光伏系统中蓄电池过充放电控制系统的设计

光伏系统中蓄电池过充放电控制系统的设计.txt﹃根网线''尽赚了多少人的青春い有时候感动的就是身边微不足道的小事。﹎破碎不是最残酷的 最残酷的是踩着这些碎片却假装不疼痛 固执的寻找﹎将来就算我遇见再怎么完美的人,都有一个缺点,他不是你,_____下辈子要做男生，娶一个像我这样的女生。 本文由跑跑卡丁18贡献
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电 池 工 业　
第 ８卷 第 ６期　
撕
２０ 年 １ 月 ０３ ２
技 术 交流　
光 伏 系统 蓄 电池 过 充放 电控 制 系统 的设 计 中
王 菊芬 ， 海 平 ， 宣 富 ， 良廷 杨 李 易
（ 庆 后 勤 工 程 学 院 建 筑 与 环 境 工 程 系 ， 庆 ，０ ０ ６ 重 重 ４０ １）
摘 要 ： 述 了光 伏 系统 中铅 蓄 电 池过 充 过 放 电新 型 控 制 系统 。 该 系统 中 ， 电 池 的 充 电过 程 分 为 两 描 在 蓄
个 阶段 ： 充 阶 段 和 脉 冲 充 电阶 段 。在 全 充 阶 段 ， 全 系统 按 照 光伏 电池 所 提 供 的 电流 对 蓄 电池 充 电 ， 其 充 电 终 止 电压 根 据 蓄 电池 的 Ｓ ＯＣ值 和 充 电 电流 的 大 小 ， 用模 糊 控 制 算 法 而得 ； 冲 充 电阶 段 控 制 采 脉 电压 的 最 大值 和 最 小 值 根 据 对 蓄 电 池 的 浮 充 电压 进 行修 正 而 得 ； 阶 段 的控 制 电压 都 将根 据 环 境 温 两 度 进 行 补 偿 。 并 对 该 系统 进 行 了软 硬 件 设 计 。 经仿 真证 明 ， 系统 运 行 稳 定 ， 果 良好 。 该 效 关键 词 ： 伏 系统 ； 酸 蓄 电池 ； 制 ； ／ 件 设 计 光 铅 控 硬 软 中图 分 类 号 ： Ｍ９ ２ １ Ｔ １ ． 文 献 标 识 码 ： Ａ 文 章 编 号 ： ０ ８７ ２ （ ０ ３ ０ —２ ５０ １ ０ —９ ３ ２ ０ ） ６０ ７ —３
Ｄ ｅ ｉ ｎ ｆｏ ｒ ｃ ｒ ／ｄｉｃ ｒ ｅ ｃ ｓｇ ｏ ｖｅ ｈａ ｇｅ ｓ ｈａ ｇ ｏｎｔ ｏ ｒ ｌ ｓ ｔ ｍ ｏ ｅ ｙｓｅ ｆ ｒ ｌ ａｄ· ｉ ｔｅ ｙ ｉ ｐｈｏ ｏ ｌａｉ ｙｓ ｅ ａｃ ｄ ｂａ ｔ ｒ ｎ ｔ ｖｏ ｔ ｃ ｓ ｔ ｍ
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Ｋｅ ｒ ｙ ｗｏ ｄｓ： ｈ ｔ ｖ ｈａ ｃ ｓ ｓｅ ｐ ｏ ｏ ｏ ｉ ｙ ｔ ｍ；ｌ ａ — ｃｄ ｂ ｔｅ ； ｏ ｒ ｌ ｓ ｆ／ｈ ｒ ｒ ｅ ｉｎ ｅ ｄ ａ ｉ ａ ｔ ｒ ｃ ｎｔｏ ； ｏ ｙ ｔ ａ ｄ ｗａ ｅ ｄ ｓ ｇ
０ 前 言
电控 制 技 术 ， 长 蓄 电 池 的寿 命 ， 光 伏 发 电 的 推 广 延 对
和应 用有 着 重 要 的意 义 。 １ 新 型 光 伏 发 电 系统 控 制 策 略 在 该 控 制 策 略 中 ，蓄 电 池 的 充 电 过 程 可 以 分 为　
