獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)中蓄電池充電方法探究

1、獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)中蓄電池充電方法探究 .txt16生活, 就是面對現(xiàn)實微笑, 就是越過障礙注 視未來;生活,就是用心靈之剪,在人生之路上裁出葉綠的枝頭;生活,就是面對困惑或黑 暗時,靈魂深處燃起豆大卻明亮且微笑的燈展。 17過去與未來,都離自己很遙遠(yuǎn),關(guān)鍵是抓 住現(xiàn)在,抓住當(dāng)前。 本文由 huarobust 貢獻(xiàn)pdf文檔可能在 WAP 端瀏覽體驗不佳。建議您優(yōu)先選擇 TXT ,或下載源文件到本機查看。 測試測量技術(shù)獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)中蓄電池充電方法探究Explore of Battery Charging Method in Stand- alone Photovoltaic Power Ge

2、neration System王恩, 楊海柱, 陳廣華 (河南理工大學(xué)電氣工程與自動化學(xué)院, 河 南 焦作 454000 Wan g En , Yan g Hai- zh u , en Gu an g - h u a (Electrical Engineering and Automation Ch College of Henan Polytechnic University, Henan Jiaozuo 454000 蓄電池是獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)中必不可少的儲能環(huán)節(jié), 研究其充電方法具有特殊的意義。 文章在介紹 摘 要:幾種充電方法的基礎(chǔ)上, 提出一種基于 UC3909 的四階段充電方式, 并

3、 搭建實驗電路, 對樣機進(jìn)行充電實驗。 實驗結(jié)果表明該方法簡單有效, 充電器工作穩(wěn)定可 靠, 能夠保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。 太陽能; 蓄電池; 充電器 關(guān)鍵詞: TM615 中圖分類號: B 文獻(xiàn)標(biāo)識碼: 1003- 0107(201006- 0021- 03 文章編號:Ab s t ra ct : Ba tte ry is a n e s s e ntia l p a rt of the e ne rg y s tora g e in s ta nd - a lone p hotovolta ic p owe r g e ne ra tion s ys te m, it ha s a s p e

4、 c ia l me a ning to e xa mine c ha rg ing me thod .This a rtic le d e s c rib e s s e ve ra l c ha rg ing me thod s , one me thod s whic h is b a s e d on the UC3909 is p rop os e d ,it c onte nts four- s ta g e c ha rg ing me thod , a nd to b uild e xp e rime nta l c irc uit, d o c ha rg ing e xp

5、e rime nts of the p rototyp e . Exp e rime nta l re s ults s how tha t the me thod is s imp le a nd e ffe c tive , s ta b le a nd re lia b le c ha rg e r to e ns ure the s ta b le op e ra tion of the s ys te m. Ke y w o rd s : Sola r; tte ry; rg e rs Ba Cha CLC n u m b e r:TM615 Do cu m e n t co d e

6、 :B 1003- 0107(201006- 0021- 03 Art icle ID:1 引言對于獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)而言, 儲能環(huán)節(jié)是不可缺少的重 要組成部分, 儲能系統(tǒng)的好壞直 接影響到光伏發(fā)電系統(tǒng)的性 能, 目前光伏發(fā)電系統(tǒng)中通常使用蓄電池實現(xiàn)儲能, 蓄電池是 通過充電將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能儲存起來, 使用時再將化學(xué)能 轉(zhuǎn)化為電能釋放出來的化學(xué)電源 裝置。 它是用兩個分離的電 極浸在電解質(zhì)中而成, 由還原物質(zhì)構(gòu)成的電極為負(fù)極, 由氧化 物質(zhì)構(gòu)成的電極為正極。其中常用的蓄電池有鉛酸蓄電池、 鎳 錫蓄電池和鎳氫蓄電池 3。 目前我國用于太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的蓄電池絕大多數(shù)是 閥控式密封鉛酸蓄電池,

