摘
要
,
将 脉 冲 倍 压 理 论 运 用 于 太 阳 能 光伏 系 统 的 蓄 电 池 充 电 技 术 中
,
,
通过
。
软 件 的仿 真 关键词
显 示 了这 种 充 电 技 术 的 运 用 可 以 在 不 损 失 太 阳 电 能 的前 提 下 避 免传 统 电 池 充 电 方 法
中存 在 的较 严 重 的极 化 现 象
光 伏 系统
并 可 提 高 蓄 电池 的寿 命 和 充 电效 率 充 电效 率
。
脉 冲倍 压
引言
在 太 阳 能 光伏 系 统 中 法
, ,
但 这 种 方 式 仅 仅 是 针 对 延 长 电池 工 作 寿 命 的措 施 在太 阳 能 光伏 系 统 中 太 阳 能 电池 对 铅 酸 蓄 电
、
。
,
需 考 虑 的 问 题 除 了 电池 的工
。
作 寿命
,
还要 考 虑 太 阳 能 的转换 效 率
,
由于 传统 的
”
池 的充 电 电 流 通 常 是 非 恒 流 由 于 没 有 去极 化 措 施
,
非恒 压 的 随机 充 电
,
脉 冲充 电法是 采 用 斩 波原 理
的周期 中
,
在
”
“
充一 停 一 放 一 停
,
,
充 电 过 程 中存 在 较 严 重 如析气
,
、
在
“
停一 放 一 停
,
期间
太 阳能光伏 系
。
的极 化 现 象
带 来 严 重 的负 面 效 果
,
、
温
统转换 的 电能被 闲 置
太 阳 能 的转换 效 率 降低
升 命
、
极 板 活性 物质 脱落等 增 加使用 成 本
。
,
这些 因 素折损 蓄 电池 寿 影 响 了太 阳
、
降低 了 充 电效 率
脉 冲 倍 压 式 铅 酸 蓄 电池 充 电 法 的 原 理
太 阳能 光 电池 组 是 由 电池 通 过 串联 和 并 联 组 成
照 度 的影 响
,
,
电能 的推 广 应 用 果 的方 法 之 一
脉 冲 充 电方 式 是 解 决 上 述 负 面 效
。
的单 位 源 太 阳 能 光
可 以 得 到 在 额 定 电压 下
。
可 是 斩 波 方 式 形 成 的脉 冲将 是 以 损
失 太 阳 能光 伏 系统 电 能 为代 价 的 负面影响
,
如何才能既解决
,
不 同输 出功 率 的太 阳 能 光 电池 组 件
由于 受 太 阳 光
,
太 阳 能 光 伏 系统 中对 铅 酸 蓄 电池 随机 充 电法 带 来 的
又 不 以 损 失 太 阳 电能 为 代 价
通 常 只 有 在 正 午 时 达 到 额 定 电压
,
而
采用脉冲
。
在 清晨 和 黄 昏时 太 阳 能 光 电 池 组 件 的 输 出 电压 是 按
一 定 的规 律 递 减 的
表
太 阳 电池 主 件 实验地 点 时间
电压
型号
倍 压 式 铅 酸 蓄 电池 充 电法 可 以 得 到理 想 的效 果
如表
年
月
所示
。
传 统 铅 酸 蓄 电池 充 电法 在 太 阳 能 光 伏 系 统
运 用 中存 在 的 问 题
充 电过 程 对 蓄 电池 循 环 工 作 性 能 产 生 影 响 是 众 所周知 的
。
日 实 侧 数 据 曲线
电 能转 换 实 验 数 据
四 川 成 都 西 华 大学 第二 教 学 楼顶
如 果 电池 长 期 处 于 欠 充状 态
, ,
,
即 活性 物
质不 能得到全部 的反应 那 么将会导致 一部分 由于 长 期 不 能 参 与 反 应 去反 应 能 力
,
而发生钝化甚 至 失
。
时间
电压
造 成 电池 工 作 容 量 减 小
,
另一 方面
,
如 果 电池 在 充 电过 程 中经 常 发 生 过 充 电池 内 部 大 量 析 气 活性 物 质 脱 落 板 的破 损
,
这样会 造 成 电
, ,
按 常规方式 充 电时
而 在 清 晨 和 黄 昏时
,
,
正 午 时是 近似恒 压式 的充
、
产 生 大量热 量
,
还 有极板 表面
,
由 于 太 阳 能 光 电池 组 的输
、
金 属 板 栅 或 集 流 体 的腐蚀
。
甚 至极
,
出电 压 下 降 时
,
当输 出 电 压 小 于 铅 酸 蓄 电池
。
这 些 都 会 对 电池 造 成 恶 劣 的影 响
,
加速
充 电过程 将 停 止
,
为 了 减 小 恒 压 式 的 充 电对 铅
。
其老化
,
缩 短 电池 的工 作 寿命
“
酸蓄 电池 的 损 害 在 通 常情 况 下 采用
”
应 采 用 脉 冲式 充 电
,
但 脉 冲式 充
。
为 了延 长 电池 的 工 作 寿 命 脉 冲充 电法 的
相似
,
电的间 隙期 和 太 阳 能 光 电池 组 输 出 电压 小 于 铅 酸 蓄 电池 的时 期
充一 停 一 放一 停
“
的循 环 方 式
”
,
这
。
转换 的太 阳 能 将 白 白损 失
和 消 除极 板 硫 化 的 传 统 方 法
反 复 充 放 电法
十分
脉 冲倍 压 式 铅 酸 蓄 电池 充 电方 法 的基 本 思 想 就
是 既 不 损 失 脉 冲 式 充 电 的 间 隙期 和 太 阳 能 光 电池 组
是 消 除 铅 酸 蓄 电 池 极 板 的硫 化 的 有 效 措 施
一
一
1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.
