畢業(yè)設(shè)計(jì)----太陽能臺燈

1、<p><b>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）</b></p><p>　　專 業(yè) </p><p>　　班 次 </p><p>　　姓 名 </p><p>　　指導(dǎo)老師

2、</p><p>　　二0一 2 年 </p><p><b>　　太陽能臺燈</b></p><p>　　摘要：太陽能臺燈是通過太陽能電池板，吸收太陽能將其轉(zhuǎn)換為電能，并貯存在蓄電池內(nèi)，當(dāng)需要照明時,打開開關(guān),即可用于照明。采用LED作為光源,具有節(jié)能省電的特點(diǎn)。利用太陽能充電,無需頻繁更換電池,適應(yīng)了清潔、環(huán)保的發(fā)展趨勢。該產(chǎn)品攜帶方便

3、,操作簡單,是現(xiàn)代生活中理想的照明工具。</p><p>　　本文重點(diǎn)研究了利用CHK0501C實(shí)現(xiàn)太陽能充電控制技術(shù)。CHK0501C是一款具備涓流、恒流、恒壓三段式充電方式的鋰電池充電控制芯片，并具有電池短路、過溫保護(hù)功能；芯片內(nèi)置了高精度和高電源抑制能力的基準(zhǔn)電壓源，從而實(shí)現(xiàn)了極高精度的浮充電壓控制，充分保證了充電的安全性；輸出控制端（DRC）耐壓高達(dá)40V，可以實(shí)現(xiàn)多節(jié)電池充電控制，簡化了外圍應(yīng)用電路；芯

4、片具有完善的鋰電池充電保護(hù)功能，極大地提高了電池的充電壽命和電池的充電安全性。</p><p>　　[關(guān)鍵詞] 太陽能臺燈；太陽能充電；CHK0501C</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　第1章 緒論1</b></p><p>　　第2章 太陽能臺燈設(shè)計(jì)方案2

5、</p><p>　　2.1 設(shè)計(jì)的總體框架2</p><p>　　2.2 設(shè)計(jì)的總體思路2</p><p>　　第3章 太陽能電池簡介3</p><p>　　3.1 太陽能電池分類3</p><p>　　3.2 太陽能電池的工作原理及結(jié)構(gòu)4</p><p>　　3.2.1 P型和N型

6、半導(dǎo)體4</p><p>　　3.2.2 太陽電池基本工作原理5</p><p>　　3.2.3 晶體硅太陽電池結(jié)構(gòu)6</p><p>　　3.3 太陽能電池的參數(shù)及型號7</p><p>　　第4章 LED簡介8</p><p>　　4.1 LED發(fā)光原理8</p><p>　　4

7、.2 LED分類及結(jié)構(gòu)8</p><p>　　4.3 LED的優(yōu)點(diǎn)9</p><p>　　第5章 鋰電池簡介10</p><p>　　5.1 鋰離子電池的工作原理10</p><p>　　5.2 鋰離子電池型號及參數(shù)10</p><p>　　5.3 鋰離子電池的優(yōu)點(diǎn)11</p><p&g

8、t;　　第6章 鋰電池充電控制芯片CHK0501C12</p><p>　　6.1 CHK0501C功能介紹12</p><p>　　6.1.1 CHK0501C功能概述12</p><p>　　6.1.2 CHK0501C管腳排列12</p><p>　　6.1.3 CHK0501C功能框圖12</p><p&

9、gt;　　6.1.4 CHK0501C管腳說明13</p><p>　　6.1.5 CHK0501C電學(xué)參數(shù)13</p><p>　　6.2 電路原理圖14</p><p>　　6.2.1 鋰電池充電過程14</p><p>　　6.2.2 電池欠壓點(diǎn)設(shè)置15</p><p>　　6.2.3 充電電流設(shè)置1

10、5</p><p>　　6.2.4 浮充電壓設(shè)置16</p><p>　　6.2.5 過溫保護(hù)功能16</p><p>　　6.2.6 LED端口的驅(qū)動狀態(tài)17</p><p>　　第7章 電路調(diào)試18</p><p>　　7.1 太陽能臺燈實(shí)物圖18</p><p>　　7.2 實(shí)物

11、測試過程20</p><p>　　7.3 測試結(jié)果與存在不足24</p><p><b>　　致謝25</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)26</b></p><p><b>　　第1章 緒論</b></p><p>　　太陽能臺燈利用

12、太陽能充電，是一種綠色、安全的產(chǎn)品，太陽能臺燈具有以下優(yōu)點(diǎn)。</p><p>　　1.節(jié)約資源――太陽能供電 </p><p>　　清潔、節(jié)能，采用高亮度低功耗的高科技散光LED燈作為光源。太陽能發(fā)電板或市電作為電源供應(yīng)。用戶在白天出門時將電池盒取出并放置在陽臺上，當(dāng)傍晚回來再將電池盒插入臺燈，在充裕的太陽下光照一天，臺燈可以連續(xù)使用3.5個小時以上，完全滿足用戶使用。當(dāng)沒有陽光時，可以使

13、用交流電供電，60顆高效散光LED燈才3.6W，卻等同于傳統(tǒng)白熾燈45W的亮，但其功耗很低。3.6W的耗電量，一般是帶不動電表的，如果一整年使用交流電供電，一年產(chǎn)生的電費(fèi)也在10元里面，所以使用太陽能臺燈幾乎是免費(fèi)。</p><p>　　2.保護(hù)眼睛――直流照明無頻閃無輻射</p><p>　　直接使用交流電的光源必然存在頻閃，發(fā)熱量大的光源必然存在熱輻射。而太陽能臺燈使用低壓直流供電，發(fā)

