蓄电池控制器要点分析.ppt

第五章 控制器(solar controller) 第一节 控制器的工作原理 在独立运行的太阳能光伏发电系统和光伏／风力混合发电系统中，必须配备贮能蓄电池，蓄电池起着储存和调节电能的作用。当日照充足或风力很大而产生的电能过剩时，蓄电池将多余的电能贮存起来；当系统发电量不足或负载用电量大时，蓄电池向负载补充电能，并保持供电电压的稳定。 一、蓄电池充电控制基本原理 通过对铅酸蓄电池充电特性的分析可知，在蓄电池充电过程中，当充电到相当于D点的电压出现时，就标志着该蓄电池已充满。 依据这一原理，在控制器中设置电压测量和电压比较电路，通过对D点电压值的监测，即可判断蓄电池是否应结束充电。 对于开口式固定型铅酸蓄电池，标准状态(25℃，0.1C充电率)下的充电终了电压(D点电压)约为2.5V；对于阀控式密封铅酸蓄电池，标准状态(25℃，0.1C充电率)下的充电终了电压约为2.35V。 控制器里比较器设置的D点电压称为“门限电压”或“电压阈值”。由于太阳能光伏发电系统的充电率一般都小于0.1C，因此蓄电池的充满点一般设定在2.45～2.5V(固定式铅酸蓄电池)和2.3～2.35V (阀控式密封铅酸蓄电池)。 二、蓄电池过放电保护基本原理 1)首先是随着蓄电池的放电，酸浓度降低，引起电动势降低； 2)其次是活性物质的不断消耗，反应面积减小，使极化不断增加； 3)第三是由于硫酸铅的不断生成，使电池内阻不断增加，内阻压降增大。 (二)常规过放电保护原理 通过上述对蓄电池放电特性的分析可知，在蓄电池放电过程中，当放电到相当于G点的电压出现时，就标志着该电池已放电终了。依据这一原理，在控制器中设置电压测量和电压比较电路，通过监测出G点电压值，即可判断蓄电池是否应结束放电。对于开口式固定型铅酸蓄电池，标准状态(25℃，0.1C放电率)下的放电终了电压(G点电压)约为1.75～1.8V；对于阀控式密封铅酸蓄电池，标准状态(25℃，0.1C放电率)下的放电终了电压约为1.78～1.82V。在控制器中比较器设置的G点电压称为“门限电压”或“电压阈值”。 第二节控制器的分类 按电路方式的不同，太阳能控制器的充电过程控制可分为旁路型、串联型、脉宽调制型、多路控制型、两阶段双电压控制型和最大功率跟踪型； 按放电过程控制方式的不同，可分为常规过放电控制型和剩余容量(SOC)放电全过程控制型。 1．旁路型控制器,利用并联在太阳能电池方阵两端的机械或电子开关器件控制充电过程。 当蓄电池充满时，把光伏方阵的输出分流到旁路电阻器或功率模块上去，然后以热的形式消耗掉； 当蓄电池电压回落到一定值时，再断开旁路并恢复充电。 因为这种方式消耗热能，所以一般用于小型、低功率系统， 这类控制器，结构简单，不受电源极性的影响，但容易引起热斑效应。 2．串联型控制器,利用串联在回路中的机械或电子开关器件控制充电过程。 当蓄电池充满时，开关器件断开充电回路，蓄电池停止充电； 当蓄电池电压回落到一定值时，再接通充电回路。 这类控制器，结构简单，价格便宜。 当光伏系统作为负电源使用时(往往用于通信系统)，开关电路的设计将有所改变。串联型控制器一般不会引起热斑效应。 3．脉宽调制型控制器 它以PWM脉冲方式开关光伏方阵的输入。 当蓄电池趋向充满时，脉冲的频率和时间缩短。 这种充电过程其平均充电电流的瞬时变化更符合蓄电池当前的荷电状态，能够增加光伏系统的充电效率(比简单断开式控制器的充电效率高15％)并延长蓄电池的总循环寿命。 脉宽调制控制电路的缺点是控制器自身将带来一定的损耗(大约4%～8%)。 4．多路控制器 一般用于5kw以上的大功率系统，太阳能电池方阵分成多个支路接入控制器。 当蓄电池充满时，控制器将太阳能电池方阵逐路断开； 当蓄电池电压回落到一定值时，控制器再将太阳能电池方阵逐路接通，实现对蓄电池组充电电压和电流的调节。 这种控制方式，属于增量控制法，可以近似达到脉宽调制控制器的效果，路数越多，增幅越小，越接近线性调节。 但路数越多，成本也越高，因此确定太阳能电池方阵路数时，要综合考虑控制效果和控制器的成本。 5．两阶段双电压控制器 将蓄电池的充电过程分为均衡充电和浮充充电两个阶段。每天开始充电时，电压调节器的调节电压点，密封电池为单只电池2.45V／只，开口电池为2.5V／只，这一点的电压又叫均衡充电电压。 根据铅酸蓄电池的电化学工作原理，开始充电阶段，只有尽快达到这个电压值，蓄电池的电解液才能避免层化效应而以最高效率完成电化学反应，也就是充电效率最高。 在这以后，充电电压必须立即下降，否则将开始造成电解液汽化。所以，系统在初充电达到均衡充电电压以后，立即自动改变充电调节的电压保护点，即由均衡充电电压保护点2.45V／只改变为浮充电压保护点单只电池2.35V／