專利名稱：光伏發(fā)電智能化充放電互補(bǔ)控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種光伏發(fā)電智能化充放電互補(bǔ)控制裝置，屬于 光伏充放電電子控制技術(shù)領(lǐng)域。二、 背景技術(shù)蓄電池的充電，是從事通信電源維護(hù)一項(xiàng)重要工作，對(duì)電池充電工作做的如何， 直接影響電池的使用壽命和供電安全。脈沖式充電法不僅遵循蓄電池固有的充 電接受率，而且能夠提高蓄電池充電接受率，從而打破了蓄電池指數(shù)充電接受 曲線的限制，這也是蓄電池充電理論的新發(fā)展。脈沖充電方式首先是用脈沖 電流對(duì)蓄電池充電，然后讓電池停充一段時(shí)間，如此循環(huán)。脈沖充電使蓄電池充滿電量，而間歇期使蓄電池經(jīng)化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的氧氣和 氫氣有時(shí)間重新化合而被吸收掉，使?jié)獠顦O化和歐姆極化自然而然地得到消除， 從而減輕了蓄電池的內(nèi)壓，使下一輪的恒流充電能夠更加順利地進(jìn)行，使蓄電 池可以吸收更多的電量。間歇脈沖使蓄電池有較充分的反應(yīng)時(shí)間，減少了析氣 量，提高了蓄電池的充電電流接受率。脈沖放電方法是蓄電池放電時(shí)采用和充電時(shí)相同的脈沖放電方法，兩組電 池輪流放電，兩組電池放電時(shí)間各為50%，合起來對(duì)負(fù)載放電時(shí)間為100%，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)蓄電池脈沖充放電，可以消除單組電池長時(shí)間放電產(chǎn)生的電池板 極化和硫化，延長蓄電池壽命。對(duì)蓄電池充放電是通信電源維護(hù)工作的重要內(nèi) 容之一，蓄電池作為后備電源重要性是不言而喻的，要確保停電時(shí)對(duì)用電設(shè)備 提供所需電力。只有正確的對(duì)蓄電池充放電才能有利于節(jié)約電能，延長電池的 使用壽命，保障安全供電。公知的太陽能光伏系統(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 電池和堿性鎳錫蓄電池等。目前光伏系統(tǒng)中作為儲(chǔ)能裝置的是鉛酸免維護(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，特別是用于無人值守的光 伏電站時(shí)，有著其他蓄電池所無法比擬的優(yōu)越性。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"過充"與"過放"。 過充是指蓄電池單格電壓超過某一水平(一般為2.35V/單格一 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。過放是指蓄電池 放電超過了規(guī)定的放電終止電壓，蓄電池放出了過量的容量。采用脈寬調(diào)制的方法來控制蓄電池的充放電。脈沖控制"斬波"方式工作， 對(duì)蓄電池進(jìn)行脈沖充電，開始充電時(shí)，脈沖控制器以寬脈沖充電，隨著充電電 壓的上升，充電脈沖寬度逐漸變窄，平均充電電流減小。當(dāng)充電電壓達(dá)到預(yù)置 電壓時(shí)，充電脈沖寬度變?yōu)榱悖潆娊Y(jié)束。脈沖控制較傳統(tǒng)的通過檢測(cè)蓄電池 端電壓控制充放電無論是在性能還是在效率上都有很大的改觀。以單路恒壓充放電為例，如圖1所示，此種充放電控制主要是通過控制器 實(shí)現(xiàn)對(duì)蓄電池的充放電控制。采用脈沖調(diào)寬來控制蓄電池的充放電，單片機(jī)充 電控制系統(tǒng)通過監(jiān)控鉛酸蓄電池的電壓、電流和溫度在充電過程中的變化，當(dāng) 蓄電池的端電壓大于某個(gè)限定值時(shí)，脈沖的寬度逐漸變窄，直至為零，就視為 己充滿，停止太陽電池向蓄電池充電。當(dāng)控制器檢測(cè)到蓄電池的端電壓低于某 個(gè)限定值時(shí)，脈沖的寬度就自動(dòng)調(diào)節(jié)逐漸變寬，太陽電池開始向蓄電池充電。 