CN202663151U - 光伏系统中铅酸蓄电池快速充电系统 - Google Patents

光伏系统中铅酸蓄电池快速充电系统 Download PDF

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戴瑜兴
曾国强
张正江
宁勇
温烨婷
王环
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Abstract

本实用新型提供了一种光伏系统中铅酸蓄电池快速充电系统,包括铅酸蓄电池组、温度检测电路、电压检测电路、电流检测电路、检测信息反馈电路、电源和充电主控电路。温度检测电路、电压检测电路和电流检测电路均与检测信息反馈电路相连,检测信息反馈电路与充电主控电路相连。本实用新型在对蓄电池快速充电原理和目前各种充电方法的研究的基础上,提出了四阶段充电模式,即小电流涓流充电-大电流快速充电-定电压补足充电-小电流浮充。该充电系统具有充电效率高的特点,能最大限度的将能量存储到蓄电池组中,并能有效减少电池的损伤,延长蓄电池的使用寿命。

Description

光伏系统中铅酸蓄电池快速充电系统
技术领域
[0001] 本实用新型属于光伏充电领域,具体涉及ー种光伏系统中铅酸蓄电池快速充电系统。
背景技术
[0002] 进入21世纪以来,节能和环保成为了能源问题的焦点。在不同的系统中,对蓄电池的关注重点是不同的。在通讯系统中,蓄电池主要应用在基站电源上,那么,蓄电池的寿命以及蓄电池可持续放电时间是该系统最关注的。随着蓄电池的发展,充电技术也在不断更新。从传统的恒流充电、恒压充电、恒压限流充电,发展到现在的智能充电。充电技术的更新不仅满足了对新型电池的充电要求,更重要的是提高了充电的质量,延长了蓄电池的使用寿命。 [0003] 基于DC/DC变换器实现太阳能电池的MPPT算法有很多种,最常见的有扰动观测法(Perturbation and observation Method-P&O)和电导微增法(Incremental ConductanceMethod-IncCond)。光伏发电系统中,太阳能电池在不同太阳福照度下输出最大功率时,其两端电压值并不固定,而且当工作温度发生变化时,相应于同一辐照度的最大功率,电压值也将发生变化。实现太阳能电池的MPPT,其实质为匹配电池和后级变换器的动态负载。当外界环境发生变化时,通过不断调整变换器的开关占空比,实现太阳能电池与变换器之间的动态负载匹配,就可以实时获得太阳能电池的最大输出功率。本实用新型结实实际的实验,将太阳能电池MPPT的扰动观测法和电导微增法进行整合优化,具有两种算法的优点,同时也补足了在跟踪过程中的不足。
[0004] 采用传统充电方法,铅酸蓄电池充电速度慢,为了缩短充电时间,人们分析了电池的化学反应原理,知道了电池在充放电的过程中主要产生氧气。在以前的开ロ电池中,产生的氧气会慢慢的排放到外界空气中,因此要不断的加入水和新的电解液。而在密封式铅酸蓄电池中,正极产生的氧气通过隔膜和气室被负极吸收,整个化学反应是ー个循环的反应形式,从而达到免维护的目的。但对于密封式电池,其内压是有限的,导致阴极吸收速度也是有限的。如果充电电压过高,正极产生氧气的速度过快,吸收速度跟不上氧气产生的速度,长时间后会造成电池失水,诱发电池的微短路、硫酸化等失效现象,损害电池的质量和使用寿命。同时,高速率充电时电池的极化会造成电池内部压カ上升、电池温度上升、电池内阻升高等,不仅会缩短电池寿命,而且有可能对电池造成永久性伤害,使电池可接收的充电电流下降,使其充不到额定容量。蓄电池的这ー化学反应原理是研究制定快速充电方法的根本。所谓的快速充电是指利用蓄电池在充电初、中期可接受较大充电电流的特性,在充电初期以大电流充电,并以一定频率对蓄电池停止充电和释放一定量的极化电压提高蓄电池可以接受的充电电流,从而大大缩短充电时间的充电方式。一方面,快速充电要想方设法加快电池的化学反应速度也即是増大充电电流,使之充电速度得到最大的提高;另ー方面,快速充电要保证负极的吸收能力,使负极能够跟得上正极氧气产生的速度,还要尽可能的消除电池内部的极化电压,这步是关键,因为充电电流大吋,极化电压也随之増大。这也表明,蓄电池快速充电的速度是有上限的,我们不可能无限提高蓄电池的充电速度。1972年,美国科学家马斯在第二届世界电动汽车年会上提出了著名的马斯三定律,掲示了铅酸电池的充电特性,由此开始了对铅酸电池充电技术的研究。但是目前,现有技术中的铅酸蓄电池的充电效率都不是十分理想。
实用新型内容
[0005] 本实用新型针对上述现有技术的不足,提供了一种光伏系统中铅酸蓄电池快速充电系统,该铅酸蓄电池能够对铅酸蓄电池进行高效率的充电。
[0006] 本实用新型是通过如下技术方案实现的:
[0007] 一种光伏系统中铅酸蓄电池快速充电系统,包括铅酸蓄电池组,其特征在于,还包括: [0008] 温度检测电路,用于检测蓄电池组的温度;
[0009] 电压检测电路,用于检测蓄电池组的电压;
[0010] 电流检测电路,用于检测蓄电池组的电流;
