光伏發電系統蓄電池充電控制器的研究

史凡

【摘 要】研究光伏電池的輸出特性并跟蹤最大功率，將最大功率點輸出的電壓和電流給蓄電池充電。設計DC-DC功率變換器將光伏陣列與蓄電池隔離，控制器對蓄電池進行充電和保護，利用matlab仿真顯示充電的效果，實驗表明該控制器可以充分利用太陽能并且提高蓄電池的充電速度，延長蓄電池的壽命。

【關鍵詞】光伏電池；蓄電池充電；matlab仿真

0 引言

在光伏發電系統中，蓄電池是其重要的組成部分，蓄電池充電性能的好壞直接影響光伏發電的發展。由于受到環境變化的影響較大，光伏電池輸出的電壓和電流不穩定，此電能的質量和性能較差，難以直接給負載使用，因此需要控制器將該電能適當的控制和變換后，才能給負載使用。對于光伏發電系統的最大功率點跟蹤，將跟蹤到的電壓和電流利用DC-DC功率變換器對蓄電池充電，使太陽能和蓄電池都能充分利用[1]。

1 光伏電池的輸出特性

由于環境溫度和光照強度對光伏陣列的輸出電壓和電流影響較大，光伏陣列輸出的I-U、P-U曲線均是非線性曲線。通過實驗仿真得到I-U和P-U的特性曲線，由曲線得知在一定的溫度和光照強度下，當輸出電壓增大時，電流在一定范圍內基本保持不變，隨即劇烈下降；而光伏電池輸出功率曲線上存在一個最大功率點Pm，同時對應的最大電壓和電流是Um、Im，最大輸出功率Pm=Um*Im[2]。光伏電池P-U曲線如圖1所示。

2 蓄電池充電控制器的設計

光伏陣列由于受到溫度、光照等環境因素的影響，其輸出的電能不穩定，質量不好，提供給蓄電池的電壓和電流也不穩定[3]。通過各種類型蓄電池的比較，本文選擇鉛酸蓄電池，它有較大的儲存量、可靠的充放電性能、并且較低的價格。以下對蓄電池進行三段式充電。

（1）第一階段：MPPT最大功率充電

將光伏陣列的輸出電壓、輸出電流為UP、IP送入控制器，通過對各種MPPT控制算法的比較，采用變步長電導增量法尋找最大功率點，由控制器發出PWM信號控制BUCK電路的MOSFET，進而對蓄電池以最大功率充電。通過檢測蓄電池的端電壓和電流，再把檢測信號反饋回控制器，從而達到對蓄電池充電進行管理的目的，保護蓄電池[4]。

（2）第二階段：恒壓充電

在第一階段MPPT充電的過程中，蓄電池電壓逐漸增大，但是只能充到蓄電池額定容量的80%-90%，為了使其容量達到100%，采用恒壓充電。在蓄電池電壓達到14.35V時，進入恒壓充電。

（3）浮充充電

浮充充電是為了補充鉛酸蓄電池的自然放電損失的電能，該階段將充電電流穩定在0.2A左右。

2.2 充電系統仿真

蓄電池充電方式采用三段式充電，第一階段對蓄電池以最大功率充電，仿真實驗從蓄電池電量的80%開始充電，此時電池電壓為12.8V。當充電電壓達到14.35V時，第一階段結束；第二階段恒壓充電開始，充電電壓恒定為14.35V；第三階段為浮充充電，充電電壓13.8V。

3 結論

通過matlab軟件仿真得到蓄電池充電仿真如圖2所示。通過仿真波形可看出，蓄電池的充電電壓與設計中的理想狀況下最佳充電特性曲線電壓比較接近。這有利于提高蓄電池的充電效率和利用率。實驗表明該控制器可以充分利用太陽能并且提高蓄電池的充電速度，延長蓄電池的壽命。

【參考文獻】

[1]劉軍.改進型MPPT算法的太陽能充放電控制器設計與實現[D].華南理工大學，2015.

[2]王猛.光伏發電系統并網逆變器控制策略研究[D].華北電力大學，2015.

[3]粟梅，李黎明，孫堯，等.獨立光伏系統用蓄電池充放電策略的設計[J].電工文摘，2012，48（1）：127-130.

[4]羅浩.光伏發電充電與逆變控制研究[D].西安工業大學，2015.

[責任編輯：朱麗娜]endprint