14、熱量極低（LED是低功耗產(chǎn)品），即使太陽能臺燈使用交流電供電，也是使用了適配器，將交流電變成了直流低壓電。</p><p>　　3.超長壽命燈――光衰系數(shù)遠(yuǎn)小于熒光燈 </p><p>　　采用低功耗高亮度散光的LED燈是環(huán)保高科技產(chǎn)品，低電壓小電流供電，使用壽命要比日光燈長10倍、比白熾燈長100倍。 </p><p>　　4.低壓安全燈――無安全隱患</p

15、><p>　　9V電壓供電，使用時不存在誤觸燈頭、導(dǎo)線接頭或金屬片等造成人身傷害的問題。</p><p>　　5.環(huán)保――綠色資源</p><p>　　內(nèi)部使用的是鋰離子電池，符合國際環(huán)保公約要求，可以反復(fù)使用。使用取之不盡，用之不竭的清潔能源——太陽能，節(jié)能環(huán)保，無二次污染。 </p><p>　　6.一物多用――經(jīng)濟(jì)、實(shí)用</p>

16、<p>　　電池組件與燈體之間由于采用插卡式連接，電池組件可方便地從燈體上拔插下來，電池盒上有USB接口，可以直接為小功率帶有USB的設(shè)備供電或者充電，做到一物多用。 </p><p>　　7.停電――應(yīng)急燈功能 </p><p>　　在充裕的太陽下光照一天，臺燈可以連續(xù)使用3.5個小時以上，可以讓用戶在黑夜中充當(dāng)應(yīng)急燈使用。</p><p>　　第2

17、章 太陽能臺燈設(shè)計(jì)方案</p><p>　　2.1 設(shè)計(jì)的總體框架</p><p>　　圖 2-1 總體設(shè)計(jì)框架圖</p><p>　　2.2 設(shè)計(jì)的總體思路</p><p>　　1.使用一塊8-12V的晶硅太陽能電池板，為充電控制電路的輸入端提供穩(wěn)定的電壓值，輸入端的電壓值設(shè)為8V，經(jīng)過DC/DC變換電路處理后，為鋰電池提供3.7V的輸出電

18、壓使其為鋰電池充電。</p><p>　　2.除使用DC/DC變換電路向鋰電池供電外，還可使用220V交流電對鋰電池充電，目的是防止在陰天或者光照不充足時，對太陽能臺燈進(jìn)行充電，以滿足太陽能臺燈在夜晚的使用需求。</p><p>　　3.儲存在鋰電池中的電能隨時可以為LED供電，LED采用1.8V，20mA的高亮度直插式LED并聯(lián)，并通過一個電位器或者觸控電路隨意更改LED燈的亮度，以滿足

19、不同的亮度需求。</p><p>　　4.鋰電池是儲存電量的關(guān)鍵，鋰電池選用一塊3.7V柱形鋰電池或者是聚合物鋰電池。</p><p>　　5.該臺燈能夠持續(xù)提供至少3個小時的照明時間。</p><p>　　第3章 太陽能電池簡介</p><p>　　3.1 太陽能電池分類</p><p>　　太陽能電池根據(jù)所用材料的

20、不同，太陽能電池可分為：晶硅太陽能電池、多元化合物薄膜太陽能電池、聚合物多層修飾電極型太陽能電池等。</p><p>　　1.晶硅太陽能電池晶硅太陽能電池分為單晶硅太陽能電池、多晶硅太陽能電池和非晶硅薄膜太陽能電池三種，如圖3-1所示。</p><p>　?。?）單晶硅太陽能電池</p><p>　　目前單晶硅太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率為19%左右，最高可達(dá)到24％

21、，這是目前所有種類的太陽能電池中光電轉(zhuǎn)換效率最高技術(shù)也最為成熟，但制作成本很高，以至于它還不能被廣泛和普遍地使用。由于單晶硅一般采用鋼化玻璃以及防水樹脂進(jìn)行封裝，因此其堅(jiān)固耐用，使用壽命一般可達(dá)15年，最高可達(dá)25年。單晶硅太陽能電池的構(gòu)造和生產(chǎn)工藝已定型，產(chǎn)品已廣泛用于空間和地面。這種太陽能電池以高純的單晶硅棒為原料。</p><p>　　（2）多晶硅太陽能電池板</p><p>　　多

22、晶硅太陽電池的制作工藝與單晶硅太陽電池差不多，但是多晶硅太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率則要降低不少，其光電轉(zhuǎn)換效率約17％左右。從制作成本上來講，比單晶硅太陽能電池要便宜一些，材料制造簡便，節(jié)約電耗，總的生產(chǎn)成本較低，因此得到大量發(fā)展。但是多晶硅太陽能電池的使用壽命要比單晶硅太陽能電池短。</p><p>　?。?）非晶硅薄膜太陽能電池</p><p>　　非晶硅薄膜太陽能電池與單晶硅和多晶硅太