7、只是在高寒 戶外系統(tǒng)中采用鎳錫蓄 電池的比較多。在小型的太陽能草坪燈和便攜式太陽能供電 系統(tǒng)中 使用鎳錫或鎳氫蓄電池比較多,獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)結(jié) 構(gòu)如圖 1 所示,文章對蓄電池充電方 法的論述中采用的是閥 控式密封鉛酸蓄電池。電控制方法直接影響到系統(tǒng)的性能。 充電控制方法的優(yōu)劣影 響到鉛酸蓄電池的荷電量的 大小, 同時也關(guān)系到鉛酸蓄電池 的使用壽命。 而荷電量的大小決定著太陽能獨立光伏發(fā)電系 統(tǒng)向負(fù)載供電的能力、鉛酸蓄電池的使用壽命關(guān)系到系統(tǒng)的 造價以及系統(tǒng)的使用壽命, 因 此選擇合理的充電控制方 成本、 法是提高太陽能獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)性能的有效手段。目前 鉛 酸蓄電池常用的充電控制包括恒流充電

8、、 恒壓充電、 兩階段和 三階段充電等方法 5。 1 恒流充電 恒流充電就是在整個充電過程中始終以恒定的電流進(jìn)行 充電, 隨著蓄電池電 壓的變化要進(jìn)行電流調(diào)整, 使充電電流不 變, 充電電壓和充電電流變化關(guān)系如圖 2 所示,這種充電方式 有很多不足之處, 該充電方法已經(jīng)不再被使用。圖 2 恒流充電曲線 2 恒壓充電 圖 1 獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)框圖 恒壓充電就是在整個 充電過程中始終以一定的電壓對蓄 電池進(jìn)行充電。 其充電特性曲線如圖 3 所示。 這種充 電方法也 有明顯的不足:充電初期, 如果蓄電池過度放電, 充電電流會 很大, 這樣會 對充電器的質(zhì)量要求比較高, 而且可能因過流影 響蓄電池的壽

9、命; 如果充電電壓過低, 就 會使后期充電電流又2 常用充電方法在太陽能獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)中,對鉛酸蓄電池使用的充2010 第 06 期21P產(chǎn)品設(shè)計 roduct Des ign過小, 充電時間過長。但是由于太陽能光伏陣列輸出功率的不穩(wěn)定性, 減也會較小。 以及光伏系統(tǒng)由于自身 功率量的限制和光照的變化,因此對 蓄電池充電的同時還必須考慮蓄電池充電電流的大小。 因此, 在光伏系統(tǒng)中采用充電可接受電流控制的智能充電也不是太 合適。3 四階段充電方法在太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)中,綜合考慮日照強度以及環(huán)境 溫度對光伏系統(tǒng)充電電流的影 響、 鉛酸蓄電池性能以及系統(tǒng) 圖 3 恒壓充電曲線 3 兩階段和三階段充

10、電法 這種充電方 法在充電初始階段采用恒流充電方式,蓄電 池充電到達(dá)一定容量后, 然后采用恒壓充電方 式充電。 這種方 法在一定程度上克服了恒流與恒壓充電的缺點。 其充電特性 曲線如圖 4 所 示。IBULK UOC UF VT成本等因素, 選用專用鉛酸蓄電池充電芯片 UC3909, 實現(xiàn)四 階段充電法充電 1,2,4, 由于較好地使用涓流及浮充充電模式, 從 而使蓄電池的容量達(dá)到額定值, 延長其壽命, 四 階段充電狀態(tài) 如圖 6 所示。IOCT IT圖 6 四階段充電方式 四階段充電狀態(tài)如下:圖 4 兩階段和三階段充電曲線 三階段充 電法是在兩階段充電基礎(chǔ)之上, 增加了浮充階 這樣可以彌補鉛

