独立光伏系统中蓄电池充电控制策略

独立光伏系统中蓄电池充电控制策略

第2 5卷第 2期 20 0 8年 4月文章编号： 0 0 122 0 )2 3 1 3 10 -8 5 (0 80 -0 6 -0

控制理论与应用Co to e r& A p l ai n n r lTh o y pi to s c

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独立光伏系统中蓄电池充电控制策略任柱，陈渊睿，张淼(. 1华南理工大学电力学院，东广州 5 0 4;2广东工业大学自动化学院，广 1 60 .广东广州 5 0 9 ) 10 0

摘要：在光伏系统中，能蓄电池达不到其使用寿命是制约光伏产业发展的一个重要因素.储文章对目前光伏系统中蓄电池使用的特点以及影响蓄电池使用寿命的因素进行了简要分析，对蓄电池常用充电控制方法和策略进行了讨论 .出了一种新的充电控制策略，计出了基于A单片机的独立光伏系统蓄电池充电管理系统.提设 VR实验表明该控制策略能在充分利用太阳能的同时提高蓄电池的荷电状态，从而达到延长光伏系统中蓄电池使用寿命的目的. 关键词：独立光伏系统；可接受充电电流；控制策略；电状态荷中图分类号： P7 T 1文献标识码： A

Ba t r ha g o t o t a e y i t n - l n h t v la cs se te y c r ec n r l r t g s a d a o ep o o o t i y t m s nREN Zhu1 CHEN a—u 1 ZHANG i o Yu n r i M a2,

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2 Auo t n l g, a g o gUnv ri f eh oo y Gu n z o u n d n 1 0 0 C ia . tmai l e Gu n d n ies y o c n lg, a g h uG a g o g5 0 9, h n ) o Co e t T

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c n t i t nP’ f r e e eo me t hsp p r r f n lz stee i n r be r ig f m t eu l ain o s a VS S ut r v l r no h d p n .T i a e i l a ay e h xs g po lms i n r t i t b ey i t as o h iz oo a tre n t e p o o o ti y t m, d sae h o t l tae i sf rc a g n h at r .A e c a g n o to fb t i si h t v l c s s e h a e n a t ts t e c n r r tg e o h r i g t eb t y o s e n w h i g c n l r r s ae y i u r r d n d a b t r h g n g me t y tm n sa d ao e P a e n AVR CU e i n d r t tg sp tf wa .a a ty c a e ma a e n se i t— l n VS b s d o o e r s n M i d sg e . s

E p rme t v r y t a i tae y c n ma e f l u eo e s l n r y a d i r v esa eo h g i a o ft e xe i n s e f h t h ss tg a k u l s f h o a e eg n mp o e t tt f a e s u t n o i t r t r h cr t i hb t r, O a oe tn e sa d y t f es se I i x e td t a ep r o et x e d t eu e l i f h a tr at y S s x e dt t b meo t y t m. t se p ce t u p s e t n s f f o t eb te e t h n i h h t h o h u le yi eph ov la cs se a e lz d. n t ot o ti y tm C ber ai e h n

K ywo d: t dao e h tv l i s m; c e t l c agn urn; o t l t t y s t o p c y S C e r s s n— n oo ot c y t a c pa e h igc r t c n o r e;t e f a a i ( O ) a l p a s e b r e r sa g a c t

1引言( t dco) I r u t n no i随着世界经济的发展，类对能源

的需求越来人越大，阳能光伏发电正逐渐受到世界各国的高度太重视 .随着光伏发电技术发展，电转换效率不断提光高、电池制造成本不断下降、光各种新型太阳能电池先后问世….光伏发电系统中所使用的储能蓄 1但电池基本都不是专门为光伏系统设计的，之光伏加系统中蓄电池的运行状态和外界环境不同有关，尤其是不当的控制策略导致储能蓄电池的使用寿命短于预期 .此，理的充放电控制策略的研究对提高因合光伏系统蓄电池的使用寿命有很大的帮助 .目前应用于光伏系统中的蓄电池主要为阀控式密封铅酸蓄电池 ( L,于V L VR A)关 R A的充电方法主要有恒流充电法、压充电法、段充电法 (括 2恒阶包阶段法和3阶段法)脉冲充电法等方法[3这些方法都有个各自、 2] l.

中的一种或者几种组合的方式来对蓄电池进行充电

管理.光伏电池所发功率取决于照射到其表面的太阳辐射量 .由于受到当地纬度、经度、间、时空气状态及气象条件等各种因素的影响，伏电池输出功光率是随温度、光照强度等因素而不断变化的.采用常规的充电控制策略很难达到在充分利用太阳能电池板输出能量的同时提高蓄电池使用寿命的目的 . 目前国内外的光伏系统充电控制器中，规模的一小般采用常规的2段或3阶阶段法，规模的充电控制大般采用万能控制芯片以及复杂的充放电管理系统【.于中小型独立光伏系统中蓄电池的充放电 2对]管理，目前还没有一种结构简单且控制策略较为理想的管理系统 .针对以上情况，文提出了一种新的本充电控制策略，计了基于A单片机的中小型独设 VR立光伏系统蓄电池充放电管理系统，并进一步进行一

的特点和优劣，实际应用中根据需要通常采用其在收稿日期： 0 7 8 0, 2 0—0 - 1收修改稿日期：2 0 -1-0 07 0 3基金项目：国家自然科学基金重点资助项目(0 3 00 6544)

了实验验证 .