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。但充、放電電壓的急 劇升高或驟降對(duì)蓄電池的使用壽命有嚴(yán)重影響，在光伏電源實(shí)際應(yīng)用中特別是 在獨(dú)立系統(tǒng)中， 一般情況下，蓄電池僅有一至兩年的壽命就面臨報(bào)廢。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。階梯式充放電控制中蓄電池都 與太陽電池直接相連，其端電壓受太陽電池端電壓制約，VO并不能準(zhǔn)確的反映 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)，由于太陽電池板和蓄電 池的端電壓均受溫度影響嚴(yán)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(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)。階梯式充放電模式不能實(shí)現(xiàn)涓流充電，造 成了能源的極大浪費(fèi)，使得本來效率就不高的光伏系統(tǒng)性價(jià)比更低。針對(duì)以上存在問題，本研究針對(duì)光伏系統(tǒng)中蓄電池階梯式充放電模式的弊 端提出一種新型的光伏系統(tǒng)充放電交替互補(bǔ)智能化控制裝置。 三、發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提供一種光伏系統(tǒng)智能化互補(bǔ)控制充放電裝置，將太 陽能光伏系統(tǒng)中的一組蓄電池，采用兩組容量為1/2原系統(tǒng)蓄電池并聯(lián)，太陽電 池由充電控制器對(duì)兩組電池進(jìn)行脈沖方式充電，首先脈沖電流對(duì)一組電池充電， 在脈沖的間歇期對(duì)另一組蓄電池進(jìn)行充電，如此循環(huán)，則太陽電池的發(fā)電被 100%完全利用，同時(shí)兩組蓄電池又可以進(jìn)行脈沖放電。本實(shí)用新型按以下技術(shù)方案實(shí)施，圖l、 2分別為本實(shí)用新型流程匡圖和智 能化互補(bǔ)控制電路圖。包括太陽電池組件[l、蓄電池1輸入電子開關(guān)[21、蓄電 池2輸入電子開關(guān)P1、控制器[4、l號(hào)蓄電池組[5j、 2號(hào)蓄電池組[6卜蓄電池l 輸出電子開關(guān)7、蓄電池2輸出電子開關(guān)8、負(fù)載[9。所述的太陽電池組件ii輸出直流電壓的輸出端與蓄電池i輸入電子開關(guān)m的源極端相連，[1的另一個(gè)輸出端與蓄電池2輸入電子開關(guān)[31的源極端相連， 輸入電子開關(guān)[2j的柵極端與控制器[4I的一個(gè)控制開關(guān)pl相連，輸入電子開關(guān)31 的柵極端與控制器141的另一個(gè)控制開關(guān)p2相連，21的漏極與蓄電池Bl的負(fù) 極相連，[3的漏極與蓄電池B2的負(fù)極相連，兩蓄電池的正極相連后輸出端一 端接地，另一端接入用戶負(fù)載的正極，蓄電池1輸出電子開關(guān)71的源極端與蓄 電池Bl的負(fù)極連接，蓄電池2輸出電子開關(guān)8!的源極端與蓄電池B2的負(fù)極連 接，17的柵極端與控制器的輸出控制開關(guān)p3相連，8的柵極端與輸出控制開 關(guān)p4連接，蓄電池1輸出電子開關(guān)[7I的漏極端與負(fù)載負(fù)極相連，蓄電池2輸出 電子開關(guān)問的漏極端與負(fù)載負(fù)極相連，控制器的控制開關(guān)p5接地。電路工作原理為如圖2所示。工作時(shí)，電子開關(guān)Ql打開，太陽電池對(duì)蓄電 池B1充電時(shí)，蓄電池B1的輸出電子開關(guān)Q3關(guān)閉，此時(shí)電子開關(guān)Q4打開蓄電 池B2為負(fù)載供電；當(dāng)電子開關(guān)Q2打開，太陽電池對(duì)蓄電池B2充電，蓄電池 B2輸出電子開關(guān)Q4關(guān)閉，同時(shí)打開電子開關(guān)Q3，由蓄電池B1為負(fù)載供電。形成在一個(gè)充放電周期中總有一個(gè)蓄電池在充電，同時(shí)由另一組蓄電池放電的光 伏系統(tǒng)智能化互補(bǔ)充放電過程，實(shí)現(xiàn)負(fù)載不間斷供電。 