11、酸蓄電池由于自放電造成能量 的損失。 在 段。 浮充時, 鉛酸蓄電池充電電壓要比恒壓階段的充電電壓低, 如 圖 4 所 示。 4 智能充電 智能充電是以鉛酸蓄電池最低析氣率為前提,以鉛酸蓄 電池快速充電 的基本規(guī)律為基礎(chǔ),找出鉛酸蓄電池能夠接受 的最大充電電流, 然后繪出可以接受的充電 電流曲線。 圖 5 給出的蓄電池自然接受特性曲線,曲線上方的任何 充電電流, 不僅不能 提高充電速率, 而且會增加析氣。 在曲線 下方的充電電流就是蓄電池可接受的充電電流。 1 涓流充電 涓流充電是為了防止充電時大電流灌入蓄電池,超過蓄 電池初始充電電流值, 造成蓄電池的損壞。 涓流充電原理是:充電時設(shè)定一個充

12、電使能電壓 UT, 當(dāng)蓄電池的端電 壓低于 UT 時, 光伏控制器將提供一個很小的電流 IT 對蓄電池進(jìn)行充電。 隨著涓流充電 狀態(tài)的進(jìn)行, 鉛酸蓄電池的端電壓會逐漸升高, 如果蓄電池端電壓值達(dá)到到 UT, 充電器將 進(jìn)入第二個充電階 蓄電池的端電壓已經(jīng)高 段, 即恒流充電狀態(tài)。如果充電之初, 于 UT, 充電器將直接進(jìn)入恒流充電階段, 不再經(jīng)過涓流充電階 段。 2 恒流充電 恒流充電階段 也是快速充電階段, 在恒流充電期間, 充電 器提供一個恒定的電流 IBULK 給蓄電池充電, 此時蓄電池容量 快速增加, 容量變化的同時, 蓄電池的電壓將會不斷上升, 如 果蓄電池 端電壓達(dá)到設(shè)定的過壓充電

13、電壓 UOC, 蓄電池充電就 轉(zhuǎn)入過壓充電狀態(tài)。 3 過壓充電 過 壓充電階段期間充電電壓 UOC 不變, 并稍高于蓄電池的 額定電壓, 這樣可以使蓄電池容量最后達(dá)到飽和, 此時充電電 流逐漸減小, 如果充電電流減小到過充終止電流 IOCT, 表 明蓄 圖 5 最佳充電曲線 智能充電使蓄電池的充電電流始終保持在可接受電流的 區(qū)域, 這 樣不僅使蓄電池能快速充電, 而且對蓄電池壽命的影 電池已被充滿, 充電模式已經(jīng)轉(zhuǎn)入浮 充狀態(tài)。 4 浮充充電 浮充電壓略低于 UOC, 浮充充電就是提供一個恒定的帶有 溫度補 償?shù)母〕潆妷?UF 給蓄電池充電, 來保持蓄電池容量不22測試測量技術(shù)變, 浮充階段會

14、一直提供很小的浮充電流, 用以彌補蓄電池由 于自身放電造成的能量 損失。 此后, 如果蓄電池端電壓下降到 UOC 的 90%, 充電器就會自動進(jìn)入恒充或涓充狀 態(tài)。表 1 可以還可以看出恒流充電時間段是 1- 5 小時之間。 實驗所設(shè)定的過壓充電門檻 電壓 UOC=30V, 當(dāng)蓄電池端電 壓高于 30V 時, 就要進(jìn)入過壓充電階段, 從表 1 可以看出, 5 小時蓄電池端電壓為 29V, 小時的端電壓為 28.5V,說明在 6 5- 6 小時之間, 蓄電池 電壓達(dá)到了 30V 后轉(zhuǎn)入過壓充電模式, 此時充電電流逐漸減少, 7 小時階段就是過壓充電 階段。 6從表 1 可以看出,從 7 小時起,

