低。
1.2.2光伏发电技术国内外现状
在当今世界，太阳能光伏发电技术研究和开发有领先地位的国家主要包括：
美国、德国、澳大利亚、日本、英国、西班牙等发达国家。
日本政府在1993 年制订了“阳光计划”，把光伏发电作为重点发展项目，并把发展光伏发电定为基本国策，不断扶持光伏行业的发展，坚信光伏发电的未来前景。
经过时间推移，日本光伏产业成为世界光伏产能能力极高的国家之一，2004年的世界十大太阳能光伏电池生产厂中，日本厂商占据4名，还包揽了头两位。
美国是最早对光伏发电制定未来发展规划的国家之一，在1997年，美国又宣布了光伏发电“百万屋顶计划”，2010年，有100万的建筑物上有太阳能系统。
通过利用太阳能光伏发电和太阳能热利用，将每年减少300万吨CO2排放量。
美国太阳能光伏发电技术已十分成熟，并已进入了规模大的生产阶段。
在整个美国里，太阳能光伏发电产品的年产能达到100MW以上。
德国政府通过制定法律，银行贷款以及上网电价补贴等一系列措施，在2003年顺利完成“十万屋顶发电的计划”。
2004 年德国在利用太阳能光伏发电上，总量达到6×105GW·h，可再生绿色能源发电量占总发电量的 9.3％。
目前，德国的太阳能光伏产业已经成为取得较大发展，其太阳能光伏安装总量已是世界前列，成为德国经济体中十分活跃而且发展潜力仍然十分巨大的绿色产业。
在我国，太阳能光伏发电技术起步较晚，但是我国光伏发电技术在改革开放后，得到迅速的发展，与发达国家的技术水平差距不断缩小。
2004年,在光伏产业规模上已超过印度，跻身亚洲光伏电池生产前列国家。
2008年在北京举行的举世瞩目的第29届奥运会上，国家把太阳能光伏发电技术与奥运会会场建筑完美结合，通过使用绿色可再生能源，把绿色奥运完美具体的体现出来。
按照国家政策要求，到21世纪30年代初，我国太阳能光伏发电量将达到1.8GW,到2050年达到600GW。
根据专家预计，2050年，太阳能光伏发电量将占全国电力总量的5%。
但是，我们必须承认，与发达国家比，我们仍存在较大差距。
第一，光伏发电原材料国产能力不足，主要仍依赖进口；第二，与国外比较，生产规模较小；第三，光伏发电技术水平不高，技术不成熟，光伏产品可靠性低；第四，光伏产品成本高，与国外产品相比，没有价格优势。
我国的光伏产业要在世界立足仍需
资金的投入和技术的突破。
1.3本论文研究的内容和意义
一个完善的独立的光伏直流充放电应用系统应包括[3]：
太阳能电池板、蓄电池、直流负载、光伏充电放电控制器。
太阳能电池板与蓄电池技术相对来说比较成熟,但是对于光伏充电放电控制器而言，由于所使用的环境不同，对其光伏充电放电控制器的性能的要求也就有所不同。
本文设计了PWM调制、MOSEFET驱动控制电路、差分放大电路、BUCK降压型电路，并以STC51系列中STC12C5A60
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