23、陽電池的制作方法完全不同，工藝過程大大簡化，硅材料消耗很少，電耗更低，成本低重量輕，轉(zhuǎn)換效率較高，便于大規(guī)模生產(chǎn)，它的主要優(yōu)點(diǎn)是在弱光條件也能發(fā)電，有極大的潛力。但非晶硅太陽電池存在的主要問題是光電轉(zhuǎn)換效率偏低，目前國際先進(jìn)水平為10％左右，而且不夠穩(wěn)定，隨著時間的延長，其轉(zhuǎn)換效率衰減，直接影響了它的實(shí)際應(yīng)用。如果能進(jìn)一步解決穩(wěn)定性問題及提高轉(zhuǎn)換率問題，非晶硅大陽能電池?zé)o疑是太陽能電池的主要發(fā)展產(chǎn)品之一。</p><

24、p>　　圖 3-1 晶硅太陽能電池</p><p>　　2．多元化合物薄膜太陽能電池  多元化合物薄膜太陽能電池材料為無機(jī)鹽，其主要包括砷化鎵III-V族化合物、硫化鎘、硫化鎘及銅錮硒薄膜電池等，如圖3-2所示。</p><p>　　硫化鎘、碲化鎘多晶薄膜電池的效率較非晶硅薄膜太陽能電池效率高，成本較單晶硅電池低，并且也易于大規(guī)模生產(chǎn)，但由于鎘有劇毒，會對環(huán)境造成嚴(yán)重

25、的污染，因此，并不是晶體硅太陽能電池最理想的替代產(chǎn)品。</p><p>　　砷化鎵（GaAs）化合物電池的轉(zhuǎn)換效率可達(dá)28%，GaAs化合物材料具有十分理想的光學(xué)帶隙以及較高的吸收效率,抗輻照能力強(qiáng),對熱不敏感，適合于制造高效單結(jié)電池。但是GaAs材料的價格不菲,因而在很大程度上限制了用GaAs電池的普及。</p><p>　　CIS 銅銦硒薄膜電池（簡稱CIS）適合光電轉(zhuǎn)換，不

26、存在光致衰退問題，轉(zhuǎn)換效率和多晶硅一樣。具有價格低廉、性能良好和工藝簡單等優(yōu)點(diǎn)，將成為今后發(fā)展太陽能電池的一個重要方向。唯一的問題是材料的來源，由于銦和硒都是比較稀有的元素，因此，這類電池的發(fā)展又必然受到限制。</p><p>　　圖 3-2 多元化合物薄膜太陽能電池</p><p>　　3．聚合物多層修飾電極型太陽能電池  在太陽能電池中以聚合物代替無機(jī)材料是剛剛開始的一個

27、太陽能電池制造的研究方向。其原理是利用不同氧化還原型聚合物的不同氧化還原電勢，在導(dǎo)電材料（電極）表面進(jìn)行多層復(fù)合，制成類似無機(jī)P－N結(jié)的單向?qū)щ娧b置。其中一個電極的內(nèi)層由還原電位較低的聚合物修飾，外層聚合物的還原電位較高，電子轉(zhuǎn)移方向只能由內(nèi)層向外層轉(zhuǎn)移；另一個電極的修飾正好相反，并且第一個電極上兩種聚合物的還原電位均高于后者的兩種聚合物的還原電位。當(dāng)兩個修飾電極放入含有光敏化劑的電解波中時．光敏化劑吸光后產(chǎn)生的電子轉(zhuǎn)移到還原電位較低的

28、電極上，還原電位較低電極上積累的電子不能向外層聚合物轉(zhuǎn)移，只能通過外電路通過還原電位較高的電極回到電解液，因此外電路中有光電流產(chǎn)生。　</p><p>　　由于有機(jī)材料柔性好，制作容易，材料來源廣泛，成本底等優(yōu)勢，從而對大規(guī)模利用太陽能，提供廉價電能具有重要意義。但以有機(jī)材料制備太陽能電池的研究僅僅剛開始，不論是使用壽命，還是電池效率都不能和無機(jī)材料特別是硅電池相比。</p><p>　　

29、3.2 太陽能電池的工作原理及結(jié)構(gòu)</p><p>　　3.2.1 P型和N型半導(dǎo)體</p><p>　　如果雜質(zhì)是周期表中第Ⅲ族中的一種元素──受主雜質(zhì)，例如硼或銦，它們的價電子帶都只有三個電子，并且它們傳導(dǎo)帶的最小能級低于第Ⅳ族元素的傳導(dǎo)電子能級。因此電子能夠更容易地由鍺或硅的價電子帶躍遷到硼或銦的傳導(dǎo)帶。在這個過程中，由于失去了電子而產(chǎn)生了一個正離子，因?yàn)檫@對于其它電子而言是個“空位

30、”，所以通常把它叫做“空穴”，而這種材料被稱為“P”型半導(dǎo)體。在這樣的材料中傳導(dǎo)主要是由帶正電的空穴引起的，因而在這種情況下電子是“少數(shù)載流子”，如圖3-3所示。</p><p>　　如果摻入的雜質(zhì)是周期表第V族中的某種元素──施主雜質(zhì)，例如砷或銻，這些元素的價電子帶都有五個電子，然而，雜質(zhì)元素價電子的最大能級大于鍺（或硅）的最大能級，因此電子很容易從這個能級進(jìn)入第Ⅳ族元素的傳導(dǎo)帶。這些材料就變成了半導(dǎo)體。因?yàn)閭?/p>

