CN102788959A - 独立光伏发电系统的蓄电池充放电状态检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种独立光伏发电系统的蓄电池充放电状态检测方法，包括以下步骤：（1）记录独立光伏发电系统的蓄电池的初始储电量Q₀；（2）对蓄电池的端电压和电流进行采样获得端电压U和电流I；（3）根据端电压U和电流I、以及蓄电池的初始储电量Q₀，计算出蓄电池的实时储电量Q占最大储电量Q_m的比例r；（4）根据比例r的大小判断蓄电池的充放电状态。本发明能准确判断独立光伏发电系统的蓄电池的充放电状态，采用本发明，能显著延长蓄电池的使用寿命。

Description

独立光伏发电系统的蓄电池充放电状态检测方法

技术领域

本发明涉及独立光伏发电系统的蓄电池养护领域，特别地，涉及一种独立光伏发电系统蓄电池的充放电状态检测方法。

背景技术

通过太阳能电池将太阳辐射能直接转换为电能的发电系统称为太阳能光伏发电系统。光伏发电系统主要分为独立光伏发电系统和并网光伏发电系统两种。

在光伏发电系统中加入储能设备，光照充足时将电能存储起来，必要的时候释放能量，可以解决发电与用电时间不一致的问题。储能设备能有效地调节能量平衡，对系统能量管理、稳定运行以及提高系统的安全性、可靠性起着重要作用。常用的储能设备主要有蓄电池和超级电容两种。目前，独立光伏发电系统中普遍采用密封型的铅酸蓄电池作为储能设备。充电技术对蓄电池的寿命影响非常显著。铅酸蓄电池一般都有一条可接受的理想充电电流曲线。由于受到自然资源的限制，蓄电池只有在日照时才能充电，即充电时间受到限制，不能按给定的充电规律对蓄电池进行充电。影响蓄电池充电效率和寿命的主要因素是其充放电电流的大小和对蓄电池的过充。

在实际光伏发电系统中，为实现蓄电池充电效果最佳，必须对充电过程进行控制。充电控制包括很多方面，比如充电程度的判断、充电各阶段的自动转换以及启动、停止的控制等等。在蓄电池充电过程中，对充电程度的准确判断是保证蓄电池充电效率和使用寿命的前提。

充、放电过程中，蓄电池的状态一般分为以下几种：

(1)全充状态(Full charge)

全充状态是充电过程中的主要部分。此时，一般采用阶段充电、变流间歇式充电或脉冲式充电等比较快速的充电模式。

(2)浮充状态(Float charge)

蓄电池处于浮充状态，表示此时蓄电池基本饱和，但为了补偿蓄电池本身自放电所消耗的能量，由外接恒压电源为其提供小电流继续充电。实际应用中，外接电源电压仅略高于蓄电池饱和时的端电压，这样可以使蓄电池经常保持在充电满足状态而不致于过充。某些系统中，为防止蓄电池过充电，在蓄电池容量达到80％～90％时，改为浮充模式进行涓流充电，不仅有效地保护了蓄电池，还能防止充电不足的情况。为蓄电池提供浮充工作条件，对于延长蓄电池的寿命有着非常重要的作用。

(3)过充状态(Over charge)

过充电指的是蓄电池充电过程中，在容量已达到饱和状态后，仍继续充电的情况。此时，如果充电电流过大，或充电时间过长，正极产生的氧气来不及被消耗，就可能导致蓄电池内压升高、电池变形、漏液等情况，蓄电池的性能也会显著降低。

但是，对于独立的光伏发电系统，电能主要来源于光伏电池组，倘若进入梅雨季节或遇到其它持续的阴雨天气，输出的能量不足以为系统供电，会导致蓄电池长期处于欠充状态，造成其内部酸分层现象。为防止这种情况的出现，通常在光照资源充足的时候，利用光伏电池组产生的多余电能，对欠充蓄电池进行5％～10％的过充处理。

(4)过放状态(Over discharge)

过放电指的是蓄电池放电过程中，内部储存电量已释放完毕，端电压下降到终止电压值，仍继续放电的情况。过放电会使蓄电池内压升高，正、负极板的活性物质受到破坏，如果损坏严重，即使对蓄电池再次充电，其容量也只能恢复一部分，相对于额定容量会有明显的衰减。

独立光伏发电系统中蓄电池充放电状态检测困难。传统的蓄电池的检测方法是基于蓄电池端电压、温度及其变化判断蓄电池应处于的充放电状态，由于中午光强较大或云彩遮挡致使光强骤增、骤减等原因，这种方法可能造成对蓄电池充放电状态的误判断。

发明内容

本发明目的在于提供一种判断准确、可显著延长蓄电池使用寿命的通过电量计量实现的独立光伏发电系统的蓄电池的充放电状态检测方法，以解决现有的独立光伏发电系统在中午光强较大或云彩遮挡致使光强骤增、骤减的情况下易产生的蓄电池的充放电状态的误判的技术问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种独立光伏发电系统的蓄电池充放电状态检测方法，包括以下步骤：

