(3)LM339比较电路和Q6构成低压保护电路，当电池组电压低于设定放电终止电压时，LM339电路输出低电平，NMOS管Q6截止，对负载的放电停止，防止电池组出现过度放电，影响其寿命。

　　2.3 MAX864A充电电路

　　在线监测设备需要随时保持工作状态，在光照或风力不足时需要蓄电池供电。经比较本设计选用锂电池，以保证在线设备工作更稳定，更长久。

　　表2锂电池与铅酸蓄电池的比较

　　Table 2 Comparison of lithium and lead-acid batteries

　　锂电池

　　铅酸电池

　　循环寿命

　　500-800次(锰锂电池)

　　2000次(铁锂电池)

　　300次(漏液更低)

　　充电时间

　　2-3小时(快充)

　　6-8小时

　　重量与体积

　　1倍

　　4~5倍

　　温度适用性

　　下降不超过15%(-20℃)

　　冬季容量会下降40%以上

　　成本

　　较高

　　一般

　　环保型

　　较为环保

　　高污染品

　　锂离子电池对充电电压的精度要求很高，本设计使用MAX846芯片做充电器，该充电器具有限流恒压充电功能，可以根据锂电池电压自动调整充电模式，可设定浮充充电模式[12]，有利于提升锂电池的实际使用寿命。

　　图6 锂电池充电电路

　　Fig.6 Lithium battery charging circuit

　　如图6所示，该芯片的VEST引脚用于设置电池组的浮充电压，ISET引脚用于恒流充电的充电电流大小，CELL2引脚用于设定锂电池组的数目，接地时为单块锂电池充电，接高电平VL时为两块串联的锂电池组充电。参照芯片参数可设定RCS、RVSET和RISET：

　　(6)

　　(7)

　　(8)

　　式中，UCS=0.165V，UX为RVSET接点电压，UF为单体电池浮充电压，IBAT为设定的充电电流。

　　为了保证锂电池均衡充电而不至于出现过充，实际采用的浮充电压低于锂电池最高额定电压。

　　2.4 锂电池串联充放电均衡问题

　　基于现有的锂离子电池制造水平，即使是同一批次的锂电池，个体差异依然存在，为了避免个别单体的过充、过放所导致的电池组失效，使其性能接近单体电池的平均水平，应对电池组中各单体之间实现均衡控制[13]。

　　图7锂电池均衡电路

　　Fig.7 Lithium battery equalizer

　　如图7所示，稳压管电压Vref2=0.05Rf/R(设定本电路允许单体锂电池存在0.05V的电压差异)。在同一电池组每块电池两侧并联分流电阻R0(R0的值为充电电阻的数十倍)，R0与开关管Q9、Q10分别构成两个分流电路。当两块电池电压差值│VC11-VC12│>0.05V时，电压较高的电池的并联分流电路导通，对电压低的电池进行补偿。当两块电池电压差值不大时，分流电路截止。

　　3 负载分析

　　本文以本实验室已有的一套污秽绝缘子监测系统作为负载进行分析，该系统包括：紫外光子探测仪及其相应处理电路(功耗约1.0W)、GSM/GPRS无线通信模块(空闲损耗仅为几mW，平均工作功耗2.0W)、则其最大损耗为3.0W。程序设定发送时间为1分钟一次，则平均功耗约为2W。

　　我国南方地区夏季日照充足，冬季阴雨多风，风光供能对设备形成互补状态。本实验选用350x552x23(mm)的多晶硅太阳能电池板(P额定=20W)。风机叶轮直径D=30cm，风轮高度H=15cm，由式(2)可知，取CP=0.2，空气密度ρ=1.29kg/m3，该风力机在1m/s的风速下输出功率计算值约为：P=5.8W。分析我国风力光照分布情况表可知：我国西南地区属于风能可利用区，每年风速3~20m/s 累积时间为2000~4000，蓄电池组由2节15AH-4.2V锂电池串联构成，在光照充足的情况下，风能、太阳能为锂电池充电并为负载供电，在无光照的时候负载由一组锂电池供电，风力电机对另一组电池进行补偿，当两块电池组容量相差较大时，两组电池工作状态切换。

　　在平均情况下，单独使用风能、太阳能均能满足设备的供能需要，考虑到风光发电不连续，出现极端气候必然供能不足，必须采用互补方式供能。电池组一次满充后可为常用在线监测设备供电一周左右，考虑到在放电过程中还有风光交替进行补偿，且实际监测设备的发送频率比1分钟要低，电池完成一次充放电周期更长，设备理论寿命可达数十年。

　　4 结论

　　本文采用了风力电机与太阳能发电相结合的方式，突出解决高压输电线路在线监测设备供电难题。本设计具有以下特点：

　　(1)由于一组锂电池始终处于接入状态，供能稳定，供电质量好，尤其对于功率变化较大的负载有较好的适应性;

　　(2)使用周期长，成本低，适用于长期免维护的在线监测设备，尤其适合南方多阴雨天气下太阳能供能不足的在线设备。

　　(3)能量来源为绿色能源，无污染，与架空线路取能相比具有非接触式的优点。

　　(4)可扩展性强。可根据需要调整风轮直径、太阳能板体积以及锂电池容量，以达到更高的输出电压和功率。

　　参考文献

　　[1] 姚树友,熊兰, 王皓宇等. 基于紫外脉冲的污秽绝缘子电晕放电监测系统[J]. 高电压技术, 2009,35(4)：844-848.

　　[2] 张超,赵德安.太阳能电池在电子电流互感器高压侧供能的研究[J].电力电子技术,2009.04:42-43+49.

　　[3] 邱红辉,段雄英,邹积岩. 基于LPCT的激光供能电子式电流互感器[J], 电工技术学报 ,2008,23(04):66-72.

　　[4] 李岩,垂直轴风力机设计与实验[J],可再生能源, 2009.05:120-122.

　　[5]雷娟,蒋新华,解晶莹. 锂离子电池组均衡电路的发展现状[J],电池,2007.01:62-63.

 2/2   首页 上一页 1 2