31、導(dǎo)性是由于有多余的負(fù)離子引起的，所以稱為“N”型。也有些材料的傳導(dǎo)性是由于材料中有多余的正離子，但主要還是由于有大量的電子引起的，因而（在N型材料中）電子被稱為“多數(shù)載流子”，如圖3-4所示。 </p><p>　　圖 3-3 P型半導(dǎo)體晶體結(jié)構(gòu) 圖 3-4 N型半導(dǎo)體晶體結(jié)構(gòu)</p><p>　　3.2.2 太陽電池基本工作原理</p>

32、<p>　　太陽能是一種輻射能，它必須借助于能量轉(zhuǎn)換器才能變換成為電能，這個把太陽能變換成電能的能量轉(zhuǎn)換器，就叫做太陽能電池。太陽能電池工作原理的基礎(chǔ)是半導(dǎo)體p-n結(jié)的光生伏打效應(yīng)。所謂光生伏打效應(yīng)，就是當(dāng)物體受到光照時，其體內(nèi)的電荷分布狀態(tài)發(fā)生變化而產(chǎn)生電動勢和電流的一種效應(yīng)，如圖3-5所示。</p><p>　　圖 3-5 P-N結(jié)</p><p>　　照射到太陽電池上的太陽

33、光線，一部分被太陽電池上表面反射掉，另一部分被太陽電池吸收，還有少量透過太陽電池。在被太陽電池吸收的光子中，那些能夠大于半導(dǎo)體禁帶寬度的光子，可以使得半導(dǎo)體中原子的價電子受到激發(fā)，在P區(qū)、空間電荷區(qū)和N區(qū)都會產(chǎn)生光生電子-空穴對，也稱光生載流子。這樣形成的電子-空穴對由于熱運(yùn)動，向各個方向遷移。光生電子-空穴對在空間電荷區(qū)中產(chǎn)生后，立即被內(nèi)建電場分離，光生電子被推進(jìn)N區(qū)，光生空穴被推進(jìn)P區(qū)。在空間電荷區(qū)邊界處總的載流子濃度近似為0。在N

34、區(qū)，光生電子-空穴產(chǎn)生后，光生空穴便向P-N結(jié)邊界擴(kuò)散，一旦到達(dá)P-N結(jié)邊界，便立即受到內(nèi)電場的作用，在電場力作用下作漂移運(yùn)動，越過空間電荷區(qū)進(jìn)入P區(qū)，而光生電子（多數(shù)載流子）則被留在N區(qū)。P區(qū)中的光生電子也會向P-N結(jié)邊界擴(kuò)散，并在到達(dá)P-N結(jié)邊界后，同樣受到內(nèi)建電場的作用而在電場力作用下作漂移運(yùn)動，進(jìn)入N區(qū)，而光生空穴（多數(shù)載流子）則被留在P區(qū)。因此，在P-N結(jié)兩側(cè)產(chǎn)生了正、負(fù)電荷的積累，形成與內(nèi)建電場方向相反的光生電場。這個電場除

35、了一部分抵消內(nèi)建電場以外，還使P型層帶正電，N型層帶負(fù)電，因此產(chǎn)生了光生電動勢，這個就是光生伏特效</p><p>　　在有光照射時，上、下電極之間就有一定電勢差，用導(dǎo)線連接負(fù)載，就能產(chǎn)生直流電。如果是太陽電池開路，即負(fù)載電阻RL=∞，則被P-N結(jié)分開的全部過剩載流子就會積累在P-N結(jié)附近，于是產(chǎn)生了最大光生電動勢。假使把太陽電池短路，即RL=0，則所有可以到達(dá)P-N結(jié)的過剩載流子都可以穿過結(jié)，并因外電路閉合而產(chǎn)

36、生了最大可能的電流ISC。如果把太陽電池接上負(fù)載RL，則被P-N結(jié)分開的過剩載流子中就有一部分把能量消耗于減低P-N結(jié)勢壘，即用于建立工作電壓Um，而剩余部分的光生載流子則用來產(chǎn)生光生電流Im 。</p><p>　　3.2.3 晶體硅太陽電池結(jié)構(gòu)</p><p>　　典型的晶體硅太陽電池的結(jié)構(gòu)如圖3-6所示，其基體材料是薄片P型單晶硅，厚度在0.3mm以下。上表面為一層N+型的頂區(qū)，并構(gòu)

37、成一個N+/P型結(jié)構(gòu)。從電池頂區(qū)表面引出的電極是上電極，為保證盡可能多的入射光不被電極遮擋，同時又能減少電子和空穴的復(fù)合損失，使之以最短的路徑到達(dá)電極，所以上電極一般都采用鋁 - 銀材料制成柵線形狀。由電池底部引出的電極為下電極，為了減少電池內(nèi)部的串聯(lián)電阻，通常將下電極用鎳 - 錫材料做成布滿下表面的板狀結(jié)構(gòu)。上、下電極分別與N+區(qū)和P區(qū)形成歐姆接觸，盡量做到接觸電阻為零。為了減少入射光的損失，整個上表面還均勻地覆蓋一層用二氧化硅等材料

38、構(gòu)成的減反射膜。</p><p>　　每一片單體硅太陽電池的工作電壓大約為0.45-0.50V，此數(shù)值的大小與電池片的尺寸無關(guān)。而太陽電池的輸出電流則與自身面積的大小、日照的強(qiáng)弱以及溫度的高低等因素有關(guān)。在其他條件相同時，面積較大的電池能產(chǎn)生較強(qiáng)的電流，因此功率也較大。</p><p>　　太陽電池一般制成P+/N型或N+/P型結(jié)構(gòu)，其中第一個符號，即P+或N+表示太陽電池正面光照半導(dǎo)體的

