摘要：獨立型太陽能照明系統存在鉛酸蓄電池使用壽命短且弱光條件下系統充電能力不足的缺點，為了改進系統性能，文中設計了基于超級電容-鉛酸蓄電池混合儲能的太陽能充電器，采用UC3909智能管理芯片實現對鉛酸蓄電池具有溫度補償功能的的四階段充電管理；并利用超級電容器組及升降壓轉換電路實現弱光充電功能，優化鉛酸蓄電池充放電過程，提高系統效率及穩定性。

0引言

近年來隨著能源短缺問題日益突出，太陽能、風能等新型無污染的替代能源應用日益受到重視。獨立型太陽能照明系統因其結構簡單、無需鋪設電纜，且搭建、攜帶較為方便等特點在照明領域有著廣泛應用前景。

但目前急需解決的有鉛酸蓄電池使用壽命較短及系統在弱光條件下充電能力不足這兩大問題。系統儲能元件鉛酸蓄電池設計壽命約三年，但由于充電方式、存儲方式以及人為等諸多因素的影響導致其使用壽命過短，需要經常更換，不僅加大了使用成本也影響了系統的穩定性。另外大部分已使用的系統在弱光條件下充電能力不足，導致系統太陽能板利用率不高；傳統提高弱光充電能力的方法是采用組態優化控制來實現，即根據外界光照強弱采用繼電器控制太陽能板組件按照串聯或并聯等不同的組合方式給蓄電池充電，確保太陽能板組件輸出電壓始終達到設定充電電壓。這種方法雖然可以實現弱光充電，但在組態變化的瞬間，電路輸出電壓波動較大，影響系統穩定性。此外，由于采用繼電器控制，繼電器的機械開關觸點在工作較長時間后容易磨損失靈甚至引起誤操作。為了有效提高系統弱光充電能力，本文采用超級電容器組及升降壓電路來實現弱光條件下有效充電，并采用UC3909實現對膠體密封鉛酸蓄電池智能化充電管理，延長蓄電池使用壽命。

1鉛酸蓄電池充電特性

鉛酸蓄電池的充電特性是由其最大接受充電能力來體現，是在保證蓄電池析氣率較低、溫升較低時所能承受的最大充電電流。其充電特性曲線方程式為：

式中，I為充電電流；I0為初始最大充電電流；a為最大接受力比；t為充電時間。

在實際的電池充電管理過程中，要使蓄電池的充電過程完全吻合該充電特性曲線存在較大困難。因此本著提高充電效率、保障蓄電池使用壽命、實現合理有效充電的原則，參考充電特性曲線，采用智能控制芯片UC3909實現對膠體密封鉛酸蓄電池分段充放電控制管理。

2基于UC3909控制器的四階段充電

目前獨立型太陽能照明系統中蓄電池充電控制器一般采用的是三階段充電方式，即先恒流充電、再恒壓充電、后浮充充電。但由于某些應用場合的蓄電池會經常出現過度放電的情況，如果一開始就直接進入較大電流充電的恒流充電階段，容易造成熱失控，易損壞蓄電池。所以在最開始的時候應該采用小電流IT充電的涓流充電模式，等蓄電池的端電壓達到設定的充電使能電壓UT時，再進行恒流充電。UC3909芯片可以根據蓄電池的狀態實現涓流充電、恒流充電、恒壓充電和浮充充電四個階段合理充電，如圖1所示。

狀態1：涓流充電。

當蓄電池電壓低于充電使能電壓UT，充電器提供很小的涓流IT進行充電，IT一般約為0.01C（C為蓄電池容量）狀態2：恒流充電。

當蓄電池的電壓達到充電使能電壓UT時，充電器提供一個大電流IBULK對蓄電池進行恒流充電，這一階段是充電的主要階段，蓄電池端電壓上升很快，直至電壓上升到過壓充電電壓UOC時進入恒壓充電階段。

狀態3：恒壓充電。

在此階段，充電器提供一個略高于蓄電池額定值的電壓UOC進行恒壓充電，電路的充電電流將按指數規律逐漸減小，直至電流大小等于充電終止電流IOCT（約為10%IBULK），蓄電池已被充滿，充電器進入浮充充電狀態。

狀態4：浮充充電。

浮充充電階段，充電器提供浮充電壓UF對蓄電池以很小的浮充電流進行充電，以彌補蓄電池自放電造成的容量損失。同時由于蓄電池的浮充電壓隨溫度變化而變化，因此需要選擇與蓄電池相同溫度系數的熱敏電阻進行溫度補償，確保在任何溫度下都能以精確的浮充電壓進行浮充充電。溫度系數一般選擇-3.5~-5mV/。