光伏系統(tǒng)之儲能電池及充放電控制器(共31頁)

1、精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上目錄1緒論1.1研究背景為了緩解和改善如今過度依賴化石燃料的局面，世界各國都在節(jié)省能源消耗、提高能源效率、改善能源結構，并尋求化石燃料以外的替代能源，其中包括太陽能、風能、生物質能、地熱能和海洋能等可再生能源。這些可再生能源在自然界中可以不斷再生，因此它們的儲存量巨大，且分布廣泛，適合用于開發(fā)利用，目前已成為電力系統(tǒng)中研究的熱點問題之一。然而，可再生能源也有一些缺點：1) 輸出的能量具有不穩(wěn)定性。例如，太陽能會隨著白天、夜晚、天氣以及季節(jié)的變化而變化，風力具有季節(jié)性和隨機性，海洋能也存在著周期性的變化，風力具有季節(jié)性和隨機性，海洋能也存在著周期性的變化。這些能源用于發(fā)

2、電時輸出的功率具有明顯的波動性和間歇性。2) 接入電網具有不可靠性。例如，風力發(fā)電系統(tǒng)在夜間常處于良好的發(fā)電運行狀態(tài)，但常常因為電網負荷的晝峰夜谷問題被迫從電網脫離，造成資源的嚴重浪費。3) 相比常規(guī)能源發(fā)電，可再生能源發(fā)電的裝機容量小，負荷調控手段簡單，易受沖擊性負荷的影響等。于是，分布式發(fā)電系統(tǒng)中儲能系統(tǒng)的研究問題就日益凸顯。隨著分布式發(fā)電技術的發(fā)展，大規(guī)模儲能技術巔峰實用化已經成為制約可再生能源廣泛應用的關鍵技術和重要前提。對于可再生能源發(fā)電方式，系統(tǒng)的優(yōu)化輸配電顯得十分重要，可以顯著提高電網的可靠性、穩(wěn)定性以及清潔性。例如，用西部地區(qū)的風力發(fā)電和太陽能發(fā)電解決東部地區(qū)的工業(yè)用電需求等。

3、這種分布式可再生能源發(fā)電的資源互補技術與大規(guī)模儲存電能技術相結合，使得分布式電源不再單純給特定地區(qū)供電，具有可調度性，將是未來智能電網的核心技術之一。1.2研究意義光伏發(fā)電具有間接性、波動性，為了保證對負荷的穩(wěn)定、連續(xù)供電，就必須在其發(fā)電系統(tǒng)中安裝儲能單元。儲能系統(tǒng)在光伏發(fā)電系統(tǒng)中的功能特點主要體現(xiàn)在以下兩個方面：1) 平衡發(fā)電量和用電量一個地區(qū)的所有負荷總量往往是不斷變化的，而分布式電源的輸出功率也是間歇性的，兩者之間是一個動態(tài)變化關系，當系統(tǒng)發(fā)電量大于系統(tǒng)總負荷時，過剩的發(fā)電電量可以通過并網送回到公共電網供其他地區(qū)使用，也可以通過儲能單元將其存儲起來；當系統(tǒng)發(fā)電電量小于系統(tǒng)總負荷時，不足的

4、能量可以從公共電網中吸收，也可以從儲能單元中吸取。通過儲能單元的吸收和釋放能量，就可以是實現(xiàn)光伏系統(tǒng)中發(fā)電量與負荷用電量之間的需求關系，維持系統(tǒng)供電的穩(wěn)定性。2) 充當備用或應急電源2各種儲能技術在光伏系統(tǒng)中的應用2.1儲能單元的概念電力系統(tǒng)引入儲能單元后，可以有效地消除晝夜峰谷差，可以提高系統(tǒng)的穩(wěn)定運行、補償負載波動，還可以降低分布式供電成本。由于儲能系統(tǒng)的重要性以及適用范圍的增加，儲能技術的發(fā)展迅速，儲能方式也越來越多樣化，一般地，儲能方式主要有以下幾種：1) 物理儲能方式：包括飛輪儲能、抽水儲能等；2) 電化學儲能方式：即蓄電池儲能方式，包括鉛酸蓄電池、鎳鎘蓄電池、鎳氫蓄電池、鋰離子電池