39、導(dǎo)電類型；第二個符號，即N或P表示太陽電池背面襯底半導(dǎo)體材料的導(dǎo)電類型。在太陽光照射時，太陽電池輸出電壓的極性以P型側(cè)電極為正，N型側(cè)電極為負(fù)。</p><p>　　圖 3-6 典型的晶體硅太陽電池的結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　3.3 太陽能電池的參數(shù)及型號</p><p>　　3.3.1 太陽能電池片的技術(shù)參數(shù)</p><p>　　表 3-

40、1 125*125單晶電池片技術(shù)參數(shù)</p><p>　　3.3.2 太陽能電池組件規(guī)格參數(shù)表</p><p>　　表 3-2 太陽能電池組件參數(shù)表</p><p><b>　　第4章 LED簡介</b></p><p>　　4.1 LED發(fā)光原理</p><p>　　發(fā)光二極管英文全稱為Ligh

41、t Emitting Diode（簡稱LED），是一種新型的固態(tài)光源，誕生于20世紀(jì)60年代。</p><p>　　LED是一種固態(tài)的半導(dǎo)體器件，它可以直接把電轉(zhuǎn)化為光。LED的核心部件是一塊半導(dǎo)體的晶片，晶片的一端附在一個支架上，該端是負(fù)極，另一端連接電源的正極，整個晶片被環(huán)氧樹脂封裝起來。半導(dǎo)體晶片由兩部分組成，一部分是P型半導(dǎo)體，在它里面空穴占主導(dǎo)地位，另一端是N型半導(dǎo)體，在這邊主要是電子。但這兩種半導(dǎo)體連

42、接起來的時候，它們之間就形成一個P-N結(jié)。當(dāng)電流通過導(dǎo)線作用于這個晶片的時候，電子就會被推向P區(qū)，在P區(qū)里電子跟空穴復(fù)合，然后就會以光子的形式發(fā)出能量，這就是LED發(fā)光的原理。而光的波長也就是光的顏色，是由形成P-N結(jié)的材料決定。</p><p>　　4.2 LED分類及結(jié)構(gòu)</p><p>　　6種常見的LED，如下圖所示。</p><p>　　圖 4-1 直插式

43、LED 圖4-2 貼片LED</p><p>　　圖4-3 食人魚LED 圖 4-4 大功率LED</p><p>　　圖4-5 數(shù)碼管LED 圖4-6 點(diǎn)陣式LED</p><p>　　4.3 LED的優(yōu)點(diǎn)</p>&l

44、t;p>　　1.壽命長（＞100，000Hrs）</p><p>　　2.驅(qū)動電壓低（1.8～4.5V）</p><p>　　3.耗電量少（40～1000mW）</p><p>　　4.相對冷光源(熱輻射較小)</p><p>　　5.點(diǎn)亮速度快（時間常數(shù)為10-7～10-9S ）</p><p><b&g

45、t;　　6.體積小</b></p><p><b>　　7.多種色彩</b></p><p>　　8.耐震性特佳（全固體封裝，不易破損）</p><p>　　9.單色性佳（發(fā)光波長穩(wěn)定）</p><p><b>　　10.綠色無污染</b></p><p><

46、;b>　　第5章 鋰電池簡介</b></p><p>　　5.1 鋰離子電池的工作原理</p><p>　　鋰離子電池是指以兩種不同的能夠可逆嵌入和脫出鋰離子的化合物分別作為電池的正極和負(fù)極的二次電池體系。在充電過程中，Li+從正極化合物中脫出并嵌入負(fù)極的晶格之中，正極處于高電位的貧鋰狀態(tài)，負(fù)極則處于低電位的富鋰狀態(tài)；放電時，Li+從負(fù)極脫出并插入正極，正極為富鋰態(tài)。為保

47、持電荷的平衡，充、放電過程中有相同數(shù)量的電子經(jīng)外電路傳遞，與Li+一起在正負(fù)極間遷移，使正極分別發(fā)生氧化還原反應(yīng)，并保持一定的電位。如果以石墨化結(jié)構(gòu)的碳材料為負(fù)極，層狀結(jié)構(gòu)的富鋰化合物L(fēng)iMO2（M=Co、Ni或Mn等）為正極，電池反應(yīng)為： </p><p>　　負(fù)極反應(yīng)： 6C+xLi++xe <------> LixC6 （5-1）

48、</p><p>　　正極反應(yīng)： LiMO2 <------> Li1-xMO2 +xLi++xe （5-2）</p><p>　　電池反應(yīng)： 6C+LiMO2 <------> Li1-xMO2+LixC6 （5-3）</p><p>

49、<b>　　如圖5-1所示。</b></p><p>　　圖 5-1 鋰離子電池充電示意圖</p><p>　　5.2 鋰離子電池型號及參數(shù)</p><p>　　常見的鋰電池，如下圖所示。</p><p>　　圖 5-2 紐扣式鋰電池 圖 5-3 圓柱型鋰電池</p>&

50、lt;p>　　圖 5-4 聚合物鋰電池 圖 5-5 磷酸鐵鋰電池</p><p>　　圖 5-2-1 常見鋰電池</p><p>　　常見幾種鋰電池的參數(shù)，如表5-1所示。</p><p><b>　　表 5-1</b></p><p>　　5.3 鋰離子電池的優(yōu)點(diǎn)</p

