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光伏系統(tǒng)中蓄電池充放電控制方案的探討
瀏覽：19984 添加時(shí)間：2014-12-27 17:11:28
目前光伏系統(tǒng)大多采用蓄電池作為貯能元件.而能夠與光伏電池配套使用的蓄電池種類有很多,目前廣泛使用的有鉛酸免維護(hù)蓄電池,普通鉛酸蓄電池和堿性鎳鎘蓄電池等.目前常使用的是鉛酸免維護(hù)蓄電池, 因其維護(hù)方便, 性能可靠, 且對(duì)環(huán)境污染較小, 特別是用于無(wú)人值守的光伏電站時(shí)， 有著其他蓄電池所無(wú)法比擬的優(yōu)越性.
本文以光伏系統(tǒng)中的鉛酸免維護(hù)蓄電池12V,12AH為例進(jìn)行實(shí)驗(yàn)比較不同的充電檢測(cè)方法.
1.關(guān)于蓄電池的充放電（ZHCH518蓄電池充放電一體機(jī)）
蓄電池充放電是根據(jù)化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的,即電池主要組件的結(jié)構(gòu)和化學(xué)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(duì)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(chǎng)合的工作條件不同,其充電率和放電率都非常小,且充電時(shí)間受到限制,即只有在日照時(shí)才能充電,所以不能按一固定的充電規(guī)律對(duì)其進(jìn)行充電.由于蓄電池應(yīng)用在這個(gè)特殊的環(huán)境下,致使其壽命比所預(yù)定的短,成為整個(gè)光伏系統(tǒng)中最易損壞的部分, 其損壞的原因主要為"過(guò)充"與"過(guò)放". 免維護(hù)鉛酸蓄電池的充放電電池反應(yīng)為: 2PbSO4+2H2O Pb+PbO2+2H2SO4
過(guò)充是指蓄電池單格電壓超過(guò)某一水平一般為2.35V/單格～2.40V/單格,此時(shí)蓄電池?zé)o法使產(chǎn)生的氧氣充分再化合.充電電壓過(guò)高,在負(fù)極上生成的氫很難在電池內(nèi)部被吸收,在電池中因積累而產(chǎn)生壓力并且導(dǎo)致水份損失.嚴(yán)重過(guò)充時(shí),水分解,產(chǎn)生氫氣和氧氣,使得蓄電池底部濃度比其他地方高出許多,導(dǎo)致負(fù)極板底部硫酸鹽化,正極板腐蝕和膨脹,造成容量損失.
過(guò)放是指蓄電池放電超過(guò)了規(guī)定的放電終止電壓,蓄電池放出了過(guò)量的容量.在鉛酸蓄 電池中,兩個(gè)電極對(duì)過(guò)放都是敏感的.在溶解再沉積機(jī)理中,當(dāng)鉛Pb和二氧化鉛PbO2分別溶解在電解液中并作為新的化合物硫酸鉛PbS04沉淀出來(lái)時(shí), 活性物質(zhì)發(fā)生了徹底的轉(zhuǎn)變并 且失去原有的結(jié)構(gòu).負(fù)電極由于有反極的危險(xiǎn),對(duì)過(guò)放也是敏感的.活性物質(zhì)中的膨脹劑可能會(huì)因氧化 而失去作用,而鉛酸蓄電池在隨后再充電時(shí)枝晶增長(zhǎng)的危險(xiǎn)會(huì)大大增加. 在設(shè)計(jì)光伏系統(tǒng)時(shí)需要對(duì)蓄電池的容量進(jìn)行檢測(cè)以判斷是否應(yīng)繼續(xù)充電或放電. 目前大部分采用電壓?jiǎn)苇h(huán)的在線式檢測(cè)方案.
2.在線式檢測(cè)方案
在線式檢測(cè),即在充電過(guò)程中不斷地對(duì)蓄電池的端電壓進(jìn)行監(jiān)測(cè),當(dāng)蓄電池的端電壓大于某個(gè)限定值時(shí),就視為已充滿,停止太陽(yáng)電池向蓄電池充電. 由于這種電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,價(jià)格低廉.目前應(yīng)用最為廣泛.
3.離線式檢測(cè)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(guò)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(cè)方案中蓄電池都與太陽(yáng)電池直接相連,其端電壓受太陽(yáng)電池端電 壓制約,VD并不能準(zhǔn)確地反映蓄電池的容量.這突出表現(xiàn)為當(dāng)系統(tǒng)所處溫度較高時(shí),由于太陽(yáng)電池板和蓄電池的端電壓均受溫度影響嚴(yán)重, 太陽(yáng)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(cè)的準(zhǔn)確性,進(jìn)而阻礙了整個(gè)系統(tǒng)的正常工作,造成能源的極大浪費(fèi). 針對(duì)這一問(wèn)題,我們?cè)谶@里提出一種新穎的蓄電池容量檢測(cè)方案——離線式檢測(cè). 雖然蓄電池的電壓在充電過(guò)程中其端電壓并不能很好地反映其容量,但在斷開(kāi)充電回路一段時(shí)間后,其端壓會(huì)自動(dòng)下降,下降后的端壓能很好地引導(dǎo)我們對(duì)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(jì)一個(gè)太陽(yáng)電池對(duì)多個(gè)蓄電池模塊輪換進(jìn)行充電,每個(gè)蓄電池的端壓在充電 電路斷開(kāi)后都有足夠的時(shí)間恢復(fù)正常,使測(cè)得電壓值能更加準(zhǔn)確地反映蓄電池容量.
