论文总字数：26089字

摘 要

学号：16012623 姓名：瞿仁杰

指导教师：王念春

摘要正文：日常生活中难免会遇到手机或其他设备电量不足的情况，虽然有备用电池或者移动电源等解决问题的方法,但电量有限有时仍然不能较好解决电量有限的问题。而近年来大力发展的太阳能具有易获取和可再生性。使用便携式光伏移动电源将极大程度解决该问题。该太阳能移动电源由太阳能电池板、锂电池、MPPT系统以及DC/DC电路等构成。考虑到其实用性将太阳能移动电源分为两大部分。第一部分包括太阳能电池板、MPPT系统和DC/DC电路,将太阳能可直接转为可用电源。第二部分包括锂电池等,相当于一个独立的移动电源。分为此两部分一方面增加了装置的灵活多用性,另一方面也便于维护。系统主要在MATLAB的Simulink中进行仿真比较分析。第一部分的太阳能电池板采用四参数模型进行建模,MPPT系统可采用恒定电压法、扰动观察法和电导增量法，本设计拟采用扰动观察法。DC/DC电路则主要为boost电路。而第二部分则可以采用锂电池及其他芯片组成的DC/DC电路和锂电池保护电路,亦可以直接使用移动电源。目前市场已有一些简单的太阳能电池的移动电源,但经调查发现大多数都是简单的太阳能电池板向锂电池输电,没有MPPT系统,少数有DC/DC变换电路,基本只有简陋的锂电池保护电路,更不用说锂电池的三段式充电策略。本设计将努力提供一个可行的功能完善的太阳能移动电源设计方案。

关键词：太阳能电池、MPPT、DC/DC、锂电池

Abstract

Abstract：In daily life, it is inevitable that the power of the mobile phone or other device is insufficient. This problem can be handled with the spare battery or the mobile power source. However, sometimes it’s still a big trouble because of the limited power. Luckily, there are the solar energy, which is a regenerative and clean energy. It’s obvious that a mobile power source with solar cells is a good choice. This new mobile power source is made of solar cells, lithium batteries, the MPPT system, the DC/DC circuits and etc. For practical reasons, it’s divided into two parts. The first part includes solar cells, the MPPT system, and a DC/DC circuit so the solar energy can be supplied to loads or the mobile power source. The second part is made of lithium batteries and so on, which is equivalent to an independent mobile power supply. By dividing the new mobile phone power into two parts, it increases the flexibility and versatility of the device. It makes the new mobile phone power more easily to maintain too. The new mobile phone power is simulated in the Simulink of the MATLAB. The solar cells use the model with four parameters in the simulation. The MPPT system has two kinds, the disturbance observation method and the conductance increment method, so they will be compared in the simulation. Also, analysis will be needed. The DC/DC circuit uses the boost circuit in the first part. The second part mainly consists lithium batteries and the circuits witch include the DC/DC circuit, the lithium battery protection circuit and etc. Currently there are several simple kinds of mobile phone power with solar cells. However, most of them is too simple to be used with safety. They have no MPPT system, few DC/DC converter circuit, only basic crude lithium battery protection, not to mention the three stage charging system. This design will strive to provide a viable function to improve the design of solar powered mobile power.

Key words: solar cell, MPPT , DC/DC , lithium battery

目 录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 光伏移动电源的背景及意义 1

1.1.1 光伏移动电源的研发背景 1

1.1.2 光伏移动电源的研究意义 2

1.2 光伏移动电源国内外发展概况 2

1.2.1 太阳能近年来发展概况 2

1.2.2 锂电池国内外发展概况 3

1.3研究内容 4

第二章 太阳能电池供电系统 5

2.1太阳能电池 5

2.1.1太阳能电池的数学模型 8

2.1.2 太阳能电池的MATLAB仿真（、、、） 10

2.1.3 太阳能电池仿真结果 16

2.2 MPPT系统 18

2.2.1 恒定电压控制法 18

2.2.2 扰动观察法 19

2.2.3 导纳增量法 23

2.3 DC/DC电路 25

2.3.1 Buck电路（降压型变换器） 25

2.3.2 Boost电路（升压型变换器） 26

2.3.3 Buck-Boost电路（升降压型变换器） 30

2.3.4 Cúk电路 31

2.4 总体仿真效果 31

2.5 本章小结 36

第三章 锂电池储能系统 37

3.1 锂电池 37

3.1.1 锂电池简介 37

3.1.2 锂电池工作原理 38

3.1.3 三段式充电 40

3.2 锂电池保护电路 41

3.2.1 CN3065芯片简要介绍 42

3.2.2 锂离子电池保护电路 44

3.2.3 锂离子电池保护电路各项保护 45

3.3 DC/DC电路 46

3.3.1 FP6715芯片简介 46

3.3.2 DC/DC电路 48

3.4 本章小结 48

第四章 光伏移动电源硬件设计 49

4.1 光伏供电部分 49

4.2 锂电池储能部分 51

4.3 本设计所需器件及功能表 51

4.4 本章小结 51

第五章 总结 52

致谢 53

参考文献： 54

第一章 绪论

1.1 光伏移动电源的背景及意义

1.1.1 光伏移动电源的研发背景

化石能源日渐枯竭，电能的利用愈加受到重视。目前智能手机已成为市场主流，各种电子设备日渐小型化，便携性逐步提高，然而这些电子设备高速发展更新换代的同时，电子设备必不可少的电池并没有相应的飞速发展，有限的电量便成为众多设备的一个瓶颈。其中最为代表性的便是智能手机的电量瓶颈。在智能手机之前，多数手机可以使用长达月余方充电一次，现而今则基本每天都必须充电。手机的电量监视甚至可以看到电量的飞速减少。主要是手机屏幕变大以及功能的增多导致高耗电，而这恰恰是手机越来越便利成为人们不可缺少的生活工具的一大原因。

早期人们多采用备用电池来解决电量问题。随着电池的发展，人们发现锂是一种高度活跃的金属。电池的基本原理是氧化还原反应，故活泼的锂金属将是一种好的电池材料。但锂金属电池在充电中存在较大缺陷，易燃易爆。后来在其中加入了能抑制锂活跃的元素，得到了安全高效的锂离子电池。随着技术的不断发展，新一代的聚合物锂离子电池逐步替代了原来的锂离子电池。新一代的聚合物锂离子电池外形上可以做到更加轻薄多样，单位能量提高约50%，而且还具有高安全性，工作温度范围大等优点[^[1]]。图1-1为各种锂离子电池外观。

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