51、><p>　　1.工作電壓高—一般在3.6V左右，有時甚至高達(dá)4V以上，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其它二次電池，這也是鋰離子電池最突出的優(yōu)點(diǎn)之一。</p><p>　　2.比能量大——雖然碳質(zhì)材料代替金屬鋰使材料的質(zhì)量比容量和體積比容量下降，但鋰電池在實(shí)際應(yīng)用中金屬鋰一般過量三倍以上，因此，其實(shí)際體積比能量并沒有明顯下降，且明顯高于其它二次電池。</p><p>　　3.自放電小——電池

52、經(jīng)首次充放電循環(huán)后，正負(fù)極均被不同程度的鈍化，可以很好地防止電池自放電。</p><p>　　4.循環(huán)壽命長——電池經(jīng)最初的幾次循環(huán)后，循環(huán)效率接近100%，在100%放電深度下的循環(huán)壽命可大于500次。</p><p>　　5.無記憶功能——鋰離子電池中使用的儲鋰電極材料的結(jié)構(gòu)可逆性好，電化學(xué)循環(huán)過程中不產(chǎn)生記憶效應(yīng)。</p><p>　　6.安全性好——嵌鋰化合

53、物比金屬鋰溫度，電池電化學(xué)過程中既不會形成枝晶鋰，也不會產(chǎn)生死鋰，大大改善了電池的安全性能。</p><p>　　7.無環(huán)境污染——電池中不含有Pb、Cd、Hg等有毒有害物質(zhì)，且電池本身為高度封閉系統(tǒng)，不會對環(huán)境造成污染。</p><p>　　第6章 鋰電池充電控制芯片CHK0501C</p><p>　　6.1 CHK0501C功能介紹</p>&l

54、t;p>　　6.1.1 CHK0501C功能概述</p><p>　　1.CHK0501C是一款具備涓流、恒流、恒壓三段式充電方式的鋰電池充電控制芯片，并具有電池短路、過溫保護(hù)功能。</p><p>　　2.芯片內(nèi)置了高精度和高電源抑制能力的基準(zhǔn)電壓源（全溫度范圍內(nèi)，電壓精度為1％），從而實(shí)現(xiàn)了極高精度的浮充電壓控制，充分保證了充電的安全性。輸出控制端（DRC）耐壓高達(dá)40V，可以實(shí)

55、現(xiàn)多節(jié)電池充電控制，簡化了外圍應(yīng)用電路。</p><p>　　3.芯片具有完善的鋰電池充電保護(hù)功能，極大地提高了電池的充電壽命（次數(shù)）和電池的充電安全性。</p><p>　　4.芯片采用SOP8封裝。</p><p>　　6.1.2 CHK0501C管腳排列</p><p>　　圖 6-1 CHK0501系列管腳排列</p>

56、<p>　　6.1.3 CHK0501C功能框圖</p><p>　　圖 6-2 CHK0501C內(nèi)部框圖</p><p>　　6.1.4 CHK0501C管腳說明</p><p>　　1.LED：雙色LED燈驅(qū)動輸出引腳。外接紅綠雙色LED燈，用于指示充電的不同過程及不同故障狀態(tài)。</p><p>　　2.DRC：充電控制輸出引腳

57、。開漏輸出，耐壓高達(dá)40V。</p><p>　　3.VT：電池溫度檢測輸入引腳。外接上拉電阻和鋰電池的NTC電阻，檢測鋰電池的溫度。當(dāng)不使用該功能時應(yīng)將VT接GND，使VT電壓值小于0.01VDD。</p><p>　　4.LV：電池欠壓檢測輸入引腳。外接分壓電阻，用于檢測鋰電池電壓。當(dāng)電池電壓低于欠壓設(shè)定值時，采用涓流模式向電池充電；電池電壓高于欠壓設(shè)定值時，采用恒流模式向電池充電。&

58、lt;/p><p>　　5.BAT：電池浮充電壓檢測輸入引腳。外接分壓電阻，用于檢測鋰電池電壓，當(dāng)電池電壓高于設(shè)定值時，采用恒壓模式向電池充電。</p><p>　　6.CS：電池電流檢測輸入引腳。用于檢測電池的充電電流。</p><p>　　6.1.5 CHK0501C電學(xué)參數(shù)</p><p>　　表 6-1 CHK0501C電學(xué)參數(shù)</

59、p><p>　　表 6-2 CHK0501C極限參數(shù)</p><p>　?。ā翊砣ぷ鳒囟确秶瑳]有這個符號表示測試溫度為25℃，除非另外指定）</p><p>　　注：超出所列的極限參數(shù)可能導(dǎo)致器件的永久性損壞。以上給出的僅僅是極限范圍，在這樣的極限條件下工作，器件的技術(shù)指標(biāo)將得不到保證，長期在這種條件下還會影響器件的可靠性。</p><p>

60、;<b>　　6.2 電路原理圖</b></p><p>　　圖 6-3 CHK0501C兩節(jié)鋰電池充電電流典型應(yīng)用電路</p><p>　　6.2.1 鋰電池充電過程</p><p><b>　　充電基本原則：</b></p><p>　　充電溫度不能過高或過低。</p><p

