一種新型蓄電池充電控制策略研究

申有祥 牟文波 鹿瑤

摘要：作為人們日常生活中經常會用到的物品，蓄電池能夠在將化學能轉化為電能，采用的充電方式為內部活性物質再生，在發電系統中起著非常重要的作用。因此，相關部門要制定新型蓄電池充電控制策略，做好蓄電池保護工作，以期能夠延長蓄電池的使用壽命。本文就新型蓄電池充電控制策略進行研究，滿足人們對蓄電池性能的需求。

關鍵詞：蓄電池;充電電流;充電電壓

為了更好地滿足人們對電能資源的需求，相關部門要充分利用風能資源與太陽能資源的互補性，創新蓄電池充電控制策略，這種方式能夠有效提升蓄電池供電的可靠性，延長蓄電池的使用時間，提升蓄電池的使用性能。

一、蓄電池控制新策略

新型蓄電池充電控制策略能夠有效提升蓄電池的充電效率，將獨立的光電系統與風電系統結合在一起，高效補充蓄電池內部的電能。另外，風光互補發電系統需要使用控制器，以便跟蹤風電互補系統的最大功率，相較于傳統的充電方式而言，風險互補發電系統并不需要實時調節變換器開關管的占比，能夠運用控制器調節輸出的電流和電壓，避免蓄電池出現負載運行問題，保障蓄電池內部電流和電壓始終處于恒定狀態。傳統的充電方式無法保障蓄電池內部電流和電壓的恒定性，導致蓄電池處于負載運行狀態，并且傳統充電方式的充電時間較長，充電過程會消耗一定量的電能，充電初期電流較大，使得充電控制器較為容易出現損傷，隨著充電時間的延長，蓄電池的壽命也會隨之縮短。

新型蓄電池控制策略采用風光互補系統，以12V鉛酸蓄電池為例進行實驗，蓄電池充電期間設定恒流充電流值為3A，恒壓過沖電壓為14.5V，浮充電流為0.5A，實驗以蓄電池技術作為條件，以14.5V作為蓄電池的充電依據開展相關操作。如果蓄電池充電電壓超過14.5V，就要判斷充電期間內蓄電池的充電電流是否大于0.5A，根據充電電流選擇合適的充電方式，常見的充電方式主要范圍兩種：一種為充電電流大于0.5A，蓄電池就要以14.5V電壓進行恒壓充電，充電過程中并不需要跟蹤風機和太陽能電池的最大功率，操作人員只需要通過蓄電池的反饋電壓占比。另一種為充電電流小于0.5A，這時設定蓄電池的充電狀態為浮充，采用的浮充電壓為13.8V，這時不需要跟蹤風機和太陽能電池的最大功率。如果蓄電池充電電壓超過14.5V，采用恒流充電模式，蓄電池的充電電流為3A，這時蓄電池采用的充電方式分為兩種：一種為蓄電池的充電電流大于3A，操作人員不需要跟蹤充電系統的最大功率，只需要調節充電電流的開關管占比即可，當蓄電池的充電電流等于3A時，蓄電池處于恒流充電狀態。當蓄電池的充電電流小于3A時，需要跟蹤太陽能光伏電池和風機的功率點。蓄電池充電過程中，電池內部的電解液溫度始終處于上升狀態，在這個過程中蓄電池的電壓門檻值也會隨之出現較大變化，要想延長電池的使用壽命，要做好溫度補充工作，常見的溫度補充措施為浮充電壓和過充電壓。

二、新型蓄電池控制系統的主電路結構

風力發電機充電過程中需要將交流電轉化為直流電，這時蓄電池內部的電容就處于穩定狀態，并且還要應用Buck電路進行降壓處理，處理完成之后才能給蓄電池充電，采用太陽能充電期間，電池板的正、負極需要連接蓄電池的SN、SP端，經過Buck電路進行充電。充電時二極管能夠有效地保護蓄電池，保障風力發電的直流橋直流測電壓能夠傳輸到太陽能電池板上，將蓄電池電壓施加太陽能電池板上，蓄電池充電時開關始終處于常開狀態，直流側電壓始終高于蓄電池規定電壓。當整流橋直流側電壓高于蓄電池過充電壓時，系統控制單元產生觸發脈沖信號，驅動開關使之開通，將卸荷電阻接人電路中，消耗多余的能量。

三、實驗結果與分析

在做蓄電池充電實驗時，使用的蓄電池為賽達電池FM12-65，其額定電壓為12V，額定容量為65AH。由于所選蓄電池的容量較大，完成一次完整的蓄電池充電過程需要時間較長，不容易采集實驗數據。因此本文在對風力發電部分進行三段式充電實驗測試時，風力發電機使用三相調壓器代替。將380V三相交流電經過降壓整流后給蓄電池充電，實驗中對過充電壓和浮充電壓的設定為25C，恒壓轉折點電壓設定為14.5V，限流電流設定為6A，進入浮充階段的轉折電流為設定1.6A，蓄電池充電初始電壓為10.8V，期間驅動信號上升沿和下降沿很陡，MOSFET可以迅速開通和關斷，實驗過程中驅動芯片TLP250在長時間工作時發熱效果也不明顯，這說明TLP250完全滿足放大驅動信號的要求。蓄電池充電時檢測到的電壓為2.88V，是蓄電池電壓經分壓后的電壓，蓄電池實際電壓Uamn≈2.88Vx5=14.4V;蓄電池充電時檢測到的電流波形，圖中的3.03V為與蓄電池串聯的0.05Q精密電阻的兩端電壓放大10倍得到的，3.03V實際上代表蓄電池充電電流1c≈n3.03A=6.06A0.05x10由圖中的波形可知，蓄電池充電過程中，充電電壓和充電電流波形穩定，達到預期目標。

上述文章分析了蓄電池充電期間的問題及原因，并且據此改進了充電器的主電路結構，優化了控制方案。設計了一種新型的可對鉛酸蓄電池實現風光互補系統充電的方案，實現蓄電池組的并聯均衡充電，從而避免了充電過程中產生的不均衡對蓄電池造成的傷害，提高了蓄電池組的充電效率，有效地保護了電池，并且延長了電池組的使用壽命。在風光互補發電系統中，蓄電池充電控制方法的優劣是影響蓄電池使用壽命的一個重要因素，這就要求有一個合理的充電控制策略。本文的充電控制策略是根據蓄電池充電電壓、電流采樣值分別與蓄電池事先設定好恒壓過充電壓、恒流充電限流值和浮充電流值進行實時比較，來采取合理的充電方式，對蓄電池起到盡可能地保護。實驗驗證了該充電控制策略的可行性，具有較為廣泛地應用價值。

四、總結

蓄電池采用的充電方式一般為三段式充電、恒電壓充電等，這些充電方式應用過程中都會受到各種因素的限制，為了提升蓄電池的充電速度、降低蓄電池的能耗、延長蓄電池的壽命，必須采用新型蓄電池充電控制策略，運用風光互補發電系統給蓄電池充電，保障蓄電池內部的充電電流與電壓始終維持在恒定狀態，真正地實現蓄電池恒流充電。

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