浅谈光伏系统中蓄电池充放电技术

浅谈 光伏系统中蓄电池充放电技术

潘红娜

江西工程学院

摘 要 ：随着环境污染和资源短缺问题的日趋严重，可再生能源的发展特别是光伏发电备受人们的关注。光伏发电系统主要包括太阳能电池板、微网系统控制器、储能设备、负载及公共电网。储能设备是光伏发电系统不可缺少的部件之一。

关键词：光伏电池；蓄电池；充放电技术;

一 引言

伴随传统能源的短缺，新能源成为一种新的趋势，其中光伏发电逐渐成为了一种合理利用太阳能的重要方式^[1-2]。 但由于太阳能的随机间断性，光伏系统要实现能量供需平衡^[3]，需要采用必要的储能设备^[4-5]。 蓄电池作为一种具有较高效率的能源转换装置，常常被用来做光伏系统储能设备^[6]。从蓄电池的角度看，温度过充电，过放电，长期处于低荷电状态SOC等，都对其使用寿命以及能源利用率有影响^[7-8]。因此为减少不必要的损伤，需要采取合适的充放电方式。

二 光伏系统结构

光伏电池组件、蓄电池、功率变换器、控制器是独立光伏系统的主要组成部分，如图 1 所示。

光伏发电系统通过公共连接点并联储能系统的升压斩波电路 ，共 同作用于逆变侧直流端，从而实现直流端输出电压的稳定。

基于储能的光伏发电系统主要工作原理为：光伏列阵可以通过进 行最大功率跟踪算法来实现最大功率输出， 通过 DC/DC 升压斩波以及 DC/AC 逆变来实现光伏发电系统的功率输出；储能系统经过DC/DC 双向斩波电路与 DC/AC 逆变器公共连接点与光伏发电系统并联。有效控制蓄电池进行充电放电，与光伏阵列协调工作 ，使得系统负载可以 稳定运行。

三 蓄池的充放电技术

蓄电池的使用寿命受多种因素影响，如果电池寿命低于单体平 均寿命的一半以下 ，可以推断都是由于使用技术不当造成的 ，首要 原因当推过充和过放导致单体电池提前失效 。

1. 蓄电池的充电过程

1 . 1 充 电

目前充电主要是限压限流法，初期恒流( C C )充电，电池接受能力最强，主要为吸热反应，但温度过低时，材料活性降低，可能提 前进入恒流阶段，因此在北方冬天低温时，充电前把电池预热可以改 善充电效果。随着充电过程不断进行，极化作用加强，温升加剧，伴 随析气，电极过电位增高，电压上升，当荷电达到约70~80%时，电压达到最高充电限制电压，转入恒压( C V )阶段。理论上并不存在客观的过充电压阈值，若理解为析气，升温就意味着过充，则在恒流 阶段末期总是发生不同程度的过充，温升达到 4 0 ~ 5 0 摄氏度，壳体形变容易感测，部分逸出气体还可以复合，另一些就作为不可逆 反应的结果，损失了容量，这可以看作电流强度超出电池接受能力 。 在恒压阶段，有称涓流充电 ， 大约花费3 0 %的时间充入1 0 %的电量，电流强度减小，温升不再增加，并反方向变化 。

1 . 2 过 充 电

过充电时 ，若在恒流阶段发生，由于电流强度大，电压、温升 、内压持续升高，若继续过充，气阀打开、温升继续升高，不可逆反应 加剧 。恒压阶段，电流强度较小，过充症状不如恒流阶段显著。只要温升、内压过高，就伴随副反应，电池容量就会减少，而副反应具有惯性，发展到一定程度，可能在充电中也可能在充电结束后的短时间里使电池内部物质燃烧，导致电池报废。过充电加速电池容量衰减 导致电池失效，百害而无一利 。

三 蓄电池的放电过程

3 . 1 放 电

导线电阻和触点电阻，电压继续下降，经过一段时间以后，到达 新的电化学平衡，进入放电平台期，电压变化不明显，放热反应加电 阻释热使电池温升较高。放电电压曲线近似单体放电曲线，持续放电，电压曲线进入马尾下降阶段，极化阻抗增大，输出效率降低，热耗增 大，接近终止电压时停止放电 。

3 . 2 过 放 电

考虑组内单体电池，必有相对的过放电情况。在放电后期，电压接近马尾曲线组中单体容量正态分布，电压分布很复杂，容量最小的 单体电压跌落得也就最快，若这时其它电池电压降低不是很明显，小 容量单体电压跌落情况被掩盖，已经被过度放电。观察单体过放情 况 ，进入马尾曲线以后，若电流持续较大，电压迅速降低，并很快反 向 ，这时电池被反方向充电，或称被动放电 ，活性物质结构被破坏 ，另一种副反应很快发生，过一段时间，电池活性材料接近全部丧失 ， 等效为一个无源电阻，电压为负值，数值上等于反充电流在等效电阻 上产生的压降，停止放电后，原电池电动势消失，电压不能恢复，因此，一次反充电足以使电池报废 。

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