5、等；3) 電磁儲能方式：包括超導線圈儲能、高能量電容儲能等。2.2飛輪儲能技術飛輪儲能技術是一種機械儲能方式。早在20世紀70年代就有人提出利用高速旋轉的飛輪來儲存能量，并應用于電動汽車的構想。由于飛輪材料和軸承問題等關鍵技術一直沒有解決而停滯不前，20世紀90年代以來，由于高強度的碳纖維材料、低損耗磁懸浮軸承、電力電子學三方面技術的發(fā)展，飛輪儲能器才得以重提，并且得到了快速的發(fā)展。2.1.1飛輪儲能原理圖1飛輪儲能原理圖圖1是飛輪儲能的原理圖，外部輸入的電能通過電力電子裝置驅動電動機旋轉，電動機帶動飛輪旋轉，飛輪將電能儲存為機械能，當外部負載需要能量時，飛輪帶動發(fā)電機旋轉，將動能變換為電能，

6、并通過電力電子裝置對輸出電能進行頻率、電壓的變換，滿足負載的需求。實際的飛輪儲能系統(tǒng)（EESS）基本結構由以下5個部分組成：1) 飛輪轉子，一般采用高強度復合纖維材料組成。2) 軸承，用來支承高速旋轉的飛輪轉子。3) 電動/發(fā)電機，一般采用直流永磁無刷電動/發(fā)電互逆式雙向電機。4) 電力轉換器，這是將輸入交流電轉化為直流電供給電機，將輸出電能進行調頻、整流后供給負載的部件。5) 真空室，為了減小損耗，同時防止高速旋轉的飛輪發(fā)生事故，飛輪系統(tǒng)必須放置于高真空密封保護套筒內。另外在飛輪儲能裝置中還必須加入監(jiān)測系統(tǒng)，監(jiān)測飛輪的位置、振動和轉速、真空度、電機參數(shù)等運行參數(shù)。2.1.2飛輪儲能優(yōu)勢技術成

7、熟度高、高功率密度、長壽命、充放電次數(shù)無限以及無污染等特性。2.1.3飛輪儲能局限性飛輪儲能需要電能的持續(xù)輸入，以維持轉子的轉速恒定。一旦斷電，飛輪儲能通常只能維持一兩分鐘。這就是說，飛輪儲能的優(yōu)勢不在于時間的長短，而在于充放的快捷。2.2抽水儲能技術2.2.1抽水儲能原理抽水儲能是在電力負荷低谷期將水從下池水庫抽到上池水庫，將電能轉化成重力勢能儲存起來，在電網負荷高峰期釋放上池水庫中的水發(fā)電。2.2.2抽水儲能優(yōu)勢抽水儲能目前技術成熟，容量大，是一種可靠的儲能方式。2.2.3抽水儲能局限性受地理位置影響較大，工期巨大，效率不高，且影響生態(tài)環(huán)境，需要可靠安全系統(tǒng)保證。2.3壓縮空氣儲能技術2.

8、3.1壓縮空氣技術原理壓縮空氣技術在電網負荷低谷期將電能用于壓縮空氣，將空氣高壓密封在報廢礦井、沉降的海底儲氣罐、山洞、過期油氣井或新建儲氣井中，在電網負荷高峰期釋放壓縮的空氣推動汽輪機發(fā)電。2.3.2壓縮空氣技術優(yōu)勢壓縮空氣儲能電站建設投資和發(fā)電成本均低于抽水儲能電站，儲氣庫漏氣開裂可能性極小，安全系數(shù)高，壽命長，可以冷啟動、黑啟動，響應速度快，效率高，主要用于峰谷電能回收調節(jié)、平衡負荷、頻率調制、分布式儲能和發(fā)電系統(tǒng)備用。2.3.3壓縮空氣技術局限性其能量密度低，并受巖層等地理條件的限制，需要占用大面積土地，且工程費用較高。2.4超級電容器儲能技術超級電容電池它通過極化電解質來儲能，屬于雙

