一種新型蓄電池充電控制策略研究

申有祥 牟文波 鹿瑤

摘要：作為人們?nèi)粘Ｉ钪薪?jīng)常會(huì)用到的物品，蓄電池能夠在將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，采用的充電方式為內(nèi)部活性物質(zhì)再生，在發(fā)電系統(tǒng)中起著非常重要的作用。因此，相關(guān)部門要制定新型蓄電池充電控制策略，做好蓄電池保護(hù)工作，以期能夠延長(zhǎng)蓄電池的使用壽命。本文就新型蓄電池充電控制策略進(jìn)行研究，滿足人們對(duì)蓄電池性能的需求。

關(guān)鍵詞：蓄電池;充電電流;充電電壓

為了更好地滿足人們對(duì)電能資源的需求，相關(guān)部門要充分利用風(fēng)能資源與太陽(yáng)能資源的互補(bǔ)性，創(chuàng)新蓄電池充電控制策略，這種方式能夠有效提升蓄電池供電的可靠性，延長(zhǎng)蓄電池的使用時(shí)間，提升蓄電池的使用性能。

一、蓄電池控制新策略

新型蓄電池充電控制策略能夠有效提升蓄電池的充電效率，將獨(dú)立的光電系統(tǒng)與風(fēng)電系統(tǒng)結(jié)合在一起，高效補(bǔ)充蓄電池內(nèi)部的電能。另外，風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)需要使用控制器，以便跟蹤風(fēng)電互補(bǔ)系統(tǒng)的最大功率，相較于傳統(tǒng)的充電方式而言，風(fēng)險(xiǎn)互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)并不需要實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)變換器開關(guān)管的占比，能夠運(yùn)用控制器調(diào)節(jié)輸出的電流和電壓，避免蓄電池出現(xiàn)負(fù)載運(yùn)行問(wèn)題，保障蓄電池內(nèi)部電流和電壓始終處于恒定狀態(tài)。傳統(tǒng)的充電方式無(wú)法保障蓄電池內(nèi)部電流和電壓的恒定性，導(dǎo)致蓄電池處于負(fù)載運(yùn)行狀態(tài)，并且傳統(tǒng)充電方式的充電時(shí)間較長(zhǎng)，充電過(guò)程會(huì)消耗一定量的電能，充電初期電流較大，使得充電控制器較為容易出現(xiàn)損傷，隨著充電時(shí)間的延長(zhǎng)，蓄電池的壽命也會(huì)隨之縮短。

新型蓄電池控制策略采用風(fēng)光互補(bǔ)系統(tǒng)，以12V鉛酸蓄電池為例進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，蓄電池充電期間設(shè)定恒流充電流值為3A，恒壓過(guò)沖電壓為14.5V，浮充電流為0.5A，實(shí)驗(yàn)以蓄電池技術(shù)作為條件，以14.5V作為蓄電池的充電依據(jù)開展相關(guān)操作。如果蓄電池充電電壓超過(guò)14.5V，就要判斷充電期間內(nèi)蓄電池的充電電流是否大于0.5A，根據(jù)充電電流選擇合適的充電方式，常見(jiàn)的充電方式主要范圍兩種：一種為充電電流大于0.5A，蓄電池就要以14.5V電壓進(jìn)行恒壓充電，充電過(guò)程中并不需要跟蹤風(fēng)機(jī)和太陽(yáng)能電池的最大功率，操作人員只需要通過(guò)蓄電池的反饋電壓占比。另一種為充電電流小于0.5A，這時(shí)設(shè)定蓄電池的充電狀態(tài)為浮充，采用的浮充電壓為13.8V，這時(shí)不需要跟蹤風(fēng)機(jī)和太陽(yáng)能電池的最大功率。如果蓄電池充電電壓超過(guò)14.5V，采用恒流充電模式，蓄電池的充電電流為3A，這時(shí)蓄電池采用的充電方式分為兩種：一種為蓄電池的充電電流大于3A，操作人員不需要跟蹤充電系統(tǒng)的最大功率，只需要調(diào)節(jié)充電電流的開關(guān)管占比即可，當(dāng)蓄電池的充電電流等于3A時(shí)，蓄電池處于恒流充電狀態(tài)。當(dāng)蓄電池的充電電流小于3A時(shí)，需要跟蹤太陽(yáng)能光伏電池和風(fēng)機(jī)的功率點(diǎn)。蓄電池充電過(guò)程中，電池內(nèi)部的電解液溫度始終處于上升狀態(tài)，在這個(gè)過(guò)程中蓄電池的電壓門檻值也會(huì)隨之出現(xiàn)較大變化，要想延長(zhǎng)電池的使用壽命，要做好溫度補(bǔ)充工作，常見(jiàn)的溫度補(bǔ)充措施為浮充電壓和過(guò)充電壓。

二、新型蓄電池控制系統(tǒng)的主電路結(jié)構(gòu)