與公知技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)及積極效果1) 、能改善蓄電池的使用維護(hù)條件，在整個(gè)充電過程中減少充電過程中氣體的 析出量，降低電池酸霧溢出量，大大減輕酸霧對(duì)各種設(shè)施的腐蝕和對(duì)空氣環(huán)境 的污染。2) 、降低充電時(shí)電解液溫升，無論是GGF型還是GFM型電池在充電時(shí)的電解 液溫度都有嚴(yán)格要求，由于電解液溫度過高加快電解液對(duì)極板腐蝕和電解液的 蒸發(fā)影響蓄電池的使用壽命，特別是GFM電池采用的是緊裝配結(jié)構(gòu)，散熱性能 差，又屬于貧液電池，充電時(shí)電解液溫度過高，不但加快電解液的蒸發(fā)造成電 池失水，而且會(huì)使極板過熱膨脹損壞極板和外殼變形，更重要的是產(chǎn)生熱量積 累性增強(qiáng)使電池?zé)崾Э亍?) 、提高充電時(shí)容量轉(zhuǎn)換效率，在對(duì)電池進(jìn)行充電過程中，整流設(shè)備充入電池 的電能以三種方式被消耗第一種將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能儲(chǔ)存起來；第二種 產(chǎn)生熱量；第三種分解水產(chǎn)生氣體。第一種實(shí)現(xiàn)充電目的，后兩種無謂的消 耗電能，脈沖充電方試能有效的抑制產(chǎn)生熱量和析氣的產(chǎn)生，顯然，在整個(gè)充 電過程中充入電池的電能被有效的轉(zhuǎn)化為化學(xué)能被儲(chǔ)存，因而提高充電時(shí)容量 轉(zhuǎn)換效率。容量轉(zhuǎn)換效率公式如下容量轉(zhuǎn)換效率-放電容量/充電容量X100%4) 、有利于延長蓄電池的使用壽命，對(duì)兩組蓄電池交替充放電，最大限度的增強(qiáng)了蓄電池的利用率，減少了蓄電池的使用時(shí)間，延長了蓄電池的使用壽命。四、
圖1為本實(shí)用新型流程框圖，圖中1為太陽電池組件，2為蓄電池1輸入電子 開關(guān)，3為蓄電池2輸入電子開關(guān)，4為控制器，5為1號(hào)蓄電池，6為2號(hào)蓄電池，7 為蓄電池1輸出電子開關(guān)，8為蓄電池2輸出電子開關(guān)，9為負(fù)載；圖2是本實(shí)用 新型控制電路圖。五具體實(shí)施方式
如圖l、 2所示的單路光伏系統(tǒng)智能化互補(bǔ)控制充放電裝置。其充電方式 采用PWM脈寬調(diào)制方式，充電頻率范圍為30-100赫茲，在一個(gè)充電周期t內(nèi)采用1/2t脈寬打開電子開關(guān)Ql， 1/2t脈寬打開電子開關(guān)Q2，則太陽電池對(duì)兩 組蓄電池形成脈沖充電方式，同時(shí)兩組蓄電池又可以進(jìn)行脈沖放電，形成智能化 互補(bǔ)控制充放電。其包括太陽電池組件[l、蓄電池1輸入電子開關(guān)[2、蓄電池2輸入電子開 關(guān)[3、控制器4、1號(hào)蓄電池組問、2號(hào)蓄電池組6、蓄電池1輸出電子開關(guān)[7、 蓄電池2輸出電子開關(guān)[81、負(fù)載l9。所述的太陽電池組件[1輸出直流電壓的輸 出端與蓄電池1輸入電子開關(guān)21的源極端相連，ll的另一個(gè)輸出端與蓄電池2 輸入電子開關(guān)3j的源極端相連，輸入電子開關(guān)[2]的柵極端與控制器[4I的一個(gè)控 制開關(guān)pl相連，輸入電子開關(guān)[31的柵極端與控制器4的另一個(gè)控制開關(guān)p2相 連，2的漏極與蓄電池B1的負(fù)極相連，[3的漏極與蓄電池B2的負(fù)極相連， 兩蓄電池的正極相連后輸出端一端接地，另一端接入用戶負(fù)載的正極，蓄電池l 輸出電子開關(guān)[7的源極端與蓄電池Bl的負(fù)極連接，蓄電池2輸出電子開關(guān)問 的源極端與蓄電池B2的負(fù)極連接，7I的柵極端與控制器的輸出控制開關(guān)p3 相連，8怖柵極端與輸出控制開關(guān)p4連接，蓄電池1輸出電子開關(guān)[7怖漏極 端與負(fù)載負(fù)極相連，蓄電池2輸出電子開關(guān)8的漏極端與負(fù)載負(fù)極相連，控制 器的控制開關(guān)p5接地。