9、層電容的一種。由于其儲能的過程并不發(fā)生化學反應，因此這種儲能過程是可逆的，正因為此超級電容器可以反復充放電數(shù)十萬次。超級電容一般使用活性碳電極材料，具有吸附面積大，靜電儲存多的特點，在新能源汽車中有廣泛使用。超級電容器電池是一種新型儲能裝置，它具有充電時間短、使用壽命長、溫度特性好、節(jié)約能源和綠色環(huán)保等特點。超級電容器用途廣泛。用作起重裝置的電力平衡電源，可提供超大電流的電力；用作車輛啟動電源，啟動效率和可靠性都比傳統(tǒng)的蓄電池高，可以全部或部分替代傳統(tǒng)的蓄電池；用作車輛的牽引能源可以生產電動汽車、替代傳統(tǒng)的內燃機、改造現(xiàn)有的無軌電車；用在軍事上可保證坦克車、裝甲車等戰(zhàn)車的順利啟動（尤其是在寒冷

10、的冬季）、作為激光武器的脈沖能源。此外還可用于其他機電設備的儲能能源。雙電層電容器與鋁電解電容器相比內阻較大，因此，可在無負載電阻情況下直接充電，如果出現(xiàn)過電壓充電的情況，雙電層電容器將會開路而不致?lián)p壞器件，這一特點與鋁電解電容器的過電壓擊穿不同。同時，雙電層電容器與可充電電池相比，可進行不限流充電，且充電次數(shù)可達 10E6次以上，因此雙電層電容不但具有電容的特性，同時也具有電池特性，是一種介于電池和電容之間的新型特殊元器件。2.4.1結構和工作原理其基本原理和其它種類的雙電層電容器一樣，雙電層電容器是根據(jù)電化學基本原理而工作,即導體與電解質(液體與固體)接觸后會在其表面(即界面)產生穩(wěn)定而符

11、號相反的雙層電荷,稱為雙電層,這些電解質表面的電荷在一定的電壓下是不能被雙電層電荷所產生的電場拉到緊靠它且符號相反的電極上,因此,形成了事實上電容器的兩個電極傳統(tǒng)物理電容中儲存的電能來源于電荷在兩塊極板上的分離,兩塊極板之間為真空或一層介電物質(相對介電常數(shù)為)所隔離,電容為:其中A為極板面積,d為介質厚度。所儲存的能量為:其中C為電容值,V為極板間的電壓降.可見,若想獲得較大的電容量,儲存更多的能量,必須增大面積A或減少介質厚度d，但這個伸縮空間有限，導致它的儲電量和儲能量較小。超級電容采用活性炭材料制作成多孔電極,同時在相對的碳多孔電極之間充填電解質溶液,當在兩端施加電壓時,相對的多孔電極

12、上分別聚集正負電子,而電解質溶液中的正負離子將由于電場作用分別聚集到與正負極板相對的界面上,從而形成兩個集電層,相當于兩個電容器串聯(lián),由于活性碳材料具有1200m2/g的超高比表面積(即獲得了極大的電極面積A),而且電解液與多孔電極間的界面距離不到1nm(即獲得了極小的介質厚度 d),根據(jù)前面的計算公式可以看出,這種雙電層電容器比傳統(tǒng)的物理電容的容值要大很多,比容量可以提高100倍以上, 從而使單位重量的電容量可達100F/g，并且電容的內阻還能保持在很低的水平，碳材料還具有成本低，技術成熟等優(yōu)點。從而使利用電容器進行大電量的儲能成為可能，且在實際使用時，可以通過串聯(lián)或者并聯(lián)以提高輸出電壓或電

13、流。2.4.2超級電容器的簡化等效電路模型簡化電阻電容模型將超級電容器等效為一個理想電容器C與一個阻值較大的電阻Rep (等效并聯(lián)電阻)相并聯(lián),再與一個阻值較小的電阻Res (等效串聯(lián)電阻)相串聯(lián)的結構,如圖所示。由電路原理知道,由于Res的存在,充放電時電流流經Reg會產生能耗并引起超級電容器發(fā)熱,因此,超級電容器的能效小于1;在放電過程中,由于Res的分壓作用而減少了放電電壓范圍,尤其當放電電流較大時,Res會消耗較大的能量,降低超級電容器實際可用的有效儲能率;超級電容器處于靜置儲能狀態(tài)時,等效并聯(lián)電阻Rep與等效理想電容器C之間會形成回路,隨著靜止時間變長,超級電容器所存儲的能量會逐漸消