目前 应 用 于 光 伏 系 统 中 的 铅 酸 蓄 电 池 都 不 是 为 光 伏 系统 专 门 设 计 的 ，因此 铅 酸 蓄 电 池 自身 的 一 些　
缺 点 在 光 伏 发 电 系 统 中更 加 暴 露 无 遗 。铅 酸 蓄 电 池 的 主 要 缺 点 是 耐 过 充 和 耐 过 放 能 力 差 。 太 阳 能 发 电 随 机 性 强 ， 定 性 差 ， 发 电 系 统 中很 难 保 证 对 蓄 电 稳 在 池 有 规 律 地 充 放 电 。因 此 ， 究 对 蓄 电 池过 充 和 过 放 研
收 稿 日期 ： ０ ３０ ． ７ ２ ０ ．３ １　
两 个 阶段 ： 充 阶段 和 脉 冲 充 电 阶段 。在 蓄 电 池放 电 全 后 ，控 制 策 略 允 许 光 伏 电 池 所 提 供 的 全 部 电 流 对 蓄 电 池 进 行 充 电 ，一 直 到 蓄 电池 端 电 压 达 到 充 电 终 止 电压 ， 时 蓄 电池 已接 近 充 满 电 。充 电终 止 电 压 的 大 这 小 和 环 境 温 度 、 充 电 电 流 大 小 及 电 池 容 量 等 因 素 有　
作 者简 介 ： 菊芬 （９５）女 ， 江省人 ， 士生 。 王 １７ 一， 浙 博
Ｂｉｇ ａ ｈｙ Ｗ ＡＮＧ Ｊ —ｅ １ ５ ） ｆｍａｅ， ａ ｄｄ ｔ　ｏ ｏ ｔｒ ｏｒｐ ： ｕ ｆｎ（ ９７ 一 ，ｅ ｌ ｃ ｎ ｉａｅ ｆｒｄ ｃｏ　
ＶＯ ． ． Ｉ８ ＮＯ ６
２７５
Ｄｅ ． ００ ｃ ２ ３　
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电 池 工 业　
王菊芬等： 系 中 光伏 统 蓄电池过充放 电 控制系统的设计
关 。 由 于 充 电终 止 电压 和 这 些 因素 的关 系 难 以用 确 切 的数 学 模 型 描 述 ， 此 采 用 模 糊 逻 辑 控 制 技 术 ， 在 其 输 人 为 蓄 电 池 的容 量 和 充 电 电流 ，输 出 为 充 电终 止 电压 Ｕ ｎ 。 着 蓄 电池 进 人 脉 冲 充 电 阶段 ， 阶段 的 ｅｄ 接 该 控 制 电 压 在 一 范 围 内波 动 ，其 最 大 值 和 最 小 值 根 据 对 蓄 电 池 的 浮 充 电 压 进 行 修 正 而得 。 上 述 两 阶 段 的 控 制 电压 根

据 环 境 温 度 进 行 补 偿 。 蓄 电池 在 一 个 充 放 电循 环 过 程 端 电 压 变 化 曲线 可用 图 １来 表 示 。
的输 出 电平 是 高 还 是 低 ，Ｌ ３ ２将 输 出 高 电 平 ，电 Ｍ３ ９ 路 处 于截 止 状 态 。因 此 ，当 Ｐ ． １ ３口输 出为 一 脉 冲波 时 ，Ｌ ３ ２也 输 出 一 相 同频 率 的脉 冲波 ，这 样 就 可 Ｍ３ ９ 实 现对 蓄 电 池 低 的脉 冲充 电 。
图 １ 充 放 电 制 度 曲 线 示 意 图
Ｆｉ ｇ．１ Ｓｋｅ ｃ ｏｆｃｈａ ｇｅ／ｄ ｓ ｈａ ｇｅ ｒ ｇｉ ｅ ｃ ｖ ｔ ｈ ｒ ｉ ｃ ｒ ｅ ｍ ｕｒ ｅ Ｆｉ ｇ．２
图 ２ 光 伏 发 电 系 统 控 制 电 路 图
Ｐａｔｅ ｎ ｏｎｔ ｏｌｃ ｒ ｉ ｏｒ ＰＶ ｙ ｔ ｍ ｔ ｒ ｏｆｃ ｒ ｉｃｕ ｔ ｆ ｓ ｓｅ
２ 硬件设计
３ 软 件 设 计
