孫玉鋒，辛業(yè)春

（1.中國(guó)聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)通信集團(tuán)有限公司 長(zhǎng)春分公司，吉林 長(zhǎng)春 130000；2.東北電力大學(xué) 電氣工程學(xué)院，吉林 吉林 132012）

為了保證安全生產(chǎn)，需要對(duì)很多設(shè)備進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)，如電力系統(tǒng)的輸電線路，輸電桿塔等。但是，由于這些設(shè)備安裝在野外，監(jiān)測(cè)裝置不能采用市電進(jìn)行供電，供電問(wèn)題成為一個(gè)難題。

太陽(yáng)能電是發(fā)展最為迅速的一種綠色能源，太陽(yáng)能作為清潔的可再生能源，越來(lái)越受到人們的重視，利用太陽(yáng)能對(duì)這些監(jiān)測(cè)裝置進(jìn)行供電[1－3]，是一種行之有效的辦法。

本文設(shè)計(jì)的太陽(yáng)能供電電源，由光伏電池、鋰電池、鋰電池充電管理單元、超級(jí)電容器組成。在陽(yáng)光充足的情況下，利用太陽(yáng)能對(duì)鋰電池進(jìn)行充電，并輸出穩(wěn)定電壓，向用電裝置供電；當(dāng)陽(yáng)光不足或陰雨天氣時(shí)，利用鋰電池作為后備電源向用電裝置供電；同時(shí)，采用超級(jí)電容器，利用其功率密度大的特點(diǎn)，使電源的負(fù)載適應(yīng)能力（尤其是大功率脈動(dòng)負(fù)載）有較大的提高。

1 BQ24200的主要特點(diǎn)

BQ24200是用于限流應(yīng)用的單節(jié)鋰粒子電池充電管理芯片。其對(duì)鋰電池進(jìn)行充電，如果電池電壓低于內(nèi)部低電壓閥值時(shí)，首先是預(yù)充電階段，采取涓流充電方式對(duì)電池進(jìn)行充電，這樣可修復(fù)深度放電的電池；預(yù)充電結(jié)束后，在內(nèi)部限制的電流以下，以最大電流對(duì)電池進(jìn)行充電，直到電池充電到期望的電壓值充電過(guò)程結(jié)束。

BQ24200的基本特征和參數(shù)[4]如下：

1）特別的設(shè)計(jì)使其具有電流限制功能；

2）充電時(shí)，需要很低的電壓降落，適合于需要低電壓降落的焦炭和石墨電極單節(jié)鋰離子電池充電設(shè)計(jì)；

3）內(nèi)部集成500 mA功率晶體管；

4）內(nèi)部電壓調(diào)整精度為0.5%；

5）電池插入和移除檢測(cè)；

6）具有預(yù)充電功能；

7）輸入電壓低時(shí)自動(dòng)進(jìn)入睡眠模式；

8）具有充電狀態(tài)指示或用于主機(jī)狀態(tài)檢測(cè)接口指示；

9）帶有溫度監(jiān)測(cè)功能。

2 BQ24200的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和引腳功能

BQ24200的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 BQ24200內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖Fig.1 Internal map structure of BQ24200

引腳功能：

IN：連接到內(nèi)部P溝道功率晶體管源極。

OUT:連接到內(nèi)部P溝道功率晶體管漏極。

BAT（Battery voltage sense）:電池電壓傳感器輸入，連接到電池的正極。

TS（Temperature sense input）:外部電池溫度監(jiān)測(cè)回路輸入。

STAT（Charge status output）:不同充電狀態(tài)指示。

VCC（Supply voltage input）:電源輸入。

3 電源的總體設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)用太陽(yáng)能電池將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換成直流電后，經(jīng)充電電路存儲(chǔ)到蓄電池，再經(jīng)過(guò)放電電路，按不同的供電要求供給不同的直流負(fù)載。

電源的總體設(shè)計(jì)包括:太陽(yáng)能電池供電電路、鋰電池、鋰電池充電管理[5]單元、超級(jí)電容器。其電路如圖2所示。

圖2 電源總體原理圖Fig.2 Principle block diagram of power supply

3.1 太陽(yáng)能電池板及鋰電池

太陽(yáng)能電池板在使用中必須注意兩個(gè)主要問(wèn)題：一是功率的選取，另一個(gè)是電壓的選取。BQ24200的工作電壓為：最低門(mén)檻電壓2.4 V，最高工作電壓是16.5 V。太陽(yáng)能電池板的輸出電壓一定要滿足BQ24200的工作電壓范圍，以免對(duì)其造成損壞。根據(jù)需要，可選取額定輸出電壓為9 V，開(kāi)路電壓為10.8 V的太陽(yáng)能電池板進(jìn)行供電。太陽(yáng)能電池輸出功率Wp是標(biāo)準(zhǔn)太陽(yáng)光照條件下，即：歐洲委員會(huì)定義的101標(biāo)準(zhǔn)，輻射強(qiáng)度1 000 W/m2，大氣質(zhì)量AM1.5，電池溫度25℃條件下，太陽(yáng)能電池的輸出功率。由于不同地區(qū)的日照時(shí)間和太陽(yáng)照射角度不同，需要根據(jù)應(yīng)用的區(qū)域選取合適的容量。