15、充電電壓穩(wěn)定在 27V 左 右, 充電電流最終穩(wěn) 定在 0.18A 左右。 該實驗設(shè)定的浮充電壓 UF=27V, 過充終止電流 IOTC=0.38A, 當(dāng)過壓充 電階段充電電流 小于過充終止電流 IOTC 時, 表明蓄電池已被充滿, 進(jìn)入浮充狀 態(tài), 此 時浮充電壓為 27V, 浮充電流為 0.18A。 7- 9 小時階段驗 證了四階段充電的浮充充電模式。 從這 10 組數(shù)據(jù)的分析可以得出, 該充電過程實現(xiàn)了四階 段充電過程的轉(zhuǎn)換。4 蓄電池充電實驗實驗是為了驗證提出的四階段充電方案, 同時驗證獨立 光伏控制器的充電性能我們對一 組額定容量 24V/380AH 的蓄 電池組進(jìn)行充電, 同時對充

16、電電壓、 電流進(jìn)行檢測。 太陽能 電池陣列采用 4 塊 175W 的多晶硅太陽電池陣列 串連, 額定輸入功率 700W, 太陽能電池陣 列的開路電壓約 140V 左右。鉛酸蓄電池型號 LC- X1238, 12V/38AH, 蓄電池 2 串×4 并 =8 個, 組成蓄電池組。充電使能電壓 UT=20.4V, 過壓 充電門檻電壓 UOC=30V ,浮充電 壓 UF=27V 涓流充電電流 IT= 快速充電電流 IBULK=3.8A, 過充終止電流 IOTC=0.38A。 0.152A , 測量數(shù)據(jù)的天氣情況:晴天, 微風(fēng), 白天最高溫度 28。 從 00 00 上午 9:開始測第一組數(shù)據(jù)

17、,到下午 6:結(jié)束,共測到 10 組數(shù)據(jù)。 實驗測試系統(tǒng)如圖 7 所示。 5 結(jié)論文章介紹了幾種常用的鉛蓄電池充電方法, 同時提出一 種基于 UC3909 的四階段充電方 式, 并搭建實驗電路, 對樣機 實驗結(jié)果表明該方法簡單有效, 充電器實現(xiàn)了 進(jìn)行充電實 驗。 四階段充電, 工作穩(wěn)定可靠, 使蓄電池發(fā)揮其最大效率, 有效 地延長了蓄電池的使 用壽命。參考文獻(xiàn):圖 7 測試示意圖 測得實驗數(shù)據(jù)如表 1 所示。 表 1 測量數(shù)據(jù)時間 (h 蓄電池 電壓 (V 蓄電池 電流 (A 0.18 3.5 3.6 3.6 3.75 3.3 2.0 0.85 0.2 0.15 19.5 23.5 25.4

18、5 26.74 27.8 29 28.5 27.65 27 26.50 0 1 2 3 4 5 6 7 8 91 田黎明, 王連軍, 宋凌志 . 基于 UC3909 的 UPS 蓄電池充電 器 J.計算機工程與 設(shè)計, 2007, (13: 43. 28 322 張鳳霞, 武勇 . 閥控鉛酸蓄電池開關(guān)型充電控制器 UC3909 及其應(yīng)用 J.國外電子元器件, (5 : 10. 1998, 63 陳維沈輝,鄧幼俊 . 太陽能光 伏應(yīng)用中的儲能系統(tǒng)研究 J. 蓄電池, 2006, 21- 27. (1: 4 伊?xí)圆?. 電動自行車用 鉛酸蓄電池質(zhì)量分析及標(biāo)準(zhǔn)的制定 2001, 30- 33. (4 :與研究 J. 蓄電池, 5 朱 小同, 趙桂先 . 蓄電池快速充電的原理與實踐 M. 北京:煤炭工業(yè)出版社, 1996.對表 1 數(shù)據(jù)進(jìn)行如下分析:對蓄電池進(jìn)行放電之后, 即開始充電初始時刻, 蓄電池 組 端電壓是 19.5V, 低于所設(shè)定的充電使能電壓 UT(20.4V , 充 電 器 將 提