我们 对 一 光 伏发 电仿 真 系 统进 行 了硬 件设 计 。该 系统 包 括 一块 光 伏 电池 、 一个 １ Ｖ Ａ ２ ４ ｈ的铅 蓄 电池 、 电 阻性 负 载 、 样 电路 和控 制 电路 等 。限于 篇 幅 ， 给 出 采 仅 系统 中 的控 制 电路 部 分 ， 电路 图如 图 ２所 示 。 其 该控 制 电路 同时提供 了软 件开 关和硬 件 开关 ； 其 作 用 主 要 有 两 方 面 ：一 是 采 用 软 件 开 关 执 行 给定 的充 放 电控 制 策 略 对 蓄 电池 充 放 电 ，二 是 在 软 件 开　
关 失 效 的情 况 下 ，采 用 硬 件 开 关 控 制 蓄 电池 的 过 充　
软件 程 序 设 计 模 块 化 ， 由主 程 序 、延 时 子 程 序 、 采 样 子程 序 、 Ｏ Ｓ Ｃ计 算 子 程 序 和控 制 子 程 序 组 成 。在 此 仅对主程序和控制子程 序作一介绍 。
（ ） 主 程 序 １　
主 程 序 的 功 能 是 初 始 化 各 参 数 ，调 用 采 样 子 程 序 、 时子 程 序 、 Ｏ 延 Ｓ Ｃ计 算 子 程 序 和控 制 子 程 序 。其　
程 序 流 程 框 图 见 图 ３ 。
（ ２） 充 放 电 控 制 子 程 序　
在 单 片 机 的　
和 过 放 。硬 件 开 关 和 软 件 开 关 采 用 或 门结 构 连 接 ； 即 当 任 何一 个 开 关 输 出是 高 电平 ，电路 处 于导 通 状 态 ， 只有两个开关输 出低电平 ， 电路 才 处 于 截 止 状 态 。其 硬 件 控 制 工 作 原 理 如 下 （ 设 蓄 电池 处 于 充 电工 作 假 状 态 ） 刚开 始 充 电时 ， 电池 的端 电压 比较 低 ， ： 蓄 比较 器 Ｌ ３ １反 相 输 人 端 电压 低 于 正 相 输 人 端 电压 ， Ｍ３ ９ 比 较 器 输 出 低 电 平 ， 使 得 比较 器 Ｌ ３ ２也 输 出 低 电 Ｍ３ ９
平， ＭＯＳ管 Ｉ Ｆ

６ ０处 于 导 通 状 态 ， Ｒ ９３ 系统 对 蓄 电池 充　
程 序 存 储 器 存 储　
着 一 充 电 终 止 电 压 的 模 糊 控 制 表 。在全充阶段 ，
单 片 机 将 根 据 蓄　
电池 当时的 ＳＣ Ｏ
值 和 充 电 电流 Ｉ 的 大 小 ， 询 该 模 查
糊 控 制 表 得 到 充　
电 。当 蓄 电 池 端 电压 继 续 升 高 超 过 一定 值 时 ， 比较 器 Ｌ ３ １输 出高 电平 ，致 使 Ｌ ３ ２也 输 出 高 电平 ， Ｍ３ ９ Ｍ３ ９
Ｉ ９３ ＲＦ ６ ０处 于 截 止 状 态 ， 电 池 将 停 止 充 电 。采 用 软 蓄
电 终 止 电压 值 ， 且　
对 该 充 电 终 止 电 压进 行温度补偿 ，
然 后 将 所 得 到 的　
Ｆｉ ３ ｇ．
件 方 法 实 现 的 工 作 原 理 如 下 ： ８ Ｃ ｌ的 Ｐ ． 当 ９５ １ ３口输 出 为低 电平 时 ，Ｌ ３ ２的输 出 电 平 由 Ｌ ３ ｌ的 输 Ｍ３ ９ Ｍ３ ９ 出来 决 定 ； 当 Ｐ ． 而 １ ３输 出为 高 电 平 时 ， 管 Ｌ ３ ｌ 不 Ｍ３ ９　
