独立光伏发电系统中蓄电池充电方法探究

1、独立光伏发电系统中蓄电池充电方法探究 .txt16生活, 就是面对现实微笑, 就是越过障碍注 视未来;生活,就是用心灵之剪,在人生之路上裁出叶绿的枝头;生活,就是面对困惑或黑 暗时,灵魂深处燃起豆大却明亮且微笑的灯展。 17过去与未来,都离自己很遥远,关键是抓 住现在,抓住当前。 本文由 huarobust 贡献pdf文档可能在 WAP 端浏览体验不佳。建议您优先选择 TXT ,或下载源文件到本机查看。 测试测量技术独立光伏发电系统中蓄电池充电方法探究Explore of Battery Charging Method in Stand- alone Photovoltaic Power Ge

2、neration System王恩, 杨海柱, 陈广华 (河南理工大学电气工程与自动化学院, 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 蓄电池是独立光伏发电系统中必不可少的储能环节, 研究其充电方法具有特殊的意义。 文章在介绍 摘 要:几种充电方法的基础上, 提出一种基于 UC3909 的四阶段充电方式, 并

3、 搭建实验电路, 对样机进行充电实验。 实验结果表明该方法简单有效, 充电器工作稳定可 靠, 能够保证系统的稳定运行。 太阳能; 蓄电池; 充电器 关键词: TM615 中图分类号: B 文献标识码: 1003- 0107(201006- 0021- 03 文章编号: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 引言对于独立光伏发电系统而言, 储能环节是不可缺少的重 要组成部分, 储能系统的好坏直 接影响到光伏发电系统的性 能, 目前光伏发电系统中通常使用蓄电池实现储能, 蓄电池是 通过充电将电能转化为化学能储存起来, 使用时再将化学能 转化为电能释放出来的化学电源 装置。 它是用两个分离的电 极浸在电解质中而成, 由还原物质构成的电极为负极, 由氧化 物质构成的电极为正极。其中常用的蓄电池有铅酸蓄电池、 镍 锡蓄电池和镍氢蓄电池 3。 目前我国用于太阳能光伏发电系统的蓄电池绝大多数是 阀控式密封铅酸蓄电池,

7、只是在高寒 户外系统中采用镍锡蓄 电池的比较多。在小型的太阳能草坪灯和便携式太阳能供电 系统中 使用镍锡或镍氢蓄电池比较多,独立光伏发电系统结 构如图 1 所示,文章对蓄电池充电方 法的论述中采用的是阀 控式密封铅酸蓄电池。电控制方法直接影响到系统的性能。 充电控制方法的优劣影 响到铅酸蓄电池的荷电量的 大小, 同时也关系到铅酸蓄电池 的使用寿命。 而荷电量的大小决定着太阳能独立光伏发电系 统向负载供电的能力、铅酸蓄电池的使用寿命关系到系统的 造价以及系统的使用寿命, 因 此选择合理的充电控制方 成本、 法是提高太阳能独立光伏发电系统性能的有效手段。目前 铅 酸蓄电池常用的充电控制包括恒流充电

8、、 恒压充电、 两阶段和 三阶段充电等方法 5。 1 恒流充电 恒流充电就是在整个充电过程中始终以恒定的电流进行 充电, 随着蓄电池电 压的变化要进行电流调整, 使充电电流不 变, 充电电压和充电电流变化关系如图 2 所示,这种充电方式 有很多不足之处, 该充电方法已经不再被使用。图 2 恒流充电曲线 2 恒压充电 图 1 独立光伏发电系统框图 恒压充电就是在整个 充电过程中始终以一定的电压对蓄 电池进行充电。 其充电特性曲线如图 3 所示。 这种充 电方法也 有明显的不足:充电初期, 如果蓄电池过度放电, 充电电流会 很大, 这样会 对充电器的质量要求比较高, 而且可能因过流影 响蓄电池的寿