如圖2所示，工作時(shí)，電子開關(guān)Q1打開，太陽電池對(duì)蓄電池B1充電時(shí)，蓄電 池Bl的輸出電子開關(guān)Q3關(guān)閉，此時(shí)電子開關(guān)Q4打開蓄電池B2為負(fù)載供電； 當(dāng)電子開關(guān)Q2打開，太陽電池對(duì)蓄電池B2充電，蓄電池B2輸出電子開關(guān)Q4 關(guān)閉，同時(shí)打開電子開關(guān)Q3，由蓄電池B1為負(fù)載供電。形成在一個(gè)充放電周 期中總有一個(gè)蓄電池在充電，同時(shí)由另一組蓄電池放電的光伏系統(tǒng)智能化互補(bǔ)充 放電過程，實(shí)現(xiàn)負(fù)載不間斷供電。采用兩組蓄電池形成的脈沖充電方式可以最大 程度利用太陽電池的發(fā)電，使蓄電池充滿電量，而間歇期使蓄電池經(jīng)化學(xué)反應(yīng) 產(chǎn)生的氧氣和氫氣有時(shí)間重新化合而被吸收掉，使?jié)獠顦O化和歐姆極化自然而 然地得到消除，從而減輕了蓄電池的內(nèi)壓，使下一輪的恒流充電能夠更加順利 地進(jìn)行，使蓄電池可以吸收更多的電量。間歇脈沖使蓄電池有較充分的反應(yīng)時(shí) 間，減少了析氣量，提高了蓄電池的充電電流接受率。
權(quán)利要求1、一種光伏發(fā)電智能化充放電互補(bǔ)控制裝置，其特征在于，其包括太陽電池組件[1]、蓄電池1輸入電子開關(guān)[2]、蓄電池2輸入電子開關(guān)[3]、控制器[4]、1號(hào)蓄電池組[5]、2號(hào)蓄電池組[6]、蓄電池1輸出電子開關(guān)[7]、蓄電池2輸出電子開關(guān)[8]和負(fù)載[9]，所述的太陽電池組件[1]輸出直流電壓的輸出端與蓄電池1輸入電子開關(guān)[2]的源極端相連，[1]的另一個(gè)輸出端與蓄電池2輸入電子開關(guān)[3]的源極端相連，蓄電池1輸入電子開關(guān)[2]的柵極端與控制器[4]的一個(gè)控制開關(guān)p1相連，蓄電池2輸入電子開關(guān)[3]的柵極端與控制器[4]的另一個(gè)控制開關(guān)p2相連，[2]的漏極與蓄電池B1的負(fù)極相連，[3]的漏極與蓄電池B2的負(fù)極相連，兩蓄電池的正極相連后輸出端一端接地，另一端接入用戶負(fù)載的正極，蓄電池1輸出電子開關(guān)[7]的源極端與蓄電池B1的負(fù)極連接，蓄電池2輸出電子開關(guān)[8]的源極端與蓄電池B2的負(fù)極連接，[7]的柵極端與控制器的輸出控制開關(guān)p3相連，[8]的柵極端與輸出控制開關(guān)p4連接，蓄電池1輸出電子開關(guān)[7]的漏極端與負(fù)載負(fù)極相連，蓄電池2輸出電子開關(guān)[8]的漏極端與負(fù)載負(fù)極相連，控制器的控制開關(guān)p5接地。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種光伏發(fā)電智能化充放電互補(bǔ)控制裝置，該系統(tǒng)包括太陽電池組件，蓄電池，輸入電子開關(guān)，控制器，輸出電子開關(guān)，負(fù)載等部分。將太陽能光伏系統(tǒng)中的一組蓄電池，采用兩組容量為1/2原系統(tǒng)蓄電池并聯(lián)，太陽電池由充電控制器對(duì)兩組電池進(jìn)行脈沖方式充電，首先脈沖電流對(duì)一組蓄電池充電，在脈沖的間歇期對(duì)另一組蓄電池充電，如此循環(huán)，則太陽電池的發(fā)電被100％利用，同時(shí)兩組蓄電池又可以進(jìn)行脈沖放電，形成智能化互補(bǔ)控制充放電過程。這種脈沖充放電方式能改善蓄電池的使用維護(hù)條件，降低充放電時(shí)電解液溫度，提高蓄電池的轉(zhuǎn)換效率，延長電池的使用壽命。
文檔編號(hào)H02J7/00GK201174614SQ20082008095
公開日2008年12月31日 申請(qǐng)日期2008年3月17日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月17日
發(fā)明者傅定文, 韓莉婭 申請(qǐng)人:云南晶能科技有限公司