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图 ３
主 程 序 流 程 图　
Ｆｌ ｗ ｈａｒ ａ ｎ ｏｇ ａｍ ｏ ｃ ｔｏｆｍ ｉ ｐｒ ｒ
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Ｄ ｅ ２ＯＯ３ ｃ．
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第 ８卷第 ６期　
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值 和 采 样 值 进 行 比较 ，如 采 样 值 大 于 充 电 终 止 电 压 值 ， 电 池 进 入 浮充 阶 段 ， 之 继 续 处 于全 充 阶段 。 蓄 反 其 充 放 电控 制 子 程 序 流程 图 如 图 ３所 示 。
４ 系统 运 行 分 析
过 充 和 过 放 ， 得 到 的放 电 容 量 明显 提 高 。 所 本 文 所 描 述 的 蓄 电 池 充 放 电 控 制 与 保 护 系 统 只 是 对 光 伏 系 统 中 蓄 电 池 保 护 的 有 效 性 作 了进 一 步 的 探 讨 ，要 实 现 更 为 合 理 的蓄 电 池 充 放 电 保 护 尚有 一 定 的距 离 ， 需 要 做 许 多 工 作 。 还 参考 文献：
［ 】朱 松 然 ．蓄 电 池 手 册 ［ ．天 津 ： 津 大 学 出 版 社 。９８ １ Ｍ】 天 １９ ． ［ １李 华 ， 晓 民 ． Ｓ５ ２ 孙 ＭＣ 一１系 列 单 片 机 实 用 接 Ｉ技 术 ［ ．北 ； ３ ＭＩ
京 ： 京 航 空 航 天 大 学 出 版 社 ，９ ９ 北 １９ ．
我 们 对 该 光 伏 发 电仿 真 系 统 在 实 验 室 环 境 下 进　
行 了运 行 试 验 ， 现 系统 运 行 稳定 ， 本 上 可 以实 现 发 基
无 人 值 班 看 守 ； 采 用 该 控 制 方 法 后 ， 电 池 的 放 电 且 蓄 容 量 要 比 目前 小 型 光 伏 系 统 中 常 用 的 控 制 方 法 ， 即　

通 过 设 置 一 个 过 充 电压 和 过 放 电 压 来 控 制 蓄 电 池 的　
防 止 Ｍ —Ｎｉ 池 爆 炸 的 方 法 Ｈ 电
ＭＨ —Ｎ 电 池 的 爆 炸 时 有 发 生 ， 则 损 坏 设 备 ， ｉ 轻 重 则 引 起 火 灾 ，造 成 人 员 伤 亡 。 所 以 防 止 ＭＨ —Ｎ ｉ 电 池 的 爆 炸 是 ＭＨ —Ｎ 电 池 生 产 厂 家 的 重 要 课 ｉ
题。
支 持 以上 说 法 的证 据 是 观察 到爆 炸 的 电池 中 电解 液总是 干枯 的 ，而且 逐层绕 开极 组 ，还可 以观 察 到极 组 中有烧 焦 的地 方 ，或 在极 片边沿 ，有 锯齿　
状 焦 痕 ， 接 近 短 路 的 地 方 ， 得 越 厉 害 ； 在 极 片 越 烧 或 中间 ， 痕 从一 点扩 散开来 。 焦 防 止 ＭＨ —Ｎ 电 池 爆 炸 要 从 多 方 面 人 手 。在 材 ｉ