14、耗在等效并聯(lián)電阻Rep上,因此,處于儲能保持態(tài)的超級電容器,通常要加能量保持電路,補償由于Rep引起的靜置能量損耗,維持一定的備用儲能量。在實際應用中,超級電容器通常并于較快的和頻繁的充放電循環(huán)過程中,Rep的影響可以忽略。因此,可進一步將超級電容器模型簡化為理想電容器C和等效串聯(lián)內阻Res的串聯(lián)結構。2.4.3超級電容器的充電特性超級電容器在使用過程中老化現(xiàn)象不明顯,同時超級電容器對充電儲能沒有記憶效應,理論上可以充放電無數(shù)次。此外,超級電容器儲存的電荷及儲能量可以通過檢測電壓值的方式來近似確定,判斷充電儲能過程是否結束非常方便。基于以上這些特點,超級電容器充電控制既可以借鑒蓄電池等電化學儲

15、能器件的充電儲能方式,同時又由于其具有優(yōu)越的大物理電容特性,對大脈動電流具有較好的吸收能力,能夠簡化充電控制要求,目前常用的超級電容器充電儲能方式介紹如下:(1)恒流充電恒流充電的主要特點是適應性好,可以任意選擇充電電流。對超級電容器進行恒流充電,超級電容器的端電壓隨時間按直線規(guī)律升高。由于超級電容器的充電電流選擇范圍較大,因此可結合不同應用需求以及超級電容器自身狀態(tài)進行優(yōu)化控制。(2)浮充充電浮充充電屬于一種連續(xù)的、長時間的恒電壓充電方法。關于超級電容器的浮充充電,浮充電壓的選擇是很重要的。浮充電過程中,超級電容器的浮充電壓不能太低,否則不能補償超級電容器的漏電流損耗,仍然會造成超級電容器的

16、儲能量流失;也不能過高,否則會過多地增加能量損耗,或者因嚴重過充電縮短超級電容的使用壽命。因此,在超級電容器的浮充充電儲能過程中要注意對電壓的監(jiān)測。(3)脈沖充電超級電容器具有可以瞬時大功率充放電特性,能夠平滑高峰脈沖功率,因此,超級電容器具有良好的脈沖充電特性。目前,在許多電動車儲能系統(tǒng)中,超級電容器與蓄電池配合構成的混合儲能單元就是利用超級電容器瞬時大功率特性擴大混合儲能單元的尖峰功率范圍,既保證了電動車對于加速和制動瞬時功率的需求,又減少了瞬時大功率對蓄電池的沖擊,延長了蓄電池的使用壽命。(4)組合充電為了充分利用超級電容器的儲能特性,同蓄電池充電一樣,目前對于超級電容器采用靈活的組合充

17、電方式,例如在低壓時采用大電流恒流充電,隨著超級電容器端電壓的升高改變?yōu)檫f減恒流充電或恒壓限流等充電方式,直至超級電容器的最高額定電壓。蓄電池的一些充電控制方法,如恒功率充電方式、電壓負增量控制方式、電壓二次導數(shù)控制等方式在超級電容器的充電儲能控制中也可以借鑒。超級電容器進行充電時產生的能量損耗主要是由等效內阻引起的,系統(tǒng)的充電效率也與其有關。2.4.4優(yōu)點（1）充電速度快，只要充電幾十秒到幾分鐘就可達到其額定容量的95%以上；而現(xiàn)在最大的鉛酸電池充電通常需要幾個小時。（2）循環(huán)使用壽命長，深度充放電循環(huán)使用次數(shù)可達50萬次，如果對超級電容每天充放電20次，連續(xù)使用可達68年如果相應地和鉛酸電

18、池比較, 它的使用壽命可達68年, 且沒有“記憶效應”。（3）大電流放電能力超強，能量轉換效率高，過程損失小，大電流能量循環(huán)效率90%；（4）功率密度高，可達300W/kg5000W/kg，相當于普通電池的數(shù)十倍；比能量大大提高，鉛酸電池一般只能達到0.02kWh/kg，而超級電容電池目前研發(fā)已可達10 KWh/kg，(5)能量管理簡單準確:超級電容器儲存的能量與端電壓有確定的關系,即,因而對荷電狀態(tài)(SOC)判斷準確且簡單,只需檢測端電壓就可以確定所儲存的能量,使系統(tǒng)的能量管理簡便易行。（6）產品原材料構成、生產、使用、儲存以及拆解過程均沒有污染，是理想的綠色環(huán)保電源；2.4.5缺點l 如果