[0011 ] 检测信息反馈电路,用于将温度检测电路、电压检测电路和电流检测电路检测的温度、电压和电流输出至充电主控电路;
[0012] 电源,用于为充电系统提供电源输入;
[0013] 充电主控电路,充电主控电路内部通过一存储芯片存储有预先设定的温度阈值、第一电压阈值、第二电压阈值和电流阈值;
[0014] 当检测温度小于温度阈值或检测电压小于第一电压阈值时,充电主控电路采用涓流恒流充电模式对蓄电池组充电;
[0015] 当检测电压大于等于第一电压阈值,且检测电压小于第二电压阈值时,充电主控电路采用大电流恒流充电模式对蓄电池组充电;
[0016] 当检测电压大于等于第二电压阈值,且检测电流大于等于电流阈值时,充电主控电路采用恒压充电模式对蓄电池组充电;
[0017] 当检测电流小于电流阈值时,充电主控电路停止对蓄电池组充电;
[0018] 温度检测电路、电压检测电路和电流检测电路均与检测信息反馈电路相连,检测信息反馈电路与充电主控电路相连。
[0019] 进ー步的,所述铅酸蓄电池快速充电系统还包括ー显示电路,用于实时显示充电状态。
[0020] 进ー步的,所述充电主控电路包括STM32F103VC06单片机及其外围电路。
[0021] 本实用新型在对蓄电池快速充电原理和目前各种充电方法的研究的基础上,提出了四阶段充电模式,即小电流涓流充电-大电流快速充电-定电压补足充电-小电流浮充。接通电源并接入蓄电池后,本实用新型所述的铅酸蓄电池快速充电系统首先检测蓄电池的电压和温度。若电压和温度低于规定的门限值,充电系统先对电池进行小电流涓流充电。当电池的电压和温度达到规定值以后,充电系统自动转入设定的快充电方法给电池充电;这样可避免过放电的电池因充电电流过大而损坏;该充电系统能够根据电池电压和充电电流自动转换充电状态,在蓄电池充满电后,自动转入浮充状态。该充电系统具有充电效率高的特点,能最大限度的将能量存储到蓄电池组中,井能有效减少电池的损伤,延长蓄电池的使用寿命。
附图说明
[0022]图I为本实用新型所述光伏系统中铅酸蓄电池快速充电系统的结构框图;
[0023] 图2为充电系统的电路原理图;
[0024] 图3为充电主控电路的原理图。
具体实施方式
[0025] 下面结合附图和具体实施方式对本实用新型做进ー步详细的说明。
[0026] 如图1-3所示,本实用新型提供了一种光伏系统中铅酸蓄电池快速充电系统,包 括铅酸蓄电池组、温度检测电路、电压检测电路、电流检测电路均、检测信息反馈电路、充电主控电路和电源;温度检测电路、电压检测电路和电流检测电路均与检测信息反馈电路相连,检测信息反馈电路与充电主控电路相连。温度检测电路用于检测蓄电池组的温度;电压检测电路用于检测蓄电池组的电压;电流检测电路用于检测蓄电池组的电流;检测信息反馈电路用于将温度检测电路、电压检测电路和电流检测电路检测的温度、电压和电流输出至充电主控电路;电源用于为充电系统提供电源输入;充电主控电路,充电主控电路内部通过一存储芯片存储有预先设定的温度阈值、第一电压阈值、第二电压阈值和电流阈值;当检测温度小于温度阈值或检测电压小于第一电压阈值时,充电主控电路采用涓流恒流充电模式对蓄电池组充电;当检测电压大于等于第一电压阈值,且检测电压小于第二电压阈值时,充电主控电路采用大电流恒流充电模式对蓄电池组充电;当检测电压大于等于第二电压阈值,且检测电流大于等于电流阈值时,充电主控电路采用恒压充电模式对蓄电池组充电;当检测电流小于电流阈值吋,充电主控电路停止对蓄电池组充电。
[0027] 为了便于随时查看充电状态等信息,所述铅酸蓄电池快速充电系统还包括ー显示电路,用于实时显示充电状态。
[0028] 本实施例中以12V24Ah铅酸蓄电池为充电对象,充电主控电路采用STM32F103VC06芯片为核心,包括ARM最小系统模块、功率开关的驱动保护模块、信息采集监测系统模块等。系统上电后,充电主控电路首先检测蓄电池组的初始状态初始电压Utl、荷电状态SOCtl以及蓄电池组的温度情况Ttl,并对Utl, SOCtl, Ttl进行记录和保存。如果蓄电池温度Ttl低于允许充电的温度最小值,则说明电路允许充电,如果电池组初始状态电压电流參数值小于涓流设定的门限值,则进入涓流充电状态,对电池组进行小电流涓流充电直至达到快速充电状态。如果初始參数值大于涓流參数的门限值,即ー开始就满足快速充电条件,则进入电池快速充电状态,而不需要经过电池组的涓流充电模式。此时,将蓄电池组的初始状态參数与设定的充电电压和电流曲线进行比较,得到合适的充电点,并将此时的充电电压和电流值反馈到控制器中,进行分析处理算出合适的占空比,进而输出合适的PWM波形控制MOS管的关断,从而得到需要的充电电压和电流值。充电期间,每隔3ms做一次采样,轮流采集电池温度、电压、充电电流,每检测一次后进行判断,根据PID算法对输出PWM占空比进行调整,达到恒流或恒压控制。
[0029] 本实用新型不仅局限于上述具体实施方式,本领域一般技术人员根据本实用新型公开的内容,可以采用其它多种具体实施方式实施本实用新型,因此,凡是采用本实用新型的设计结构和思路,做一些简单的变化或更改的设计,都落入本实用新 型保护的范围。