61、>　　電池電壓不能超過安全值,否則會影響電池充電壽命，嚴(yán)重時可能發(fā)生電池爆炸。</p><p>　　電池電壓過低不能進(jìn)行快速充電,否則有可能損壞電池。</p><p>　　圖 6-4 鋰電池充電標(biāo)準(zhǔn)曲線</p><p>　　圖6-4中參數(shù)說明:</p><p>　　Iconst恒流充電電流</p><p>　

62、　Ipre涓流充電電流（）</p><p>　　Ifull飽和判斷電流（）</p><p>　　Vconst恒壓充電電壓（）</p><p>　　Vmin涓/恒流轉(zhuǎn)換電壓()</p><p>　　當(dāng)電池電壓低于Vmin時進(jìn)行涓流充電；電池電壓高于Vmin時轉(zhuǎn)為恒定電流Iconst充電，恒流充電過程中,電池電壓持續(xù)上升；當(dāng)電池電

63、壓到達(dá)預(yù)設(shè)電壓Vconst時轉(zhuǎn)為恒壓充電，此時充電電流開始持續(xù)減小。當(dāng)充電電流小于預(yù)設(shè)的充電飽和電流Ifull時，芯片的LED腳輸出高電平，指示充飽。</p><p>　　6.2.2 電池欠壓點(diǎn)設(shè)置</p><p>　　如圖6-5所示，可以通過設(shè)置R3、R5的阻值來設(shè)定鋰電池的欠壓值。</p><p>　　圖 6-5 電池欠壓點(diǎn)設(shè)置</p><p

64、>　　其欠壓值設(shè)定公式如下：</p><p>　　CHK0501C——K=0.55V</p><p>　　當(dāng)電池電壓低于V欠壓時進(jìn)行涓流充電；電池電壓高于V欠壓時轉(zhuǎn)為恒流充電。</p><p>　　CHK0501C具有電池短路保護(hù)功能，當(dāng)電池電壓引腳電壓低于V欠壓時，芯片自動啟動短路保護(hù)功能，把充電電流減小，此時雙色LED燈紅燈閃爍。</p>&

65、lt;p>　　6.2.3 充電電流設(shè)置</p><p>　　如圖6-6所示，在電池負(fù)極和CS引腳之間連接有采樣電阻Rs，將采樣電流轉(zhuǎn)化為采樣電壓，芯片內(nèi)部設(shè)置的涓流/恒流的采樣電壓值分別為15mV和150mV。</p><p>　　假設(shè)充電電流值為I，則在涓流和恒流模式下的充電電流分別為： </p><p>　　圖 6-6 充電電流設(shè)置</p>

66、<p>　　當(dāng)處于涓流充電過程時，雙色LED燈紅燈閃爍（閃爍頻率0.5Hz）；當(dāng)處于恒流充電過程時，雙色LED燈紅燈恒亮。</p><p>　　6.2.4 浮充電壓設(shè)置</p><p>　　圖 6-7 浮充電壓設(shè)置</p><p>　　如圖6-7所示，浮充電壓的設(shè)置公式如下：</p><p>　　當(dāng)鋰電池電壓接近V浮充時，充電電流開

67、始逐漸減小，進(jìn)入恒壓充階段（恒壓充電狀態(tài)是由BAT引腳采樣來實(shí)現(xiàn)的，BAT的翻轉(zhuǎn)門檻為1.2V）。當(dāng)充電電流小于芯片的判飽電流Ifull時，芯片的LED引腳輸出高電平，令雙色LED燈綠燈常亮，指示電池被充飽。</p><p>　　6.2.5 過溫保護(hù)功能</p><p>　　CHK0501C過溫保護(hù)功能是通過VT引腳來實(shí)現(xiàn)，如圖6-8所示：</p><p>　　圖

68、6-8 過溫保護(hù)電路</p><p>　　VT外接鋰電池的NTC感溫電阻和上拉分壓電阻R11，當(dāng)鋰電池溫度升高，NTC阻值變小，VT電壓值降低，當(dāng)VT小于VOT時，芯片啟動過溫保護(hù)功能，轉(zhuǎn)換到涓流充電狀態(tài)，降低電池溫度，雙色LED燈的紅燈閃爍；當(dāng)VT端電壓回升到VRT后，芯片會重新回到過溫前的充電狀態(tài)。</p><p>　　6.2.6 LED端口的驅(qū)動狀態(tài)</p><p

69、>　　當(dāng)鋰電池充電處于不同的充電階段或者出現(xiàn)不同的故障時，LED引腳輸出不同的信號，控制外接雙色LED燈指示相應(yīng)的狀態(tài)，如圖6-9所示。</p><p>　　圖 6-9 LED端口驅(qū)動狀態(tài)</p><p>　　表 6-3 為各個狀態(tài)下LED引腳的輸出狀態(tài)</p><p><b>　　第7章 電路調(diào)試</b></p><

70、p>　　7.1 太陽能臺燈實(shí)物圖</p><p>　　圖7-1為太陽能臺燈完整結(jié)構(gòu)圖，由直流電源、充電控制電路、鋰離子電池、LED燈構(gòu)成。</p><p>　　圖 7-1 太陽能臺燈完整結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　圖7-2為9V的Hg電池充當(dāng)?shù)闹绷麟妷涸矗瑸槌潆娍刂齐娐诽峁?V的電壓。</p><p>　　圖 7-2 8V直流電壓源&l