19、使用不當會造成電解質泄漏等現(xiàn)象;l 和鋁電解電容器相比,它內阻較大,因而不可以用于交流電路;2.4.6注意事項1) 超級電容器具有固定的極性。在使用前，應確認極性。2) 超級電容器應在標稱電壓下使用。當電容器電壓超過標稱電壓時，將會導致電解液分解，同時電容器會發(fā)熱，容量下降，而且內阻增加，壽命縮短，在某些情況下，可導致電容器性能崩潰。3) 超級電容器不可應用于高頻率充放電的電路中，高頻率的快速充放電會導致電容器內部發(fā)熱，容量衰減，內阻增加，在某些情況下會導致電容器性能崩潰。4) 安裝超級電容器后，不可強行傾斜或扭動電容器，這樣會導致電容器引線松動，導致性能劣化。5) 在焊接過程中避免使電容器過

20、熱。若在焊接中使電容器出現(xiàn)過熱現(xiàn)象，會降低電容器的使用壽命，例如：如果使用厚度為1.6mm的印刷線路板，焊接過程應為260，時間不超過5s。6) 將電容器串聯(lián)使用時。當超級電容器進行串聯(lián)使用時，存在單體間的電壓均衡問題，單純的串聯(lián)會導致某個或幾個單體電容器過壓，從而損壞這些電容器，整體性能受到影響。另外，超級電容器在變配電站中、稅控機、稅控收款機上、搖晃式手電筒上（免換電池，只要搖晃30秒鐘，即可發(fā)光5分鐘；照射距離1公尺）、智能表類（如智能水表和煤氣表）上、計算機UPS電源方面亦多有應用。2.5鋰電池鋰是一類由鋰金屬或鋰合金為材料、使用非水的電池。最早出現(xiàn)的鋰電池來自于偉大的發(fā)明家，使用以下

21、反應：Li+MnO2=LiMnO2該反應為，放電。由于鋰金屬的化學特性非?；顫?，使得鋰金屬的加工、保存、使用，對環(huán)境要求非常高。所以，鋰電池長期沒有得到應用?，F(xiàn)在鋰電池已經成為了主流。2.5.1鋰電池工作原理鋰離子電池：鋰離子電池一般是使用鋰合金金屬氧化物為材料、石墨為負極材料、使用非水電解質的電池。正極正極材料：可選的正極材料很多，主流產品多采用鋰鐵磷酸鹽。正極反應：放電時鋰離子嵌入，充電時鋰離子脫嵌。充電時：LiFePO4Li1-xFePO4+xLi+xe-放電時：負極負極材料：多采用石墨。新的研究發(fā)現(xiàn)鈦酸鹽可能是更好的材料。負極反應：放電時鋰離子脫嵌，充電時鋰離子嵌入。充電時：放電時：2

22、.5.2電池特點鋰電池主要優(yōu)點：1能量比較高。具有高儲存，已達到460-600Wh/kg，是的約6-7倍；2使用壽命長，使用壽命可達到6年以上，為正極的電池1C（100%DOD）充放電，有可以使用10,000次的記錄；3額定電壓高（單體工作電壓為3.7V或3.2V），約等于3只鎳鎘或鎳氫的串聯(lián)電壓，便于組成電池電源組；4具備高功率承受力，其中電動汽車用的磷酸亞鐵鋰鋰離子電池可以達到15-30C充放電的能力，便于高強度的啟動加速；5自放電率很低，這是該電池最突出的優(yōu)越性之一，一般可做到1%/月以下，不到鎳氫電池的1/20；6重量輕，相同下重量約為鉛酸產品的1/6-1/5；7高低溫適應性強，可以在

23、-20-60的環(huán)境下使用，經過工藝上的處理，可以在-45環(huán)境下使用；8綠色環(huán)保，不論生產、使用和報廢，都不含有、也不產生任何鉛、汞、鎘等有毒有害和物質。9生產基本不消耗水，對缺水的我國來說，十分有利。比能量指的是單位重量或單位體積的能量。比能量用Wh/kg或Wh/L來表示。Wh是能量的單位，W是瓦、h是小時；kg是千克(重量單位)，L是升()。2.5.3電池缺點1鋰均存在安全性差，有發(fā)生爆炸的危險。2鈷酸鋰的鋰離子電池不能大放電，價格昂貴，安全性較差。3鋰離子電池均需保護線路，防止電池被過充過放電。4生產要求條件高，成本高。5使用條件有限制，高低溫使用危險大。2.5.4電池特征1. 高能量密度

