蓄电池能量管理优化方案

2023-06-22 理论教育版权反馈

【摘要】：在独立光伏发电系统中，由于对电池的充电受制于当时的日照量，因而能量管理系统变得至关重要，既要确保对用户的正常供电，又要使系统的寿命达到预期年限。3）“脉冲充电”管理模式。这种方式被称为“增强充电”，尤其适用于铅酸蓄电池，其目的是改善电池的充电接受能力并减少电解液分层。

在独立光伏发电系统中，由于对电池的充电受制于当时的日照量，因而能量管理系统变得至关重要，既要确保对用户的正常供电，又要使系统的寿命达到预期年限。

能量管理系统是由调节器实现的，目的是使电池的荷电状态与其技术性能相适应。目前市场上绝大部分的调节器都是针对铅酸蓄电池设计的，而很少是针对镍镉电池的。调节器运行策略的制订一般是基于测量的蓄电池电压和电流值。

图3-9 铅酸蓄电池正极大块活性物质脱落的图像

最常见的运行原则是基于四种不同的电压阈值（见图3-10），即HVD（高压断开）停止充电；LVD（低压断开）停止放电；中间的两个电压阈值用于电池断开后的重新连接：HVR（高压重连阈值）、LVR（低压重连阈值）。电压阈值的确定与系统的容量相关。

能量管理策略分为日常管理和定期管理两类，后者用于运行一段时间后的电池性能恢复。

图3-10 独立光伏发电系统中电池的“非充即放”运行模式（HVD、HVR、LVR、LVD）

下面是日常管理的几种策略：

1）“非充即放”管理模式。这是最基本的管理策略，当电池电压达到特定阈值时断开连接，当电池电压恢复正常且达到重连阈值时重新连接。图3-11说明了日常管理中高压断开阈值对电池的作用以及不同的阈值选择对系统带来的影响。

2）“浮充”管理模式。当达到高压断开阈值时，系统仍保持比“非充即放”模式小很多的电流，用来给电池充电，保持电池的电压恒定，在此模式中高压重新连接阈值HVR不起作用。

3）“脉冲充电”管理模式。一些使用了新型电力电子技术的调节器能够控制蓄电池的充电电流，使其按照一定的周期性进行充电与静置。

图3-11 阈值HVD和LVD对铅酸蓄电池储能量的影响

蓄电池的这种脉冲充电的优势在几年前已经被论证过了^{[SRI 03，KIR 07]}，包括能够限制电解水的发生，并提高充电的效率。该策略的主要问题是调制信号的优化（包括脉冲频率和占空比），以及如何减缓电池的电化学失效过程。相关试验结果将会在今后两年内促进这种优化充电器的市场化发展。

独立光伏发电系统蓄电池的定期管理是通过临时将额定电压为12V的蓄电池HVD阈值从14.4V提高到14.8V，来改善电池的充电过程。这种方式被称为“增强充电”，尤其适用于铅酸蓄电池，其目的是改善电池的充电接受能力并减少电解液分层。这同时也可以避免由于频繁的过充电而造成的水损失和正极网格的腐蚀。

采用不同的电池充电调节器，其“增强充电”的实施周期是不同的：有的只用在电池的初次充电，有的定期进行（如每周或每10天），或用户手动设定。这种方法的缺点是光伏系统可能会出现电能无法控制的情况，也就是说，当“增强充电”刚开始进行时，不一定总是有所需要的电能。

最后，一个主要因素是电池荷电状态和健康状态的识别技术。调节器将会变得越来越智能化，能够给出电池的当时可用电量信息（“荷电状态”SOC），或可用总容量信息（“健康状态”HOC）^{[DEL 06]}。这些信息对于用户来说是非常有用的，而且对于提高光伏系统的整体智能化，以及延长蓄电池的使用寿命也同样重要（见图3-12）。

蓄电池能量管理优化方案

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