蓄電池容量的選擇一般要遵循以下原則：首先在能夠滿足夜晚裝置工作的前提下,把白天太陽(yáng)能電池組件的能量盡量存儲(chǔ)下來(lái)，同時(shí)還要能夠存儲(chǔ)滿足連續(xù)陰雨天用電裝置連續(xù)工作的電能。蓄電池容量過(guò)小不能夠滿足裝置連續(xù)工作的需要；蓄電池容量過(guò)大，一方面蓄電池始終處在虧電狀態(tài)，影響蓄電池壽命，同時(shí)造成浪費(fèi)。

3.2 溫度限制

通過(guò)監(jiān)測(cè)引腳TS對(duì)地的電壓，實(shí)現(xiàn)對(duì)電池溫度的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。TS引腳的電壓由熱敏電阻RT1、RT2和Vcc來(lái)產(chǎn)生；根據(jù)TS引腳電平的高低，對(duì)電池的充電進(jìn)行高低溫保護(hù)。TS引腳上的電平在其內(nèi)部電壓VTS1和VTS2之間時(shí)，BQ24200對(duì)電池充電，否則，充電停止。

熱敏電阻的選取方法如下：對(duì)于負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻：

對(duì)于正溫度系數(shù)的熱敏電阻：

其中：RTC是熱敏電阻低溫時(shí)的電阻值；RTH是熱敏電阻高溫時(shí)的電阻值。

3.3 超級(jí)電容器

超級(jí)電容器[6-7]是介于傳統(tǒng)蓄電池與傳統(tǒng)靜電電容器之間的新概念能量?jī)?chǔ)存器件。與傳統(tǒng)電容器相比,它具有較大的容量、較高的能量、較寬的工作溫度范圍和極長(zhǎng)的使用壽命。與傳統(tǒng)蓄電池相比，超級(jí)電容器具有更大的功率密度（10倍以上），充電時(shí)間短，釋放能量速度快、循環(huán)壽命長(zhǎng)、對(duì)環(huán)境無(wú)污染等特點(diǎn)。本電源電路設(shè)計(jì)中加入了超級(jí)電容器，解決了瞬間大功率供電問(wèn)題,電路簡(jiǎn)單可靠，無(wú)需維護(hù)。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文對(duì)鋰電池充電管理芯片BQ24200的主要特性、內(nèi)部結(jié)構(gòu)作了詳細(xì)的介紹。利用BQ24200對(duì)鋰電池進(jìn)行充電，設(shè)計(jì)了一種太陽(yáng)能供電電源[8-9]，適用于在野外工作的有源電子設(shè)備。通過(guò)采用超級(jí)電容，解決了目前線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)經(jīng)常采用的帶有GSM/GPRS模塊的監(jiān)測(cè)終端瞬間大功率供電的問(wèn)題。設(shè)計(jì)的太陽(yáng)能供電電源，已成功運(yùn)用于電纜接頭在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，供電穩(wěn)性可靠。

[1] 何智磊.基于GPRS通訊與太陽(yáng)能供電的溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的研制[D].哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2009.

[2] 孫陸梅，何井彪.由太陽(yáng)能供電的水位無(wú)線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].中國(guó)電力， 2006，39（9）:53-54.SUN Lu-mei，HE Jing-biao.Design of radio monitoring system for water level using power supplied by solar energy[J].Electric Power， 2006，39（9）:53-54.

[3] 趙湘陽(yáng)，席兵.基于TPS6211X的FPGA高效電源設(shè)計(jì)[J].電子設(shè)計(jì)工程， 2009，17（5）:96-98.ZHAO Xiang-yang，XI Bing.Design of efficient power supply for FPGA based on TPS6211X [J].Electronic Design Engineering， 2009， 17（5）:96-98.

[4] Texas Instruments Incorporated.BQ24200 Data Sheet[EB/OL].[2008-03-19].http://focus.ti.com.cn/cn/lit/ds/symlink/bq24200.pdf.

[5] 胡廣俠.鋰離子電池充放電過(guò)程的研究[D].上海:中國(guó)科學(xué)院研究生院（上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所），2003.

[6] 蔡國(guó)營(yíng)，王亞軍，謝晶，等.超級(jí)電容器儲(chǔ)能特性研究[J].電源世界，2009（1）:33-38.CAI Guo-ying， WANG yan-jun， XIE jing， et al.Research on the energy-storage characteristics of super capacitors[J].The World of Power Supply， 2009（1）:33-38.

[7] 王振浩，張延奇，李國(guó)慶，等.基于超級(jí)電容器的直流系統(tǒng)混合儲(chǔ)能研究[J].電網(wǎng)技術(shù)，2010，34（4）:158-162.WANG Zhen-hao， ZHANG Yan-qi， LI Guo-qing,et al.Research on hybrid energy storage forDC system of substations and power plants based on super capacitors[J].Power System Technology， 2010，34（4）:158-162.

[8] 海濤，劉得剛，駱武寧.一種太陽(yáng)能光伏并網(wǎng)逆變器的研究[J].陜西電力,2010,38（1）：49-52.HAI Tao,LIU De-gang,LUO Wu-ning.Research on Solar Photovoltaic Grid-connected Inverter[J].Shaanxi Electric Power，2010,38（1）：49-52.

[9] 黃先偉，張淼，岑長(zhǎng)岸.參數(shù)辨識(shí)在光伏發(fā)電控制系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].陜西電力,2009,37（1）：5-8.HUANG Xian-wei，ZHANG Miao， CEN Chang-an.Application of Parameter Identification in Control System for Photovoltaic Generation[J].Shaanxi Electric Power，2009,37（1）：5-8.