24、鋰離子電池的重量是相同容量的鎳鎘或的一半，體積是鎳鎘的20-30%，鎳氫的35-50%。2. 高電壓一個鋰離子電池單體的工作電壓為3.7V(平均值)，相當于三個串聯(lián)的鎳鎘或鎳氫電池。3. 無污染鋰離子電池不含有諸如鎘、鉛、汞之類的有害金屬物質。4. 不含金屬鋰鋰離子電池不含金屬鋰，因而不受飛機運輸關于禁止在客機攜帶鋰電池等規(guī)定的限制。5. 循環(huán)壽命高在正常條件下，鋰離子電池的充放電周期可超過500次，磷酸亞鐵鋰（以下稱磷鐵）則可以達到2000次。6. 無記憶效應記憶效應是指鎳鎘電池在充放電循環(huán)過程中，電池的容量減少的現(xiàn)象。鋰離子電池不存在這種效應。7. 快速充電使用額定電壓為4.2V的恒流恒壓

25、，可以使鋰離子電池在1.5-2.5個小時內就充滿電；而新開發(fā)的磷鐵鋰電，已經可以在35分鐘內充滿電。2.6膠體鉛酸蓄電池膠體鉛酸蓄電池是對液態(tài)電解質的普通鉛酸蓄電池的改進，用膠體電解液代換了硫酸電解液，在安全性、蓄電量、放電性能和使用壽命等方面較普通電池有所改善。膠體鉛酸蓄電池采用凝膠狀電解質，內部無游離液體存在，在同等體積下電解質容量大，熱容量大，熱消散能力強，能避免一般蓄電池易產生熱失控現(xiàn)象；電解質濃度低，對極板的腐蝕作用弱；濃度均勻，不存在電解液分層現(xiàn)象。2.6.1工作原理膠體蓄電池的電化學反應時如下：放電反應：負極（+）：正極（-）：總反應：充電反應：負極（-）：正極（+）：總反應：膠

26、體電解液的主要成份為一種粒徑近乎于納米級的功能化合物，流變性較好，容易實施對鉛蓄電池的配液灌裝。膠體電解液進入蓄電池內部或充電若干小時后，會逐漸發(fā)生膠凝，使液態(tài)電解質轉態(tài)為膠狀物，膠體中添加有多種表面活性劑，有助于灌裝蓄電池前抗膠凝，而且有助于灌裝蓄電池后防止極板硫酸鹽化，減小對板柵的腐蝕，提高極板活性物質的反應利用率。2.6.2膠體蓄電池優(yōu)異特性獨特的膠體蓄電池生產工藝設計，提高了產品的抗高低溫性能。在蓄電池的電解液中增加粒徑近似納米級的硅膠化合物，待充電若干小時后會發(fā)生凝膠現(xiàn)象，原液態(tài)電解質將轉變?yōu)槟z狀態(tài)電解質，使膠體電解質蓄電池具備了一般鉛酸電解質蓄電池所不能比擬的優(yōu)良抗溫特性，膠體蓄電

27、池可在-4570高低溫環(huán)境中使用性能好，容量高。每一節(jié)電池在出廠時的容量都比額定容量有一定比例的富余，保證電池容量充足。膠體電池的膠體電解液會隨著不斷地充放電，逐漸完成電解液凝膠過程，對極板產生良好的保護，使用1-2年后，極板經過充分活化放電性能及放電容量會越來越佳，正常情況下放電能力可達到新電池的105%。使用壽命長。在鉛酸電解液中添加一定數(shù)量的硅膠，有效地防止了電解液分層，使極板活化反應均勻，延長了極板的活化反應循環(huán)次數(shù)，提高了電池的使用壽命。自放電小。膠體蓄電池自放電極小，在25時平均自放電1.3%/季度，新出廠的膠體蓄電池充足電后，溫度在25時，連續(xù)存放12個月不需充電可投入使用，提高

