一种新型蓄电池充电控制策略研究

申有祥 牟文波 鹿瑶

摘要：作为人们日常生活中经常会用到的物品，蓄电池能够在将化学能转化为电能，采用的充电方式为内部活性物质再生，在发电系统中起着非常重要的作用。因此，相关部门要制定新型蓄电池充电控制策略，做好蓄电池保护工作，以期能够延长蓄电池的使用寿命。本文就新型蓄电池充电控制策略进行研究，满足人们对蓄电池性能的需求。

关键词：蓄电池;充电电流;充电电压

为了更好地满足人们对电能资源的需求，相关部门要充分利用风能资源与太阳能资源的互补性，创新蓄电池充电控制策略，这种方式能够有效提升蓄电池供电的可靠性，延长蓄电池的使用时间，提升蓄电池的使用性能。

一、蓄电池控制新策略

新型蓄电池充电控制策略能够有效提升蓄电池的充电效率，将独立的光电系统与风电系统结合在一起，高效补充蓄电池内部的电能。另外，风光互补发电系统需要使用控制器，以便跟踪风电互补系统的最大功率，相较于传统的充电方式而言，风险互补发电系统并不需要实时调节变换器开关管的占比，能够运用控制器调节输出的电流和电压，避免蓄电池出现负载运行问题，保障蓄电池内部电流和电压始终处于恒定状态。传统的充电方式无法保障蓄电池内部电流和电压的恒定性，导致蓄电池处于负载运行状态，并且传统充电方式的充电时间较长，充电过程会消耗一定量的电能，充电初期电流较大，使得充电控制器较为容易出现损伤，随着充电时间的延长，蓄电池的寿命也会随之缩短。

新型蓄电池控制策略采用风光互补系统，以12V铅酸蓄电池为例进行实验，蓄电池充电期间设定恒流充电流值为3A，恒压过冲电压为14.5V，浮充电流为0.5A，实验以蓄电池技术作为条件，以14.5V作为蓄电池的充电依据开展相关操作。如果蓄电池充电电压超过14.5V，就要判断充电期间内蓄电池的充电电流是否大于0.5A，根据充电电流选择合适的充电方式，常见的充电方式主要范围两种：一种为充电电流大于0.5A，蓄电池就要以14.5V电压进行恒压充电，充电过程中并不需要跟踪风机和太阳能电池的最大功率，操作人员只需要通过蓄电池的反馈电压占比。另一种为充电电流小于0.5A，这时设定蓄电池的充电状态为浮充，采用的浮充电压为13.8V，这时不需要跟踪风机和太阳能电池的最大功率。如果蓄电池充电电压超过14.5V，采用恒流充电模式，蓄电池的充电电流为3A，这时蓄电池采用的充电方式分为两种：一种为蓄电池的充电电流大于3A，操作人员不需要跟踪充电系统的最大功率，只需要调节充电电流的开关管占比即可，当蓄电池的充电电流等于3A时，蓄电池处于恒流充电状态。当蓄电池的充电电流小于3A时，需要跟踪太阳能光伏电池和风机的功率点。蓄电池充电过程中，电池内部的电解液温度始终处于上升状态，在这个过程中蓄电池的电压门槛值也会随之出现较大变化，要想延长电池的使用寿命，要做好温度补充工作，常见的温度补充措施为浮充电压和过充电压。

二、新型蓄电池控制系统的主电路结构

风力发电机充电过程中需要将交流电转化为直流电，这时蓄电池内部的电容就处于稳定状态，并且还要应用Buck电路进行降压处理，处理完成之后才能给蓄电池充电，采用太阳能充电期间，电池板的正、负极需要连接蓄电池的SN、SP端，经过Buck电路进行充电。充电时二极管能够有效地保护蓄电池，保障风力发电的直流桥直流测电压能够传输到太阳能电池板上，将蓄电池电压施加太阳能电池板上，蓄电池充电时开关始终处于常开状态，直流侧电压始终高于蓄电池规定电压。当整流桥直流侧电压高于蓄电池过充电压时，系统控制单元产生触发脉冲信号，驱动开关使之开通，将卸荷电阻接人电路中，消耗多余的能量。

三、实验结果与分析

在做蓄电池充电实验时，使用的蓄电池为赛达电池FM12-65，其额定电压为12V，额定容量为65AH。由于所选蓄电池的容量较大，完成一次完整的蓄电池充电过程需要时间较长，不容易采集实验数据。因此本文在对风力发电部分进行三段式充电实验测试时，风力发电机使用三相调压器代替。将380V三相交流电经过降压整流后给蓄电池充电，实验中对过充电压和浮充电压的设定为25C，恒压转折点电压设定为14.5V，限流电流设定为6A，进入浮充阶段的转折电流为设定1.6A，蓄电池充电初始电压为10.8V，期间驱动信号上升沿和下降沿很陡，MOSFET可以迅速开通和关断，实验过程中驱动芯片TLP250在长时间工作时发热效果也不明显，这说明TLP250完全满足放大驱动信号的要求。蓄电池充电时检测到的电压为2.88V，是蓄电池电压经分压后的电压，蓄电池实际电压Uamn≈2.88Vx5=14.4V;蓄電池充电时检测到的电流波形，图中的3.03V为与蓄电池串联的0.05Q精密电阻的两端电压放大10倍得到的，3.03V实际上代表蓄电池充电电流1c≈n3.03A=6.06A0.05x10由图中的波形可知，蓄电池充电过程中，充电电压和充电电流波形稳定，达到预期目标。

上述文章分析了蓄电池充电期间的问题及原因，并且据此改进了充电器的主电路结构，优化了控制方案。设计了一种新型的可对铅酸蓄电池实现风光互补系统充电的方案，实现蓄电池组的并联均衡充电，从而避免了充电过程中产生的不均衡对蓄电池造成的伤害，提高了蓄电池组的充电效率，有效地保护了电池，并且延长了电池组的使用寿命。在风光互补发电系统中，蓄电池充电控制方法的优劣是影响蓄电池使用寿命的一个重要因素，这就要求有一个合理的充电控制策略。本文的充电控制策略是根据蓄电池充电电压、电流采样值分别与蓄电池事先设定好恒压过充电压、恒流充电限流值和浮充电流值进行实时比较，来采取合理的充电方式，对蓄电池起到尽可能地保护。实验验证了该充电控制策略的可行性，具有较为广泛地应用价值。

四、总结

蓄电池采用的充电方式一般为三段式充电、恒电压充电等，这些充电方式应用过程中都会受到各种因素的限制，为了提升蓄电池的充电速度、降低蓄电池的能耗、延长蓄电池的寿命，必须采用新型蓄电池充电控制策略，运用风光互补发电系统给蓄电池充电，保障蓄电池内部的充电电流与电压始终维持在恒定状态，真正地实现蓄电池恒流充电。

参考文献：

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