Claims (3)

1. 一种光伏系统中铅酸蓄电池快速充电系统,包括铅酸蓄电池组,其特征在干,还包括: 温度检测电路,用于检测蓄电池组的温度; 电压检测电路,用于检测蓄电池组的电压; 电流检测电路,用于检测蓄电池组的电流; 检测信息反馈电路,用于将温度检测电路、电压检测电路和电流检测电路检测的温度、电压和电流输出至充电主控电路; 电源,用于为充电系统提供电源输入; 充电主控电路,充电主控电路内部通过一存储芯片存储有预先设定的温度阈值、第一电压阈值、第二电压阈值和电流阈值; 当检测温度小于温度阈值或检测电压小于第一电压阈值时,充电主控电路采用涓流恒流充电模式对蓄电池组充电; 当检测电压大于等于第一电压阈值,且检测电压小于第二电压阈值时,充电主控电路采用大电流恒流充电模式对蓄电池组充电; 当检测电压大于等于第二电压阈值,且检测电流大于等于电流阈值时,充电主控电路采用恒压充电模式对蓄电池组充电; 当检测电流小于电流阈值吋,充电主控电路停止对蓄电池组充电; 温度检测电路、电压检测电路和电流检测电路均与检测信息反馈电路相连,检测信息反馈电路与充电主控电路相连。
2.根据权利要求I所述的铅酸蓄电池快速充电系统,其特征在于,所述铅酸蓄电池快速充电系统还包括ー显示电路,用于实时显示充电状态。
3.根据权利要求I所述的铅酸蓄电池快速充电系统,其特征在于,所述充电主控电路包括STM32F103VC06单片机及其外围电路。
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