风光互补移动电源

【摘要】针对户外旅行爱好者可能发生的用电短缺的情况，设计了一套便携式风光互补移动电源的系统。该系统充分利用户外易于获得的风能和光能，通过风力发电机和太阳能电池板将风能和太阳能转化为电能的形式存储在锂电池中，并且电路具有过充、温度保护功能。

【关键词】风能;太阳能;智能控制

Abstract：A portable wind solar hybrid mobile power system is designed for outdoor travel enthusiasts that may be faced with shortage of electricity.The system makes full use of wind and solar energy accessible outdoor and transforms wind and solar energy into electricity stored in a lithium battery by means of wind turbines and solar panels.Furthermore，the circuit has overcharge protection and temperature protection.

Key words：wind;solar energy;intelligent control

1.引言

十二五规划纲要中提出，要建设资源节约型、环境友好型社会，因而使用环保绿色产品每个人都应身体力行。在工业领域，可以通过调整产业结构，大力发展清洁能源，优化技术设计达到节能减排的目的。

风能和太阳能都是廉价，易得的清洁能源，并且储量极为丰富，可以再生，充分利用太阳能和风能于国民生产生活是缓解能源危机的有效措施之一。与之对应的风电产业和光伏产业都具有很大的产业潜力，随着产业规模的发展，这两个产业必将成为经济增长的新动力。

与发达国家相比，中国的风电产业和光伏产业有待进一步发展，各种设计理念还有待优化。随着经济的发展，智能手机、平板电脑这些终端设备在我们的日常生活已经非常普遍，设备的硬件性能逐步提升，越来越智能，随之而来的问题就是充电问题。尤其是在户外的时候，无处可找电源，无处可寻插座，而风能和太阳能却是无处不在的，充分利用风能和太阳能可以为解决充电问题提供一个很好的思路。基于这一背景，设计了一款风能和太阳能互补的移动电源，为充分利用清洁能源，解决户外充电问题进行了尝试。

2.系统原理及电路

风光互补移动电源系统主要由风光互补电能采集模块、整流稳压模块、锂电池充电管理模块组成。

图1 总体框图

图2 整流稳压电路

风力发电的原理是利用风能带动风力发电机的叶片旋转，再通过增速机将旋转的速度提升，从而使发电机发电。太阳能发电选用多晶硅材料生产的太阳能滴胶板，这种多晶硅太阳能电池材料光电转换效率在16%以上，功率为0.01W-4W。根据以上方案，总体框图如图1所示。

2.1 整流稳压模块

风力发电机和太阳能板产生的电能还不能满足锂电池的充电要求，需要对它进行整流稳压。原理如图2所示，选用4个锗二极管搭建整流桥电路，选用100uF电容实现稳压。

2.2 锂电池充电管理模块

为实现锂电池充电的智能控制，选用了Maxim公司生产的锂电池充电芯片MAX1898。这款芯片功能强大，具有自动检测调节电流、电压、温度等参数的功能，可以实现智能充电。MAX1898电池电压调节精度为±0.75%，这样就提高了电池性能并延长了电池使用寿命。

MAX1898通过外接限流型充电电源和P沟道场效应管的方式，可以对锂电池进行安全有效的充电，并且还具有过压保护和温度保护功能。芯片输入电源电压范围为4.5～12V。CT引脚为安全充电时间设置引脚，通过接一个时间电容CCT来设置充电时间，最大充电时间tCHG和定时电容CCT关系如下：

CCT=34.33×tCHG （1）

其中，CCT的单位为nF，tCHG的单位为小时。

充电电流调节引脚ISET通过外接电阻RSET来设置最大电流IMAX，关系如下：

RSET×IMAX=1400 （2）

其中，RSET的单位为Ω，IMAX的单位为A。

充电电路如图3所示。

图3 充电管理芯片

充电管理芯片的引脚连接LED指示灯，从而表示不同充电状态。

（1）LED指示灯亮，表示正在充电。

（2）LED指示灯灭，表示未充电或充电结束。

（3）LED指示灯闪烁，表示充电出错。

3.创新点

（1）4个锗二极管和电容搭建的整流稳压电路，简单实用，充分考虑了成本与性能的平衡。

（2）市场上有许多车载便携式风力发电移动电源和太阳能手机充电器，但是风光互补这种设计理念应用在移动电源上还不常见。风光互补这种设计理念相比仅利用风能或太阳能而言更加充分考虑到户外的环境因素，即白天可以用风能和太阳能充电，晚上还可以用风能充电。

4.结束语

本文中风光互补移动电源的设计，以简单实用为前提，考虑到户外的实际情况，充分利用了风能和太阳能。在设计过程中提出了风光互补应用在移动电源的设计理念，从而达到节能环保与实用的有效结合，为很多户外旅行爱好者解决了充电问题。本设计对节约资源、保护环境也有重要意义。

参考文献

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基金项目：江苏省高等学校大学生实践创新训练计划项目（SY201311641103001）。