光伏系統(tǒng)中蓄電池充放電控制方案的探討

關(guān)于蓄電池的充放電 蓄電池充放電是根據(jù)化學反應(yīng)進行的，即電池主要組件的結(jié)構(gòu)和化學成分發(fā)生連續(xù)和深度的變化。所以與一般電子零部件相比，蓄電池對溫度變化更為敏感。此外，反應(yīng)速率，即充電電流或放電電流，影響反應(yīng)參數(shù)并由此影響蓄電池的性能。 光伏系統(tǒng)中的蓄電池的工作條件與蓄電池在其他場合的工作條件不同，其充電率和放電率都非常小，且充電時間受到限制，即只有在日照時才能充電，所以不能按一固定的充電規(guī)律對其進行充電。

由于蓄電池應(yīng)用在這個特殊的環(huán)境下，致使其壽命比所預定的短，成為整個光伏系統(tǒng)中最易損壞的部分，其損壞的原因主要為“過充”與“過放”。 在線式檢測方案 在線式檢測，即在充電過程中不斷地對蓄電池的端電壓進行監(jiān)測，當蓄電池的端電壓大于某個限定值時，就視為已充滿，停止太陽電池向蓄電池充電。 由于這種電路結(jié)構(gòu)簡單，價格低廉。

目前應(yīng)用最為廣泛。它的電路結(jié)構(gòu)可以基于比較控制器建立蓄電池檢測電路此電路可以用比較器來控制電池組的充電電流。 蓄電池電壓ＶＤ分別經(jīng)分壓后輸入比較器：當ＶＤ＜８Ｖ時，比較器被觸發(fā)，太陽電池經(jīng)防反二極管向蓄電池充電；當ＶＤ＞１５Ｖ時，停止充電。 門限電壓可設(shè)定文中所用８Ｖ與１５Ｖ為經(jīng)驗所得值。 此電路結(jié)構(gòu)簡單，成本低，且易于維護，其在光伏應(yīng)用初期曾得到廣泛運用。但它不能實現(xiàn)涓流充電，造成了能源的極大浪費，使得本來效率就不高的光伏系統(tǒng)性價比更低。

隨著集成電路的廣泛使用，如今市場上的光伏產(chǎn)品中普遍采取基于專業(yè)芯片的檢測電路，而主控電路采用ΔＶ型，充電專用ＩＣ中常用的類型。鉛酸電池在充電時，電壓隨充電時間的增長而上升，但充足電后端電壓開始下降。設(shè)計主控電路時，利用該特性監(jiān)測電池電壓出現(xiàn)峰值之后的微量下降，以控制充電結(jié)束，達到自動充電的目的，這也稱為—ΔＶ法。有利于光伏系統(tǒng)效率的提高，是當前運用最為廣泛的蓄電池檢測電路。 ３ 離線式檢測方案 蓄電池的電壓受很多因素的影響，例如溫度、濕度等，特別是在充電過程中，蓄電池的端電壓并不能很好地反映其容量。上述在線式檢測方案中蓄電池都與太陽電池直接相連，其端電壓受太陽電池端電壓制約，ＶＤ并不能準確地反映蓄電池的容量。

這突出表現(xiàn)為當系統(tǒng)所處溫度較高時，由于太陽電池板和蓄電池的端電壓均受溫度影響嚴重，太陽能板端電壓隨溫度升高而降低，而蓄電池端電壓則剛好相反，容易出現(xiàn)蓄電池容量未滿卻已不能充入的現(xiàn)象常稱之為“虛滿”。這在很大程度上影響了蓄電池容量檢測的準確性，進而阻礙了整個系統(tǒng)的正常工作，造成能源的極大浪費。 針對這一問題，我們在這里提出一種新穎的蓄電池容量檢測方案——離線式檢測。 雖然蓄電池的電壓在充電過程中其端電壓并不能很好地反映其容量，但在斷開充電回路一段時間后，其端壓會自動下降，下降后的端壓能很好地引導我們對蓄電池充電情況作出正確的判斷。我們利用蓄電池端壓的這一特性，設(shè)計一個太陽電池對多個蓄電池模塊輪換進行充電，每個蓄電池的端壓在充電電路斷開后都有足夠的時間恢復正常，使測得電壓值能更加準確地反映蓄電池容量。

太陽電池同時對兩蓄電池模塊充電，同時對它們的端電壓進行監(jiān)測。設(shè)定一個比實際過充電壓略低的過充電壓值Ｖ，并據(jù)之對兩模塊粗略地進行過壓檢測，當其端壓高于Ｖ時，切斷其中一個蓄電池模塊Ａ的充電回路，而對另一個模塊Ｂ進行涓流充電，與此同時啟動定時器。當過一段時間，模塊Ａ的端電壓有所降低并能準確地反映電池容量時，再對Ａ的端壓進行檢測，即精確過壓檢測。若還未充滿，則可接通其充電回路，使繼續(xù)充電；若已充滿，控制其進行涓流充電。當定時器達到設(shè)定時間后，重新啟動定時并自動切換開關(guān)，使模塊Ｂ的充電回路斷開而對模塊Ａ進行涓流充電，靜置一段時間后，再對模塊Ｂ重復以上對模塊Ａ的操作，如此不斷循環(huán)。

這種電路雖會造成蓄電池總?cè)萘康脑黾?，但它能較準確地判斷蓄電池的充電情況，減小了蓄電池老化損壞的可能性，使光伏系統(tǒng)的壽命得到延長；兩個蓄電池的輪流充放電充分地利用了太陽能源，提高了光伏系統(tǒng)的效率。但要具體實現(xiàn)上述方案并不容易，還需要克服許多理論和技術(shù)問題。如一個蓄電池的端壓穩(wěn)定時間與蓄電池本身的性能有關(guān)，該實驗中使用的為鉛酸免維護蓄電池１２Ｖ，１２ＡＨ，可以確定精確測量的定時器間隔時間實驗中的間隔時間?。担恚椋睿?。但時間設(shè)定需視蓄電池種類和容量的不同而定；蓄電池在充滿前其端電壓會產(chǎn)生一個大的跳動，使檢測電路產(chǎn)生誤判；由于實驗中，主要需要考察不同的充電檢測方案對蓄電池壽命的影響，所以在充電方式的選擇上，我們主要采用了兩段恒流的充電方式，放電都采用５Ａ放電。

國外智能電池仍然是以芯片形式推向市場的。智能電池尚在發(fā)展中，國外提供的器件或者電池包要完成智能電池的功效還要做一些相應(yīng)的后期開發(fā)和設(shè)計工作，且智能電池成本相對過高，故在短時期內(nèi)很難大量使用。 將本文中所提出的新檢測方案與舊有的在線式檢測方案相比較可知，在許多方面都存在著優(yōu)越性，有利于大型光伏系統(tǒng)效率的提高： １新方案中，兩個蓄電池模塊輪流充放電使太陽電池板總的等效閑置時間減少，利用率有所提高。 ２方案中對蓄電池端電壓的判斷更加準確，使得“過充”、“過放”的可能性減小，這將直接影響到蓄電池的使用壽命。 ３蓄電池作為光伏系統(tǒng)中最易損壞的環(huán)節(jié)，由于蓄電池的壽命提高，光伏系統(tǒng)的壽命會因此而得到延長，相對成本也會因此而降低。