（1）记录独立光伏发电系统的蓄电池的初始储电量Q₀；

（2）对所述蓄电池的端电压和电流进行采样，以获得端电压U和电流I；

（3）根据所述端电压U和所述电流I、以及所述蓄电池的初始储电量Q₀，计算出所述蓄电池的实时储电量Q占最大储电量_Qm的比例r；

（4）根据比例r的大小判断所述蓄电池的充放电状态。

作为本发明的进一步改进，

所述比例r的计算公式为：

$r=Q/Q_m=\frac{1}{Q_m}(Q_0-{\∫}_0^t\mathrm{UIdt})---\left(1\right)$

其中，t为放电时长，所述t在所述蓄电池处于过充状态时清0。

进行所述步骤（1）之前，将所述蓄电池充满，在所述初始储电量Q₀与所述最大储电量Q_m相等的情况下，所述比例r的计算公式为：

$r=1-\frac{1}{Q_0}{\∫}_0^t\mathrm{UIdt}---\left(2\right)$

所述步骤（4）包括如下步骤：

（401）当r<5%时，判定所述蓄电池处于过放状态；

（402）当5%≤r<85%时，判定所述蓄电池处于全充状态；

（403）当85%≤r≤100%时，判定所述蓄电池处于浮充状态；

（404）当r>100%时，判定所述蓄电池处于过充状态。

所述步骤（404）完成后，根据用户设定允许过充开关判断所述蓄电池是否允许过充，当所述允许过充开关断开时，所述蓄电池不允许过充，则当r>100%时停止给蓄电池充电；当所述允许过充开关闭合时，所述蓄电池允许过充，进行步骤：（405）当r>110%时，停止给所述蓄电池充电。

所述步骤（401）中，当r<5%时，所述方法还包括步骤：

a.判断所述端电压U是否低于过放电压阈值；

b.判断所述端电压U是否下降；

c.采样蓄电池温度并判断温度变化差是否大于过放温变阀值；

若所述步骤a、步骤b和步骤c的判断结果均为是，则判定所述蓄电池处于过放状态。

所述步骤（404）中，当r>100%时，所述方法还包括步骤：

d.判断所述端电压U是否大于过充电压阈值；

e.采样蓄电池温度并判断温度变化差是否大于过充温变阀值；

若所述步骤d和步骤e的判断结果均为是，则判定所述蓄电池处于过充状态。

在进行所述步骤（1）之前，设置累加标记，其中，

在所述步骤（401）中，当判定蓄电池处于过放状态后，将累加标记置为0；

在所述步骤（402）中，当判定蓄电池处于全充状态后，将累加标记置为0；

在所述步骤（403）中，当判定蓄电池处于浮充状态后，将累加标记置为0；

在所述步骤（404）中，当判定蓄电池处于过充状态后，将累加标记置为1，并清空所述数值积分累加值

本发明具有以下有益效果：

1、本发明的独立光伏发电系统的蓄电池充放电状态检测方法，采用累加放电量的方式判断蓄电池的充放电状态，判断准确，可避免由于现有的独立光伏发电系统在中午光强较大或云彩遮挡致使光强骤增、骤减的情况下产生的蓄电池的充放电状态的误判，可减少过充和过放对蓄电池的损害，延长蓄电池的使用寿命。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明优选实施例的采样电路的原理示意图；

图2是本发明优选实施例的蓄电池充放电状态检测方法的流程示意图；

图3是本发明优选实施例的蓄电池充放电状态判断的流程示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

如图2、图3所示，本发明的独立光伏发电系统的蓄电池充放电状态检测方法，包括以下步骤：

（1）记录独立光伏发电系统的蓄电池的初始储电量Q₀，为便于计算，本实施例中将蓄电池充满，使得初始储电量Q₀与最大储电量Q_m相等。设置累加标记并置为0，并将放电时长t清0，放电时长t在每次蓄电池处于过充状态后清0。

（2）对蓄电池的端电压和电流进行采样，以获得端电压U和电流I，其中，将蓄电池的端电压U的方向设为从蓄电池正极指向负极；将蓄电池放电时的电流I的方向设为正，蓄电池充电时的电流I的方向设为负。

本实施例中，采用如图1所示的电路对蓄电池进行采样，图1中，电压采样用于对蓄电池的端电压U进行采样，电流采样用于对蓄电池的电流I进行采样，温度采样用于对蓄电池的温度进行采样，三路采样的结果均传输给计算单元进行计算。

（3）根据端电压U和电流I、以及蓄电池的初始储电量Q₀，计算出蓄电池的实时储电量Q占最大储电量Q_m的比例r。

比例r的计算公式为：

$r=Q/Q_m=\frac{1}{Q_m}(Q_0-{\&Integral;}_0^t\mathrm{UIdt})---\left(1\right)$

本实施例中，当Q₀=Q_m时，比例r的计算公式为：

$r=1-\frac{1}{Q_0}{\&Integral;}_0^t\mathrm{UIdt}---\left(2\right)$

（4）根据比例r的大小判断蓄电池的充放电状态。具体判断步骤如下：

（401）当r<5%时，再进行如下步骤：

a.判断端电压U是否低于过放电压阈值；

b.判断端电压U是否下降；

c.采样蓄电池温度并判断温度变化差是否大于过放温变阀值；

若步骤a、步骤b和步骤c的判断结果均为是，则判定蓄电池处于过放状态，将累加标记置0。其中，过放电压阈值和过放温变阀值均是根据蓄电池的规格型号预先存储在计算单元中。若蓄电池处于过放状态则必须停止放电而进行充电（可快速充电）；若蓄电池不是处于过放状态则认为处于全充状态，可快速充电。

