6.3.1 太阳能电池／锂电池混合能源被动控制实验
1.实验目的
（1）了解常用的太阳能电池／锂电池混合拓扑结构方案，学习太阳能电池／锂电池混合能源被动拓扑结构的组成和电压匹配方法。
（2）学习混合系统的实验测试方法，深刻理解能源混合的意义，以及MPPT控制器和锂电池在太阳能混合电源系统中所起的作用。
2.实验内容
太阳能电池／锂电池混合能源被动控制。
3.实验设备及软件
本实验所需的主要设备包括光伏阵列模拟器、锂电池、MPPT控制器、电子负载、混合能源管理模块、电流电压传感器、上位机、电子负载上位机软件和串口通信软件，如表6-5所示。
表6-5 本实验所选用的设备及软件
续表
4.实验过程
1）设备连接
根据图6-15所示的实验系统架构，在不接入锂电池的情况下，连接其他设备。将MPPT控制器的CAN通信接口连接至STM32数据采集系统的CAN接口，将电流电压采集模块的信号线按标识连接到STM32数据采集系统的相应接口。
图6-15 太阳能电池／锂电池混合能源实验系统架构
（a）实验系统原理框图；（b）实物连接示意图
2）设置太阳能电池模拟器
首先，设置输出模式为SAS。按【菜单】键→选择“Output”→“Mode”→“SAS”，如图6-16所示。
图6-16 设置太阳能电池模拟模式
然后，返回“Output”界面，设置太阳能电池基本性能参数：依次选择“SAS”→“Curve”，输入如下参数取值，并按【确认】键，结果如图6-17所示。完成后，返回主界面即可。
·最大功率点电压（Vmp）＝36 V
·开路电压（Voc）＝44.78 V
·最大功率点电流（Imp）＝5.85 A
·短路电流（Isc）＝5.85 A
图6-17 设置太阳能电池基本性能参数
3）设置电子负载功率剖面
打开电子负载上位机软件Load Monitor，在“配置”界面中设置通信波特率为115 200，并选择对应的串口号，其他参数默认即可。然后，选择“CW Mode”（功率模式），在右侧“程序”选项卡中以50 W步长设计功率序列（0 W→300 W→0 W），每步持续时间为10 s，将“工作模式”选择“连续”，如图6-18所示。
图6-18 加载功率剖面设计
4）启动电子负载
从软件界面切换到“面板控制”，在电子负载面板按【P-set】键，输入“0”后，按【Enter】键，然后按【On／Off】键，启动电子负载，此时电子负载状态如图6-19所示。然后，在上位机软件主界面中，将控制切换到“PC控制”状态，此时电子负载软硬件准备完毕。
图6-19 电子负载准备完毕的状态
5）STM32数据采集通信调试
在上位机PC中打开串口助手软件，选择相应的串口号，如“COM8：USB-SERIAL CH340”，停止位为1，数据位为8，无奇偶校验。将锂电池连接至CAN线，然后为STM32开发板上电，并按【Reset】键，观察LCD显示屏上锂电池电压是否显示正常。若不正常，则检查ADC通信连线是否正确，若正常则进行下一步操作。
按下【Reset】键保持不动，在串口助手软件中单击“打开串口”按钮，如图6-20所示。然后，松开【Reset】键，观察串口助手数据栏内是否接收到数据，若有数据接收，如图6-21所示，则通信正常。
图6-20 设置串口助手调试通信
图6-21 观察串口助手数据栏内是否接收到数据
6）启动光伏阵列模拟器检测数据通信
在光伏阵列模拟器操作面板上按【开／关】键，启动光伏阵列模拟器。此时，从STM32控制板的LCD显示屏上观察光伏阵列模拟器的输出电压和电流，以及MPPT控制器的输出电压和电流，分别与模拟器面板的数值和电子负载面板显示屏的数值进行对比，若基本相同，则STM32读取MPPT信息正常；否则，STM32与MPPT数据通信失败，需检查CAN线连接，以及MPPT控制器的工作状态，直至调试成功。
7）启动测试
按下STM32开发板的【Reset】键，清除上位机串口助手数据栏的所有数据，然后松开【Reset】键，STM32正式开始记录电力系统信息数据，同时单击电子负载上位机软件“工作模式”栏下方的“运行”按钮，启动加载功率剖面，通过电子负载面板显示屏观察功率加载是否正常。若正常，则等待测试结束；若未加载成功，则停止程序加载，待调试电子负载通信正常后，重新运行功率剖面序列。
8）结束实验
首先，在光伏阵列模拟器操作面板上按【开／关】键，停止光伏阵列模拟器输出，并关闭光伏阵列模拟器电源；然后，断开锂电池与CAN线的连接，从电子负载上位机软件中切换至“面板控制”，按【On／Off】键停止电子负载的运行，并关闭电子负载的电源；最后，保存串口助手数据栏中的数据，并关闭STM32开发板电源。
5.讨论与思考
（1）在什么情况下，可以让MPPT控制器始终工作在最大功率点？
（2）如何确保锂电池的充电过程始终在允许的充电倍率之内且不会过充？