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，供電問題成為一個(gè)難題。太陽能電是發(fā)展最為迅速的一種綠色能源，太陽能作為清潔的可再生能源，越來越受到人們的重視，利用太陽能對(duì)這些監(jiān)測(cè)裝置進(jìn)行供電，是一種行之有效的辦法。
本文設(shè)計(jì)的太陽能供電電源，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。在陽光充足的情況下，利用太陽能對(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程結(jié)束。
B024200的基本特征和參數(shù)哺如下：
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。
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)用太陽能電池將太陽能轉(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：太陽能電池供電電路、鋰電池、鋰電池充電管理單元、超級(jí)電容器。其電路如圖2所示。
3．1 太陽能電池板及鋰電池
太陽能電池板在使用中必須注意兩個(gè)主要問題：一是功率的選取，另一個(gè)是電壓的選取。BQ24200的工作電壓為：最低門檻電壓214 V，最高工作電壓是16．5 V。太陽能電池板的輸出電壓一定要滿足B024200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，開路電壓為10．8 V的太陽能電池板進(jìn)行供電。太陽能電池輸出功率Wp是標(biāo)準(zhǔn)太陽光照條件下，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，太陽能電池的輸出功率。由于不同地區(qū)的日照時(shí)問和太陽照射角度不同，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，把白天太陽能電池組件的能量盡量存儲(chǔ)下來，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。蓄電池容量過小不能夠滿足裝置連續(xù)工作的需要；蓄電池容量過大，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題，電路簡(jiǎn)單可靠，無需維護(hù)。
4 結(jié)束語
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)了一種太陽能供電電源，適用于在野外工作的有源電子設(shè)備。通過采用超級(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題。設(shè)計(jì)的太陽能供電電源，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。