（402）当5%≤r<85%时，判定蓄电池处于全充状态，将累加标记置为0。若蓄电池处于全充状态，则应该用阶段充电、变流间歇式充电或脉冲式充电等比较快速的充电模式进行充电。

（403）当85%≤r≤100%时，判定蓄电池处于浮充状态，将累加标记置为0。浮充状态说明蓄电池已基本饱和，为防止蓄电池过充电，可改为浮充模式进行涓流充电。

（404）当r>100%时，说明蓄电池已接近过充状态，再进行如下步骤：

d.判断端电压U是否大于过充电压阈值；

e.采样蓄电池温度并判断温度变化差是否大于过充温变阈值；

若步骤d和步骤e的判断结果均为是，则判定蓄电池处于过充状态，将累加标记置为1，将放电时长t清0，并清空数值积分累加值其中，过充电压阈值和过充温变阈值均是根据蓄电池的规格型号预先存储在计算单元中。

然后，根据用户设定允许过充开关（图1中的开关K）判断蓄电池是否允许过充，当允许过充开关断开时，不允许蓄电池过充，停止给蓄电池充电；当允许过充开关闭合时，允许蓄电池过充，此时可以采取浮充模式进行涓流充电，然后进行以下判断：

（405）当r>110%时，停止给蓄电池充电。

综上，本发明的独立光伏发电系统的蓄电池充放电状态检测方法，采用累加放电量的方式判断蓄电池的充放电状态，判断准确，可避免由于现有的独立光伏发电系统在中午光强较大或云彩遮挡致使光强骤增、骤减的情况下产生的蓄电池状态的误判，可减少过充和过放对蓄电池的损害，延长蓄电池的使用寿命。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种独立光伏发电系统的蓄电池充放电状态检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）记录独立光伏发电系统的蓄电池的初始储电量Q₀；

（2）对所述蓄电池的端电压和电流进行采样，以获得端电压U和电流I；

（3）根据所述端电压U和所述电流I、以及所述蓄电池的初始储电量Q₀，计算出所述蓄电池的实时储电量Q占最大储电量Q_m的比例r；

（4）根据所述比例r的大小判断所述蓄电池的充放电状态。

2.根据权利要求1所述的蓄电池充放电状态检测方法，其特征在于，所述比例r的计算公式为：

$r=Q/Q_m=\frac{1}{Q_m}(Q_0-{\&Integral;}_0^t\mathrm{UIdt})---\left(1\right)$

其中，t为放电时长，所述t在所述蓄电池处于过充状态时清0。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，进行所述步骤（1）之前，将所述蓄电池充满，在所述初始储电量Q₀与所述最大储电量Q_m相等的情况下，所述比例r的计算公式为：

$r=1-\frac{1}{Q_0}{\&Integral;}_0^t\mathrm{UIdt}---\left(2\right)$

4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，所述步骤（4）包括如下步骤：

（401）当r<5%时，判定所述蓄电池处于过放状态；

（402）当5%≤r<85%时，判定所述蓄电池处于全充状态；

（403）当85%≤r≤100%时，判定所述蓄电池处于浮充状态；

（404）当r>100%时，判定所述蓄电池处于过充状态。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述步骤（404）完成后，根据用户设定允许过充开关判断所述蓄电池是否允许过充，当所述允许过充开关断开时，所述蓄电池不允许过充，当r>100%时停止给所述蓄电池充电；当所述允许过充开关闭合时，所述蓄电池允许过充，进行步骤：

（405）当r>110%时，停止给所述蓄电池充电。

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述步骤（401）中，当r<5%时，所述方法还包括步骤：

a.判断所述端电压U是否低于过放电压阈值；

b.判断所述端电压U是否下降；

c.采样蓄电池温度并判断温度变化差是否大于过放温变阀值；

若所述步骤a、步骤b和步骤c的判断结果均为是，则判定所述蓄电池处于过放状态。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述步骤（404）中，当r>100%时，所述方法还包括步骤：

d.判断所述端电压U是否大于过充电压阈值；

e.采样蓄电池温度并判断温度变化差是否大于过充温变阀值；

若所述步骤d和步骤e的判断结果均为是，则判定所述蓄电池处于过充状态。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，在进行所述步骤（1）之前，设置累加标记，其中，

在所述步骤（401）中，当判定蓄电池处于过放状态后，将累加标记置为0；

在所述步骤（402）中，当判定蓄电池处于全充状态后，将累加标记置为0；

在所述步骤（403）中，当判定蓄电池处于浮充状态后，将累加标记置为0；

在所述步骤（404）中，当判定蓄电池处于过充状态后，将累加标记置为1，并清空所述数值积分累加值

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