ＭＨ — 电 池 发 生 爆 炸 的 场 合 有 几 个 特 点 ：一 Ｎｉ 是 容 易 发 生 在 大 型 电 池 （ 径 在 ３ ｒｍ 以 上 ）或 是 直 ０ ａ 电 池 组 上 ，二 是 容 易 发 生 在 充 电 过 程 末 期 ，充 电 电 流 越大 ， 充越 多越 易爆 炸 。 过 究 其根 本 ， 炸原 因有两 个 ： 是有爆 炸 物 ， 爆 一 二 是 有 火 星 引 爆 。 爆 炸 物 是 电 池 内 高 压 的 氧 气 和 氢　
料方 面 ，要选 择 品质好 的安 全阀 ，不会 因存 放 时间 长 、环 境温度 高而影 响启 动性 能 ，安全 阀启 动压力　
要 适 当 ，电池 盖 泄 气 孔 要 足 够 大 ，使 用 的 电 池 隔 膜　
要 有一定 的厚 度 。在制 造工 艺方 面 ， 严格 控制 毛 要
刺 ， 极 片 边 角 要 加 绝 缘 带 等 防 范 措 施 。 在 制 造 环 对 境 方 面 ， 防 止 各 种 粉 尘 进 入 电 池 。 在 电 池 的使 用 要 环 境方 面 ， 充 分注 意 电池或 电池组 的散 热 问题 。 要
最后 ， 要 特别 注意 充 电方法 。 还
气 。大 型 电池或 电池组 ， 电池过充 电末 期或过 充 在 电结束 后 ，电池温 度升 得很 高 ， 负极 上 吸附 的氢 几 乎被解 附 ， 成游 离 的氢气 ， 变 正极 上产生 的氧 气 ， 已　
不 能 在 负 极 上 与 氢 气 复 合 成 水 ， 解 液 中 的水 几 乎 电 被 电解 成 氢 气 和 氧 气 ，继 续 输 入 的 电 能 都 变 成 热 能 ， 得 电 池 内氢 气 和 氧 气 受 热 而 压 力 增 加 。 如 果 使
我们 的经验 是 ， 大型 电池或 电池组 不 能过充 对 电 ，尤 其 在 较 大 电 流 充 电 时 。 我 们 建 议 ＭＨ —Ｎ 电 ｉ 池 的 用 户 ，特 别 是 大 型 电 池 或 电池 组 的 用 户 ，选 择　
此时 电池盖上 的安 全 阀泄气不 畅 ， 电池 内就 充满 高　
压的氧气 和氢气 。 电

池 内引爆 的火 星是 电池 内部 由于微粉 颗 粒 、
的充 电器 要有 可靠 的温度 监控 装置 ，或者 监控 ｄ ／ Ｔ　
ｄ， ｔ或者监 控最 高温 度 ， 保 电池不 会过热 。 确
总 之 ，如果 ＭＨ—Ｎ 电池生 产厂 家能够 在制 造 ｉ 工 艺上 采取 有效 的措施 ，电池用 户 能在使 用上 严加　
注意 ， ＭＨ—Ｎ 电池 的 爆 炸 是 完 全 能 够 避 免 的 。 ｉ
（ 东 淄 博 迪 生 电 源 有 限 公 司 李 宁 高 级 工 程 山
师 撰 稿 ； 稿 日期 ： ０ ３—０ 收 ２０ ８—２ ） ９　
极 板边 沿 毛 刺等 引起 的 正 负极 问短 路 放 电 的 电火　
花 。 电解 液 的枯 竭 ， 得 隔 膜 变 薄 、极 片 间 距 离 变 使
近 ，充 满 电 的 正 负 极 很 容 易 通 过 微 粉 颗 粒 、极 板 边　
沿 毛刺等 放 电 ， 电 的火星就 会 引爆 高 压 的氧气 和 放
氢气 。
ＶＯ ． ． １８ ＮＯ ６
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ＤＯ ２ ０３ Ｃ． ０

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