如今,能量采集技術已經(jīng)可以從多種不同類型的環(huán)境能量源中收集電能,例如,太陽能、熱能、振動能等。理想狀態(tài)下,電子設備可以在能量采集技術的支撐下獨立運行,對于迫切需要解決續(xù)航能力的物聯(lián)網(wǎng)（IoT,Internet of Things）設備來說,能量采集技術表現(xiàn)出絕對的優(yōu)勢,有效延長了電子設備的續(xù)航時間。傳統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)設備使用鋰電池作為電源,在多數(shù)應用中似乎是一個不錯的選擇,但電池有限的容量總是無法滿足使用者對續(xù)航能力的要求,若利用能量采集技術為物聯(lián)網(wǎng)設備中的鋰電池進行補充充電,將會極大的改善續(xù)航能力。環(huán)境能源復雜多變,換能器的輸出功率不穩(wěn)定,因此一個完整的能量采集系統(tǒng)必定包含對電池進行充放電管理的電路,實現(xiàn)能量采集場景下鋰電池充放電過程的安全可控。本文以太陽能電池作為換能器,其單片輸出電壓較低且存在較大范圍內(nèi)波動。針對實際需要設計了為鋰電池充電電路提供電源軌的自適應升壓變換器,將一定范圍內(nèi)的輸入電壓轉(zhuǎn)換到充電電路所需的電源電壓,輸出電壓動態(tài)跟蹤鋰電池的電池電壓,降低充電通路上的損耗;為應對輸入功率不穩(wěn)定的情況,設計出多種模式協(xié)同充電的充電電路,可工作在涓流、定頻恒流脈沖充電、變頻恒流脈沖充電三... 

【文章來源】：電子科技大學四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：119 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

鋰電池充放電管理電路芯片結(jié)構(gòu)圖

小尺寸太陽能電池的光-電轉(zhuǎn)換基于半導體界面的光伏效應,以硅系列太陽能電池為例,這類太陽能電池的基板通常是P型硅基半導體,摻入了少量的3價硼原子,再以高溫擴散工藝將濃度高于3價硼原子的5價磷原子摻入到P型硅基半導體基板,從而形成PN結(jié)。圖2-1給出了這類太陽能電池的工作原理示意圖,在P型半導體和N型半導體之間的勢壘區(qū)存在內(nèi)建電場,內(nèi)建電場的方向由N區(qū)指向P區(qū),當收到太陽光輻射時,光子提供的能量將半導體中的電子空穴對激發(fā)出來,在電場的作用下帶正電的空穴向P區(qū)聚集,P區(qū)的電勢升高,同理帶負電的電子向N區(qū)聚集,N區(qū)的電勢降低,導致P區(qū)儲存了過量的空穴,N區(qū)儲存了過量的電子,最終在PN結(jié)上形成一個光生電場,該電場一部分用來平衡內(nèi)建電場,另一部分使P區(qū)、N區(qū)帶有不同的正電荷和負電荷,從而在兩個區(qū)域之間產(chǎn)生電動勢,通過負載形成電流回路[31]。2.1.3 非線性輸出特性對電路設計的影響

硅系列太陽能電池本質(zhì)上屬于半導體光電器件,對光照強度、環(huán)境溫度等因素的變化敏感,輸出特性與PN結(jié)二極管、場效應晶體管和雙極型晶體管一樣具有明顯的非線性。圖2-2給出了太陽能電池的等效電路,為了簡化數(shù)學計算,模型以單二極管的形式展現(xiàn),主要有電流源Iph、二極管D1、并聯(lián)電阻Rp和串聯(lián)電阻Rs組成[32]。其中,不同光照強度和溫度下,電流源Iph不同,直接影響太陽能電池的輸出特性;并聯(lián)電阻Rp表征了太陽能電池中存在的漏電,其組成有PN結(jié)本身存在的漏電流、硅片表面缺陷、制造工藝產(chǎn)生的漏電流,并聯(lián)電阻對太陽能電池的性能會產(chǎn)生非常大的影響,因此總是希望Rp越大越好;串聯(lián)電阻Rs是從PN結(jié)產(chǎn)生電場的位置到太陽能電池輸出節(jié)點之間電阻的總和,基體電阻、連線電阻、電極與半導體表面的接觸電阻都屬于串聯(lián)電阻,為了降低電壓在太陽能電池內(nèi)部的損耗,總是希望串聯(lián)電阻盡可能的小。對于實際的太陽能電池,并聯(lián)電阻Rp的數(shù)值很大,串聯(lián)電阻Rs的數(shù)值較小。對于太陽能電池有五個非常重要的參數(shù),即開路電壓VOC、短路電流ISC、最大功率點電壓VMPP、最大功率點電流IMPP和最大功率PMPP,上述五個參數(shù)的關系如圖2-3所示。

【參考文獻】：
期刊論文
[1]一種高精度鋰離子電池建模方案研究[J]. 周娟,化毅恒,劉凱,蘭海,樊晨.  中國電機工程學報. 2019(21)
[2]光伏電池模型與特性分析[J]. 曹翊,尤一龍.  民營科技. 2012(11)
[3]任意光強和溫度下的硅太陽電池非線性工程簡化數(shù)學模型[J]. 廖志凌,阮新波.  太陽能學報. 2009(04)

博士論文
[1]高性能升壓型電源管理芯片的研究與優(yōu)化設計[D]. 池源.西安電子科技大學 2015

碩士論文
[1]具有極低靜態(tài)電流的BOOST型DC-DC變換器的研究與設計[D]. 苗潤云.西安電子科技大學 2019
[2]變導通時間控制Buck變換器分析與設計[D]. 曾鵬灝.電子科技大學 2019
[3]單芯片集成USM驅(qū)動電路的關鍵技術研究與實現(xiàn)[D]. 黃龍.電子科技大學 2019
[4]基于Constant Off-Time BOOST變換器的環(huán)路研究與設計[D]. 魏秀凌.電子科技大學 2018
[5]能量收集的無線傳感器網(wǎng)絡能量管理策略研究[D]. 陳國帥.西安電子科技大學 2017
[6]USM單片驅(qū)動中的Boost電路設計[D]. 王康樂.電子科技大學 2017
[7]基于室內(nèi)光能和振動能的復合式能量采集微電源系統(tǒng)研究[D]. 劉鵬宇.重慶大學 2013



本文編號：2978301