http://www.cnki.net
脉 冲倍 压 理 论 在 光 伏 系 统 铅 酸 蓄 电 池 充 电 中 的 应 用
《电 气 应 用 》
,
年第
卷第
期
输 出 电压 小 于 铅 酸 蓄 电池
的 时期 的太 阳 能
。
的 电路 后 实 现 的
。
又 可 采 用 脉 冲 充 电法 来 延 长 电 池 的工 作 寿 命
脉 冲倍压 式 铅 酸 蓄 电池充 电法 采 用 的基 本 原 理 是
控制 电路
升 压 斩波 原理
,
其 电原 理 图及工 作波 形 如 图
所示
。
卿…
二
令
『
厄 土
下 二
习
太阳能 电池
升压 斩波 工 作 波 形
匕一一上二二二二二 生士上一
图
口
图
升 压 斩波 电原 理 图及 工 作波形
,
分析 时 效应 管
载
设 电路 中 的
,
值和
电源 同时 电容
,
值很 大
向 电感
,
当场 充电
,
脉 冲倍 压 式 铅 酸 蓄 电 池 充 电 电 路
处 于导通态时
,
脉 冲倍 压 式 铅 酸 蓄 电 池 充 电 电 路 中起 开 关 作 用 的场 效 应 管 由单 片 机 控 制
,
,
充 电 电流基 本 恒 定 为
的 电压 向负
经 过 实验 的开 关 周
供电
,
因 电容
。 。
值很大
基 本 保 持 了输 出 电
,
期参数被 编人程序 间 占 空 比 的调 节
,
实 现 对 开 关 时 间周 期 和 导 通 时
压值 恒 定 为 在 此 期 间 电感
于断开态时
,
设
处于导通态的时间为
。 。
以 达 到没 有 太 阳能 损 耗 的倍 压 脉
上 积 蓄的能量 为 电源
和 电感
当
处
冲充 电
。
上 的能量 一起 向 电
。
脉 冲 倍 压 式 铅 酸 蓄 电池 充 电 电路 的仿真
脉 冲倍 压 式 铅 酸 蓄 电池 充 电 电 路 的 仿 真 是 建 立
在 脉 冲式 电池 充 电方 法 是 消 除 铅 酸 蓄 电池 极 板 的硫 化的有效 措施
,
容
。
充 电 并 向负 载
。
提供能量
设
处 于断开态 释放 的能量 为
,
的时 间 为
一
。,
。
则 在 此 期 间 电感
“
。
当 电路 工 作 达 平 衡 态 时
在一个
,
周期 即
中 电感
积 蓄 的 能 量 和 释 放 的 能量 相 等
可 以 延 长 电池 工 作 寿命
。 ’〕
这里
的 仿 真 仅 局 限 于 脉 冲倍 压 式 铅 酸 蓄 电池 充 电方 法 在 太 阳 能 光 伏 系 统 中应 用 可 以 不 损 失 太 阳 能 转 换 效 率 的论 证
。
。。
二
。
一
化 简得
。
图
些 兰 竺三卫丝
。
所示 为
,
太 阳 能 电池 对 铅 酸 蓄 电池 充
,
二
工
,
电 的 仿 真 放 大 后 的充 电动 态 波 形 为 导 通 时 间 占空 比 为
。
,
其中
时
, ,
,
脉 冲周 期
电感 值 取
式
。
中的
,
八
。
为 导 通 时 间 占空 比
横 线 为 太 阳 能 电池 输 出 电压
脉 冲 波 为倍
也可 称 为 升 压 系 数 的大 小
。
调 节 其 大 小 可 改 变 输 出 电压
二
压 斩 波后 的波 形
当
时
忍
。
仿 真 结 果 波 形 揭 示 了两 个 结 论 波形在启动后
后趋 于稳定状态
。
, ,
。
成 为 倍 压 斩 波 脉 冲 源 电路
脉 冲波 的 幅 值 趋 于 两 倍 太 阳 能 电池 输 出 电压 由于 在 相 同 的 负 载 条 件 下 一倍
。
,
以 上是通过理 论 上 的分 析 表 明 脉 冲倍 压 电 路 在 脉
电压 提 升 接 近
冲 间隙时 期 的 电能并不 会损 失 存储 在 脉 冲期 释 放
现
,
而 是 通 过 电感 器 件 的 的大小
。