71、t;/p><p>　　圖7-3為鋰電池充電控制電路，該電路為DC/DC轉(zhuǎn)換電路，為鋰電池充電。</p><p>　　圖 7-3 充電控制電路</p><p>　　圖7-4為臺燈的照明部分，由電位器和9顆LED燈構(gòu)成。</p><p>　　圖 7-4 LED燈泡</p><p>　　7.2 實(shí)物測試過程</p>

72、<p>　　圖7-5為測試LED燈是否能夠正常發(fā)光，并且發(fā)光亮度是否滿足照明要求。</p><p>　　圖 7-5 點(diǎn)亮LED燈</p><p>　　圖7-6正在測試電池的電壓值，電池的電壓測試結(jié)果為8.8V。</p><p>　　圖 7-6 電壓源電壓測試</p><p>　　圖7-7正在對充電控制電路加電壓，電壓源正常接通后，

73、紅綠色LED同時亮，紅色LED要閃爍2S。</p><p>　　圖 7-7 上電復(fù)位LED顯示</p><p>　　圖7-8正在對充電控制電路的輸出端測試電壓值，測試結(jié)構(gòu)為3.7V左右，證明正在對鋰電池充電。</p><p>　　圖 7-8 輸出端電壓測試</p><p>　　圖7-9正在測試無鋰電池時，LED指示燈為綠色，該顯示結(jié)果正常。&

74、lt;/p><p>　　圖 7-9 無鋰電池時LED指示燈顯示</p><p>　　圖7-10正在測試DRC的電壓值，測試結(jié)果為2V。</p><p>　　圖 7-10 DRC引腳電壓測試</p><p>　　圖7-11正在測試VDD的電壓值，VDD電壓值測試結(jié)果為3.6V左右，電壓值有些偏低，但是CHK0501C芯片能夠正常上電復(fù)位，說明芯片工

75、作正常。</p><p>　　圖 7-11 VDD引腳電壓測試</p><p>　　圖7-12正在測試上電后LV引腳上面的電壓值，測試結(jié)果為1.6V左右，因?yàn)镽2、R4精度有偏差，所以該電壓值為正常值。</p><p>　　圖7-12 LV引腳電壓測試</p><p>　　圖7-13正在測試未上電時VT與地之間的電阻值，因?yàn)閂T引腳沒有接熱敏

76、電阻，而是直接接地。</p><p>　　圖 7-13 VT引腳電阻測試</p><p>　　7.3 測試結(jié)果與存在不足</p><p>　　焊接好的電路經(jīng)過測試、調(diào)試，充電控制電路沒有問題，可以正常向鋰電池充電，LED燈泡可以正常點(diǎn)亮，并且滿足照明的要求。</p><p>　　但是從中也發(fā)現(xiàn)了存在的一些不足，例如，本次設(shè)計(jì)中某些電阻的精度不

77、夠，會影響欠壓值和浮充電壓值的精度，使欠壓值和浮充電壓值出現(xiàn)誤差；本次設(shè)計(jì)中沒有使用到8V的太陽能電池板充當(dāng)電壓源，而是采用8V的直流電充當(dāng)電壓源，不知換上太陽能電池板后會不會對鋰電池的充電產(chǎn)生影響。</p><p><b>　　致謝</b></p><p>　　時間過得真快?。∞D(zhuǎn)眼之間三年的大學(xué)生活就要接近尾聲了，回首走過的大學(xué)生活，心中倍感充實(shí)，因?yàn)榇髮W(xué)我收獲了很

78、多。</p><p>　　三年的大學(xué)生活，我結(jié)識了一大群的好朋友，他們幫助我打開了心結(jié)，重新使我變得積極、陽光起來，讓我覺得這個世界原來是如此美好。</p><p>　　三年的大學(xué)生活，使我有足夠的時間來反思自己、認(rèn)識自己，使自己的思想有所提升，學(xué)校的圖書館就好像是一座寶庫，里面有著各種各樣的書籍，讓我在書海中盡情的暢游了一番。</p><p>　　三年的大學(xué)生活，

79、豐富了我的社會經(jīng)歷，每當(dāng)我想起和同學(xué)們一起去做兼職，一起去校外騎車，一起去校外聚餐，我的心里都無比的激動、快樂。</p><p>　　感謝我的父母，用他們辛苦掙來的錢，供我上了三年難忘的大學(xué)。</p><p>　　感謝我的老師，把他們畢生所學(xué)都毫無保留的教授給了我們。</p><p>　　感謝我的同學(xué)，陪我共同渡過了三年美好的大學(xué)時光。</p><

80、;p>　　感謝我的朋友，在我痛苦、難過的時候，及時給予了幫助，在我迷茫、空虛的時候，及時給我指明了方向。</p><p>　　感謝我的母?！娮痈邔?，給了我一個親切、和諧、舒適的學(xué)習(xí)氛圍，祝母校的明天越來越輝煌。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 楊金煥，于化叢，葛亮/著.太陽能光伏發(fā)電應(yīng)用技術(shù).

81、北京：電子工業(yè)出版社，2009</p><p>　　[2] 王長貴，王斯成/主編.太陽能光伏特發(fā)電實(shí)用技術(shù)（第二版）.北京：化學(xué)工業(yè)出版社 ，2010</p><p>　　[3] 李鐘實(shí)/著.太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng).北京：人民郵電出版社，2010</p><p>　　[4] Martin A.Green/著 譯者：狄大衛(wèi)，曹昭陽等.太陽能電池-工作原理、技術(shù)和系統(tǒng)應(yīng)用