28、了蓄電池的存放能力。電力容量恢復能力強。新出廠的膠體蓄電池充足電后，溫度在25時，連續(xù)存放24個月，恒壓充電24小時，靜滯12小時后，在正常情況下容量可恢復到95%。充放電性能穩(wěn)定、使用環(huán)境廣泛。膠體蓄電池放電性能穩(wěn)定，接受充電能力強，電解液凝膠且可以多方位放置。凝膠的電解液可有效的防止酸液泄露，無故障率高，適用范圍廣泛，可承擔重要場合的特殊供電要求，為用戶提供安全可靠的放電環(huán)境。注意保護環(huán)境。膠體蓄電池多為密封閥控式免維護結構，電解液凝膠無泄漏，充放電無酸霧無污染，安全環(huán)保。顯著優(yōu)勢：可以明顯延長蓄電池的使用壽命。根據(jù)有關文獻，可以延長蓄電池壽命2-3倍。膠體鉛酸蓄電池的自放電性能得到明顯改

29、善，在同樣的硫酸純度和水質情況下，蓄電池的存放時間可以延長2倍以上。膠體鉛酸蓄電池在嚴重缺電的情況下，抗硫化性能很明顯。膠體鉛酸蓄電池在嚴重放電情況下的恢復能力強。膠體鉛酸蓄電池后期放電性能得到明顯改善。2.7充放電控制器控制器是有效控制太陽能發(fā)出的電向蓄電池充電,蓄電池向負載放電,使蓄電池在安全工作電壓、電流范圍內工作的裝置。它的控制性能直接影響蓄電池使用壽命和系統(tǒng)效率。 控制器是光伏發(fā)電系統(tǒng)的核心部件之一，也是平衡系統(tǒng)的主要組成部分。在小型光伏系統(tǒng)中，控制器也稱為充放電控制器，防止蓄電池過充電和過放電。大中型光伏發(fā)電系統(tǒng)中：平衡管理光伏系統(tǒng)能量，保護蓄電池及整個光伏系統(tǒng)，顯示系統(tǒng)工作狀態(tài)。

30、充放電控制器主要功能：1) 高壓（HVD)斷開和恢復功能2) 欠電壓（LVG)告警和恢復功能3) 低壓（LVD)斷開和恢復功能4) 溫度補償功能保護功能：1) 蓄電池反接保護2) 太陽能板反接保護3) 蓄電池過放保護4) 蓄電池過充保護5) 反充電保護6) 負載過載保護（可自動恢復）7) 負載短路軟硬件保護（可自動恢復）2.7.1 控制器充放電原理早期的蓄電池光伏充放電系統(tǒng)是不帶充放電控制器的，光伏電池通過一個防止反充二級管直接接向蓄電池，當光伏電池電壓高于蓄電池電壓時,對蓄電池進行充電；當光伏電池電壓低于蓄電池電壓時，不充電。通過手動開關的通斷對負載進行放電。這樣一個不帶控制器的系統(tǒng)存在著許

31、多的缺點和不足，最主要的有：光伏電池直接對蓄電池供電，使得蓄電池的充電狀態(tài)基本上無法得知，對蓄電池的維護極為不利，負載只能手動控制，實用性非常低。對光伏電池和蓄電池各自特性的分析可知：早期光伏充放電系統(tǒng)結構，對充電來說，只要光伏電池的電壓高于蓄電池的端電壓，光伏電池就能向蓄電池充電，但蓄電池可能長期處于過沖狀態(tài)，充電的電壓和電流也不穩(wěn)定，這樣對蓄電池的壽命是非常的不利,甚至可能由于蓄電池升溫過快帶來安全的隱患；對于放電來說，早期不帶控制器的光伏系統(tǒng)需要通過手動的通斷開關來給負載供電，實用性大大降低。所以，在光伏電池與蓄電池充電回路之間加入蓄電池光伏充放電控制器是非常必要的。下圖所示是一個最基本

32、的充放電控制器原理圖。在該電路原理圖中,由太陽電池組件、蓄電池、控制器電路和負載組成了一個基本的光伏應用系統(tǒng)。開關Kl，K2分別為充電開關和放電開關，它們均屬于控制器電路的一部分。Kl，K2的開合由控制電路根據(jù)系統(tǒng)充放電狀態(tài)來決定：當蓄電池充滿時斷開充電開關KI，否則閉合；當蓄電池過放時斷開放電開關K2，否則閉合。開關K1，K2：是廣義上的開關，它包括各種開關元件，如各種電子開關、機械式開關等?；境浞烹娍刂破鬏^早期充放電電路而言實現(xiàn)了防止蓄電池過充和過放,負載放電自動控制和保護，回路壓降低等要求，性能上有了較大的提高。但是它仍然沒有解決控制蓄電池充電電壓、電流與蓄電池實時需求的匹配問題，不能