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控制理论与应用

第 2 5卷

2光伏系统蓄电池面临的问题(h rb极化的程度来确定，个充电控制策略的实

现流程 T epo—整lm sf c d i ebat r h r ei VS1 e a e n t te y c a g n P h

如图l示 .所开始高效充电开始—

光伏系统对蓄电池的要求：自放电率低，用寿使命长，放电能力强，电效率高，以少维护或免深充可维护，格低廉 .目前在光伏系统中应用较多的是阀价控式密封铅酸蓄电池( L )应用于光伏系统中的 VR A .蓄电池的工作条件和蓄电池应用在其他场合的工作条件不同，要区别有几个： )电率非常小，均主 1充平电流一般为毛0一厶0, 0很少达到一 I。2放电率 1; )非常小，常为C 2￣C 2 0或者更小； )通/0/4, 3由于受到自然资源的限制，电池只有在日照时才能充电，蓄即充电时间受到限制； )能按给定的充电规律对蓄 4不电池进行充电[5以上原因将导致光伏系统中蓄电 4】 1.池出现酸分层的问题，最终将导致其使用寿命大为

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由S OC计算最大充电电压

计算当前S OC

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缩短 .对于独立光伏系统，日照时间是无法人为调节的，光伏阵列的容量也由整个光伏系统的投资所而限制，仅用前面所介绍的常规充电控制策略不能达到高效利用的目的.主要表现在两个方面：1防 )为止大电流充电，成蓄电池析气，采用工作在限流造而方式； )电池在恒压充电状态，电电流小. 2蓄充因此蓄电池此时不能吸收全部能量，且由于充电时间而长，到最后蓄电池并未充满 .

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图 1光伏系统充电实现流程图Fi .1 Ch r ei l me t fP s se f w h r g ag mp e n V-y t m o c a t o l

32欠充时分组循环充电( o pn y l cag . Gru igc c h e e rwh nls ag ) e s h e e cr

3新控制策略的提出(rp s e o t l在欠充状态，蓄电池组分成不同容量的小组，中 Po oen一 cnr w o将集一 N s a ge ) t t is re31主充电控制 ( i h re o t 1 . Ma c ag nr ) n c o本文考虑采用一种新的充电控制策略，来提高蓄

电池的荷电.该策略分两种情况来实现：一，电第蓄池在恒流或恒压充电方式下，电池能够接受这个蓄有限的阵列能量对小组进行充电，小组的达到充使满状态，环地针对不同小组实施这样的充电，而循从

冀/亘

由于季节性日照、度变化等原因，温虽然在前节提出的方法下，光伏系统中蓄电池出现欠充的情况

有改善，欠充的现象不可避免 .但为避免蓄电池始终

最大功率时，蓄电池的充电方式保持原方式 .这对时对蓄电池的充电可以采用常规的控制方法：先恒流、恒压2段控制方式；二，电池在恒流或再阶第蓄恒压充电方式下，电池不能接受阵列输出的最大蓄功率时，用高效充电技术来提高蓄电池的充电接采受能力，蓄电池得到快速充电，高蓄电池的荷电使提

一一模一法工舳计 去通脉支宽路

使蓄电池组脱离始终欠充状态，善蓄电池特性 .改 33维护充电( itn n e h g ) . Mane a c a e cr 1浮充：蓄电池一旦接近全充满时，内部 )其的活性物质大部分已经恢复成原来的状态，时这候为防止过充，用比正常充电更低的充电电压采进行充电.浮充电压根据蓄电池的实际要求设定， 对 l v的VR A蓄电池来说，般在 1 .v一1 .V 2 L一 3 4 4 4之间. 2 )适时适当的过充：系统记录蓄电池组的每天的充电状态，当发现有欠充组时，系统首先解决欠充组的充电.当发现有长期欠充现象，则在阵列能量足够蓄电池中各组充满并且还有多余的能量时，欠对充蓄电池进行一次5%一l%的过充处理 . 0

水平 .关于快速充电的优越性，文献[,] 35中都有较为详细的论证 . . Ma提出了以最低析气率为前提的 J A. s蓄电池可接受的充电电流.充电过程中，在只要充电电流不超过VR A蓄电池可接受的电流， R A蓄电 L V L池内部就不会产生大量的气泡.果在整个充电过如程中能使实际充电电流始终等于或接近于 V L R A蓄电池可接受的充电电流，充电速度就可大大加快，则 而且析气率也可控制在很低的范围内，就是快速这充电的基

本理论.按照J Ma的快速充电的三定律， . A. s 可以通过放电来提高蓄电池的充电可接受电流 -. 6 j在蓄电池充电的过程中实时地暂停充电，适当加并入合适的放电脉冲，可以迅速而有效地消除各种就极化电压，高充电速度和蓄电池使用寿命 .提究竟采

鏖

用怎样的脉冲进行放电，必须根据蓄电池的容量和

3可行性及优点(es it ad rs . 4 F ai ly n i) b i me t该充电控制策略中所采取的主要理论和控制方法都是目前在各类蓄电池充电系统中应用到的，其理论和控制方法都较为成熟，体实现也较简单 .具 本策略是针对光伏系统充电的特殊性进行了分情况、阶段的考虑而提出的，有一定的针对性 .分具能避免由于单一充电方式而造成的能量浪费或电池损坏 .照蓄电池的最佳充电曲线，依在每个阶段都使电池处在一个较理想的充电状态，到延长蓄电池的达使用寿命的目的.

独立光伏系统中蓄电池充电控制策略

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吴撬杨俊华绿色能源与生态环境控制f J】 8’ 6 20, 0 4 2控制理论与应用 16: 4 8 9 () 6.

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