9、命; 如果充电电压过低, 就 会使后期充电电流又2 常用充电方法在太阳能独立光伏发电系统中,对铅酸蓄电池使用的充2010 第 06 期21P产品设计 roduct Des ign过小, 充电时间过长。但是由于太阳能光伏阵列输出功率的不稳定性, 减也会较小。 以及光伏系统由于自身 功率量的限制和光照的变化,因此对 蓄电池充电的同时还必须考虑蓄电池充电电流的大小。 因此, 在光伏系统中采用充电可接受电流控制的智能充电也不是太 合适。3 四阶段充电方法在太阳能光伏发电系统中,综合考虑日照强度以及环境 温度对光伏系统充电电流的影 响、 铅酸蓄电池性能以及系统 图 3 恒压充电曲线 3 两阶段和三阶段充

10、电法 这种充电方 法在充电初始阶段采用恒流充电方式,蓄电 池充电到达一定容量后, 然后采用恒压充电方 式充电。 这种方 法在一定程度上克服了恒流与恒压充电的缺点。 其充电特性 曲线如图 4 所 示。IBULK UOC UF VT成本等因素, 选用专用铅酸蓄电池充电芯片 UC3909, 实现四 阶段充电法充电 1,2,4, 由于较好地使用涓流及浮充充电模式, 从 而使蓄电池的容量达到额定值, 延长其寿命, 四 阶段充电状态 如图 6 所示。IOCT IT图 6 四阶段充电方式 四阶段充电状态如下:图 4 两阶段和三阶段充电曲线 三阶段充 电法是在两阶段充电基础之上, 增加了浮充阶 这样可以弥补铅

11、酸蓄电池由于自放电造成能量 的损失。 在 段。 浮充时, 铅酸蓄电池充电电压要比恒压阶段的充电电压低, 如 图 4 所 示。 4 智能充电 智能充电是以铅酸蓄电池最低析气率为前提,以铅酸蓄 电池快速充电 的基本规律为基础,找出铅酸蓄电池能够接受 的最大充电电流, 然后绘出可以接受的充电 电流曲线。 图 5 给出的蓄电池自然接受特性曲线,曲线上方的任何 充电电流, 不仅不能 提高充电速率, 而且会增加析气。 在曲线 下方的充电电流就是蓄电池可接受的充电电流。 1 涓流充电 涓流充电是为了防止充电时大电流灌入蓄电池,超过蓄 电池初始充电电流值, 造成蓄电池的损坏。 涓流充电原理是:充电时设定一个充

12、电使能电压 UT, 当蓄电池的端电 压低于 UT 时, 光伏控制器将提供一个很小的电流 IT 对蓄电池进行充电。 随着涓流充电 状态的进行, 铅酸蓄电池的端电压会逐渐升高, 如果蓄电池端电压值达到到 UT, 充电器将 进入第二个充电阶 蓄电池的端电压已经高 段, 即恒流充电状态。如果充电之初, 于 UT, 充电器将直接进入恒流充电阶段, 不再经过涓流充电阶 段。 2 恒流充电 恒流充电阶段 也是快速充电阶段, 在恒流充电期间, 充电 器提供一个恒定的电流 IBULK 给蓄电池充电, 此时蓄电池容量 快速增加, 容量变化的同时, 蓄电池的电压将会不断上升, 如 果蓄电池 端电压达到设定的过压充电

13、电压 UOC, 蓄电池充电就 转入过压充电状态。 3 过压充电 过 压充电阶段期间充电电压 UOC 不变, 并稍高于蓄电池的 额定电压, 这样可以使蓄电池容量最后达到饱和, 此时充电电 流逐渐减小, 如果充电电流减小到过充终止电流 IOCT, 表 明蓄 图 5 最佳充电曲线 智能充电使蓄电池的充电电流始终保持在可接受电流的 区域, 这 样不仅使蓄电池能快速充电, 而且对蓄电池寿命的影 电池已被充满, 充电模式已经转入浮 充状态。 4 浮充充电 浮充电压略低于 UOC, 浮充充电就是提供一个恒定的带有 温度补 偿的浮充电压 UF 给蓄电池充电, 来保持蓄电池容量不22测试测量技术变, 浮充阶段会