33、真正有效的保護蓄電池。為了克服早期充放電電路與基本充放電控制器的缺點，彌補其不足，現(xiàn)在得到普遍認可的技術是借助電力電子器件構成的電力變換電路將光伏電池發(fā)出的電能進行電力變換，將光伏電池發(fā)出的不穩(wěn)定的電壓，電流轉換為適合供蓄電池充電使用需求的電壓，電流。基于DC/DC變換電路的光伏充放電控制器結構如圖所示。基于DC/DC變換電路的光伏充放電控制器的工作過程為:光伏電池輸出的能量送入DC/DC變換電路,電路控制電路根據(jù)對蓄電池充電的設計需求控制DC/DC變換輸出一定的電壓或電流,對蓄電池充電.以上控制電路的實現(xiàn)方式可借助單片機監(jiān)控整個系統(tǒng)運行狀態(tài)，結合內部程序的控制算法，通過軟硬件協(xié)作完成，從而保

34、護了蓄電池，實現(xiàn)對光伏電池電能的優(yōu)化控制輸出。2.7.2光伏充電控制器在獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)中，充電控制器的基本作用是為蓄電池提供最佳的充電電流和電壓，快速，平穩(wěn)，高效地為蓄電池進行充電，同時保護蓄電池，避免過充電現(xiàn)象的發(fā)生，并在充電過程中減少損耗，盡量延長蓄電池的使用壽命。下面介紹幾種常見的充電控制器。1.并聯(lián)型光伏充電器這是目前小型光伏發(fā)電系統(tǒng)中用得最為普遍、也最為經濟的充電器。其原理是檢測控制電路隨時對蓄電池電壓進行檢測，一般采用施密特回差電路，當電壓高于“充滿切斷電壓”時，使T1導通，同時二極管D1截止，則太陽電池方陣的輸出電流直接通過T1短路泄放，不再對蓄電池進行充電，從而保證蓄電池不會

35、出現(xiàn)過充電，起到“過充電保護”。當電壓回落到某一數(shù)值時，T2斷開，恢復充電。放電控制和充電控制類似，當電壓低于過放電壓時，T2斷開，切斷負載，進行過放電保護，而當電壓回升到某一數(shù)值時，T2再次接通，恢復放電。2.串聯(lián)型光伏充電器此原理是在光伏陣列與蓄電池之間串聯(lián)一個充電開關管。串聯(lián)型充放電控制器和并聯(lián)型充放電控制器電路結構相似，唯一區(qū)別在于開關器件T1的接法不同，并聯(lián)型T1并聯(lián)在太陽電池方陣輸出端，而串聯(lián)型T1是串聯(lián)在充電回路中。當充電電壓超過蓄電池設定的充電電壓高限值時，T1斷開，此時蓄電池停止充電，起到“過充電保護作用”，其它元件的作用和串聯(lián)型充放電控制器相同，不再贅述。3.模擬芯片構成的

36、充電控制器光伏發(fā)電系統(tǒng)中，除了單片機和DSP為核心芯片的蓄電池充電控制器以外，還有一些集成電路公司生產的蓄電池充電控制專用芯片業(yè)可用于光伏發(fā)電系統(tǒng)中鉛酸蓄電池充電的智能控制。4.多路順序充電控制器蓄電池的充電過程實際上是內部化學物質的電解反應過程。若一直以大電流充電，當電壓達到給定值后如果立即停止充電，由于電池內部電解液擴散作用的延時，電池電壓會不穩(wěn)定，而使電池電壓有所下降，即電池未充滿。如果繼續(xù)以大電流充電，則會損傷電池。多路順序充電控制器采用多路光伏陣列充電電路給蓄電池充電。它根據(jù)蓄電池的充電狀態(tài)，實行分級電流充電。即在充電初期用較大電流充電，充電到一定時間后，改用較小電流，至充電后期改用更小電流。在充電初期，全部充電支路開通，此時以大電流對蓄電池進行快速充電。隨著蓄電池容量的增加，依次關閉充電支路，以逐漸減小充電電流，當關閉最后一個充電支路時，蓄電池就能充滿了。這種充電控制器體積小功能強，運行可靠。而且該充電方法效率較高，所需時間