在 一 个 周期 中
,
对 电池 充 电 的 电 能 为恒 压 充
。
但 是 否 一 定 是 以 电压 的 形 式 体
电方 式 对 电 池 充 电 的 电 能 为
儿 脉 冲倍 压 方 式
。
则要根据 脉 冲倍 压 电源 的 内 阻 和 负 载
。
对 电池 充 电 的 电能 为
为 太 阳 能 电池 输 出 电压 的充 电 电 流 见节
、
其中
,
而定
这里想 说 明的是 能量没 有 因为 斩 波 而 损 失
为 电源 为 占空 比 为
向 电感 的脉 冲
脉 冲倍 压 式 铅 酸 蓄 电池 充 电 法 的 硬 件 实 现
脉 冲倍 压 式 铅 酸 蓄 电 池 充 电 电 路 是 在 微 功 耗 太
阳跟 踪 装 置 的 控 制 电 路
」 础上增加 基
波周期
量相等
。
两 种 充 电方 式 在 相 同 时 间 内对 电池 充 电 的 电 能
。
了如 图
所示
1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.
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《电 气 应 用 》
年第
卷第
期
脉 冲倍 压 理 论在 光 伏 系 统 铅 酸 蓄 电池 充 电 中 的 应 用
光 伏 系统 的 使 用 成 本 降 低 积极 的 意 义
。
,
对 太 阳 能 的推广 应 用 有
参考文 献
【 郭亮
,
电动 车用 蓄 电 池 充 电技 术 的进 展
电池
,
【
王秋虹
,
李龙 黄俊
,
金莉萍
,
等
脉 冲充 电 对 铅 酸 蓄 电
,
,
池 硫 酸 盐 化 的影 响
电源技术
〔 」 王 兆安
图
,
电 力 电子 技 术 【 〕
,
版
北京
机 械工业 出版社
脉 冲倍 压 式 充 电 电 路 的 仿 真 和 放 大 的 仿 真 波 形 图
【
杨 景常
,
杨燕翔
,
杨 晓龙
,
等
采用 微 功耗控 制器 太 阳能学报
,
,
结束 语
从 前 面 的理 论 分 析 和 仿 真结 果 可 以 看 出
,
提 高太 阳 能 光 伏 效 率 的 研 究
采用
,
脉 冲倍 压 技术 对 蓄 电池 充 电 有 以 下 优 点
可 以 在 不 损 失 太 阳 能 转 换 效 率 的前 提 下
实 现 延 长 铅 酸 蓄 电池 工 作 寿命
在 太 阳能光伏 系统 中
。
梦
,
在 每天 清晨和傍 晚
,
太 阳 能 电池 入 射 太 阳 能 不 足 的 情 况 下
太 阳 能 电池
。
输 出 电压 相 对 低
,
此 时 的 充 电过 程 是 停 止 的
, ,
采用
,
肠 。,
户
目
脉 冲 倍 压 式 铅 酸 蓄 电池 充 电方 法 后 利用 率进 一 步得 到提高
。
经 过倍压
每
天 对 蓄 电池 充 电 的 有 效 时 间得 到 延 长
使太 阳能 的
一
助
在 太 阳 能 光 伏 系统 中 增 加 脉 冲倍 压 式 铅 酸
山
, 。
蓄 电池 充 电 电 路 所 投 人 的成 本 很 低
,
但 它 延 长 电池
。
工 作 寿 命 并 进 一 步提 高 太 阳 能 的 利 用 率
使 太 阳能
收 稿 日期
一
一
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北京
机 械 工 业 出 版社
,
不平衡度 为
左右
。
结束语
采用低通 滤 波 器 积分器
,
肋
加 上 比较 器
,
。 】盯
代 替 运 放来 产 生 电 流 信 号
格
,
能 使 电路 工 作 十 分 稳 定
。
这种新 的均 流 技 术 对 均 分 回 路 的增 益 要 求 不 很 严
因此
,
有 很 广 的应 用 前 景