14、一直提供很小的浮充电流, 用以弥补蓄电池由 于自身放电造成的能量 损失。 此后, 如果蓄电池端电压下降到 UOC 的 90%, 充电器就会自动进入恒充或涓充状 态。表 1 可以还可以看出恒流充电时间段是 1- 5 小时之间。 实验所设定的过压充电门槛 电压 UOC=30V, 当蓄电池端电 压高于 30V 时, 就要进入过压充电阶段, 从表 1 可以看出, 5 小时蓄电池端电压为 29V, 小时的端电压为 28.5V,说明在 6 5- 6 小时之间, 蓄电池 电压达到了 30V 后转入过压充电模式, 此时充电电流逐渐减少, 7 小时阶段就是过压充电 阶段。 6从表 1 可以看出,从 7 小时起,

15、充电电压稳定在 27V 左 右, 充电电流最终稳 定在 0.18A 左右。 该实验设定的浮充电压 UF=27V, 过充终止电流 IOTC=0.38A, 当过压充 电阶段充电电流 小于过充终止电流 IOTC 时, 表明蓄电池已被充满, 进入浮充状 态, 此 时浮充电压为 27V, 浮充电流为 0.18A。 7- 9 小时阶段验 证了四阶段充电的浮充充电模式。 从这 10 组数据的分析可以得出, 该充电过程实现了四阶 段充电过程的转换。4 蓄电池充电实验实验是为了验证提出的四阶段充电方案, 同时验证独立 光伏控制器的充电性能我们对一 组额定容量 24V/380AH 的蓄 电池组进行充电, 同时对充

16、电电压、 电流进行检测。 太阳能 电池阵列采用 4 块 175W 的多晶硅太阳电池阵列 串连, 额定输入功率 700W, 太阳能电池阵 列的开路电压约 140V 左右。铅酸蓄电池型号 LC- X1238, 12V/38AH, 蓄电池 2 串×4 并 =8 个, 组成蓄电池组。充电使能电压 UT=20.4V, 过压 充电门槛电压 UOC=30V ,浮充电 压 UF=27V 涓流充电电流 IT= 快速充电电流 IBULK=3.8A, 过充终止电流 IOTC=0.38A。 0.152A , 测量数据的天气情况:晴天, 微风, 白天最高温度 28。 从 00 00 上午 9:开始测第一组数据

17、,到下午 6:结束,共测到 10 组数据。 实验测试系统如图 7 所示。 5 结论文章介绍了几种常用的铅蓄电池充电方法, 同时提出一 种基于 UC3909 的四阶段充电方 式, 并搭建实验电路, 对样机 实验结果表明该方法简单有效, 充电器实现了 进行充电实 验。 四阶段充电, 工作稳定可靠, 使蓄电池发挥其最大效率, 有效 地延长了蓄电池的使 用寿命。参考文献:图 7 测试示意图 测得实验数据如表 1 所示。 表 1 测量数据时间 (h 蓄电池 电压 (V 蓄电池 电流 (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, 王连军, 宋凌志 . 基于 UC3909 的 UPS 蓄电池充电 器 J.计算机工程与 设计, 2007, (13: 43. 28 322 张凤霞, 武勇 . 阀控铅酸蓄电池开关型充电控制器 UC3909 及其应用 J.国外电子元器件, (5 : 10. 1998, 63 陈维沈辉,邓幼俊 . 太阳能光 伏应用中的储能系统研究 J. 蓄电池, 2006, 21- 27. (1: 4 伊晓波 . 电动自行车用 铅酸蓄电池质量分析及标准的制定 2001, 30- 33. (4 :与研究 J. 蓄电池, 5 朱 小同, 赵桂先 . 蓄电池快速充电的原理与实践 M. 北京:煤炭工业出版社, 1996.对表 1 数据进行如下分析:对蓄电池进行放电之后, 即开始充电初始时刻, 蓄电池 组 端电压是 19.5V, 低于所设定的充电使能电压 UT(20.4V , 充 电 器 将 提