風(fēng)力發(fā)電機(jī)充電過(guò)程中需要將交流電轉(zhuǎn)化為直流電，這時(shí)蓄電池內(nèi)部的電容就處于穩(wěn)定狀態(tài)，并且還要應(yīng)用Buck電路進(jìn)行降壓處理，處理完成之后才能給蓄電池充電，采用太陽(yáng)能充電期間，電池板的正、負(fù)極需要連接蓄電池的SN、SP端，經(jīng)過(guò)Buck電路進(jìn)行充電。充電時(shí)二極管能夠有效地保護(hù)蓄電池，保障風(fēng)力發(fā)電的直流橋直流測(cè)電壓能夠傳輸?shù)教?yáng)能電池板上，將蓄電池電壓施加太陽(yáng)能電池板上，蓄電池充電時(shí)開關(guān)始終處于常開狀態(tài)，直流側(cè)電壓始終高于蓄電池規(guī)定電壓。當(dāng)整流橋直流側(cè)電壓高于蓄電池過(guò)充電壓時(shí)，系統(tǒng)控制單元產(chǎn)生觸發(fā)脈沖信號(hào)，驅(qū)動(dòng)開關(guān)使之開通，將卸荷電阻接人電路中，消耗多余的能量。

三、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

在做蓄電池充電實(shí)驗(yàn)時(shí)，使用的蓄電池為賽達(dá)電池FM12-65，其額定電壓為12V，額定容量為65AH。由于所選蓄電池的容量較大，完成一次完整的蓄電池充電過(guò)程需要時(shí)間較長(zhǎng)，不容易采集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。因此本文在對(duì)風(fēng)力發(fā)電部分進(jìn)行三段式充電實(shí)驗(yàn)測(cè)試時(shí)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)使用三相調(diào)壓器代替。將380V三相交流電經(jīng)過(guò)降壓整流后給蓄電池充電，實(shí)驗(yàn)中對(duì)過(guò)充電壓和浮充電壓的設(shè)定為25C，恒壓轉(zhuǎn)折點(diǎn)電壓設(shè)定為14.5V，限流電流設(shè)定為6A，進(jìn)入浮充階段的轉(zhuǎn)折電流為設(shè)定1.6A，蓄電池充電初始電壓為10.8V，期間驅(qū)動(dòng)信號(hào)上升沿和下降沿很陡，MOSFET可以迅速開通和關(guān)斷，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中驅(qū)動(dòng)芯片TLP250在長(zhǎng)時(shí)間工作時(shí)發(fā)熱效果也不明顯，這說(shuō)明TLP250完全滿足放大驅(qū)動(dòng)信號(hào)的要求。蓄電池充電時(shí)檢測(cè)到的電壓為2.88V，是蓄電池電壓經(jīng)分壓后的電壓，蓄電池實(shí)際電壓Uamn≈2.88Vx5=14.4V;蓄電池充電時(shí)檢測(cè)到的電流波形，圖中的3.03V為與蓄電池串聯(lián)的0.05Q精密電阻的兩端電壓放大10倍得到的，3.03V實(shí)際上代表蓄電池充電電流1c≈n3.03A=6.06A0.05x10由圖中的波形可知，蓄電池充電過(guò)程中，充電電壓和充電電流波形穩(wěn)定，達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。

上述文章分析了蓄電池充電期間的問(wèn)題及原因，并且據(jù)此改進(jìn)了充電器的主電路結(jié)構(gòu)，優(yōu)化了控制方案。設(shè)計(jì)了一種新型的可對(duì)鉛酸蓄電池實(shí)現(xiàn)風(fēng)光互補(bǔ)系統(tǒng)充電的方案，實(shí)現(xiàn)蓄電池組的并聯(lián)均衡充電，從而避免了充電過(guò)程中產(chǎn)生的不均衡對(duì)蓄電池造成的傷害，提高了蓄電池組的充電效率，有效地保護(hù)了電池，并且延長(zhǎng)了電池組的使用壽命。在風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)中，蓄電池充電控制方法的優(yōu)劣是影響蓄電池使用壽命的一個(gè)重要因素，這就要求有一個(gè)合理的充電控制策略。本文的充電控制策略是根據(jù)蓄電池充電電壓、電流采樣值分別與蓄電池事先設(shè)定好恒壓過(guò)充電壓、恒流充電限流值和浮充電流值進(jìn)行實(shí)時(shí)比較，來(lái)采取合理的充電方式，對(duì)蓄電池起到盡可能地保護(hù)。實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該充電控制策略的可行性，具有較為廣泛地應(yīng)用價(jià)值。

四、總結(jié)

蓄電池采用的充電方式一般為三段式充電、恒電壓充電等，這些充電方式應(yīng)用過(guò)程中都會(huì)受到各種因素的限制，為了提升蓄電池的充電速度、降低蓄電池的能耗、延長(zhǎng)蓄電池的壽命，必須采用新型蓄電池充電控制策略，運(yùn)用風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)給蓄電池充電，保障蓄電池內(nèi)部的充電電流與電壓始終維持在恒定狀態(tài)，真正地實(shí)現(xiàn)蓄電池恒流充電。

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