混合儲能的獨立光伏系統(tǒng)充電控制研究
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3 充電控制方案
如果光伏電池的輸出功率大于負載吸收的功率，則在滿足負載的同時，總是先利用多余的電能將蓄電池充滿，之后再考慮對超級電容進行充電；如果光伏電池的輸出功率小于負載吸收的功率，則優(yōu)先由超級電容輔助供電，只有在超級電容的電量低于某個值后，蓄電池才接入系統(tǒng)開始供電。歸納起來，系統(tǒng)共有以下6種運行模式：
模式1 光伏電池輸出功率大于負載功率，蓄電池和超級電容的電量接近100％。此時斷開蓄電池，由光伏電池直接向負載供電；超級電容接入電路，以提高系統(tǒng)峰值功率，減小輸出電流脈動。
模式2 光伏電池的輸出功率大于負載功率，蓄電池的電量接近100％，超級電容的電量不滿。此時光伏電池向負載供電的同時為超級電容充電，蓄電池保持斷開。
模式3 光伏電池的輸出功率大于負載功率，蓄電池和超級電容均未充滿。此時，秉著蓄電池先充后放的原則，光伏電池向負載供電的同時為蓄電池充電，斷開超級電容以盡快使蓄電池達到滿電狀態(tài)。待蓄電池充滿后系統(tǒng)自動進入模式2。
模式4 光伏電池的輸出功率小于負載功率，超級電容的電量高于閾值(此處設置為25％)。此時由光伏電池和超級電容共同向負載供電，蓄電池保持斷開。
模式5 光伏電池輸出功率小于負載功率，超級電容的電量低于閾值，蓄電池的電量高于閾值(此處設置為30％)。此時蓄電池接入電路，由光伏電池、超級電容和蓄電池共同為負載供電。
模式6 光伏電池輸出功率小于負載功率，蓄電池的電量低于閾值。此時系統(tǒng)無法為負載提供足夠的功率，需斷開負載以保護蓄電池和負載，防止系統(tǒng)工作異常。
理論上系統(tǒng)還存在著其他運行狀態(tài)，如光伏電池輸出功率小于負載功率，超級電容的電量高于25％，而蓄電池電量低于30％的情況。這些狀態(tài)在系統(tǒng)正常運行時不會出現(xiàn)，在此不再單獨列出。但在系統(tǒng)控制設計時需將所有理論上可能出現(xiàn)的狀態(tài)加以考慮，以保證系統(tǒng)在進入異常狀態(tài)后能自動回到6種正常的工作模式下運行。
4 充電模式
由上述分析可知，在同一時刻，系統(tǒng)只會對蓄電池和超級電容中的一個進行充電。因此在充電控制時可充分考慮兩種儲能器件各自的性能特點，分別使用不同的充電方式且不會相互影響，從而提高系統(tǒng)的充電效率。
4．1 蓄電池
蓄電池的充電方式直接影響系統(tǒng)效率以及蓄電池本身的使用壽命，目前常用的充電方式主要有恒流充電、恒壓充電、階段充電和脈沖式充電等。他們都有各自的特點和適用范圍。此處采用的是應用較廣泛的階段式充電法。
以12 V，1．5 Ah蓄電池充電過程為例，其充電過程如圖3所示。本文引用地址：http://butianyuan.cn/article/168376.htm
充電初期，蓄電池一般處于低荷電狀態(tài)，若直接使用恒壓充電，充電電流高達40 A以上，容易造成蓄電池極板彎曲，以及極板上活性物質(zhì)脫落，進而縮短電池的壽命。因此應首先采用恒流充電方式，以限制系統(tǒng)的充電電流。在蓄電池儲存了一定電量，電動勢有所升高后，系統(tǒng)將充電電壓穩(wěn)定在14．1 V，進入恒壓充電的第2階段。恒壓充電方式的充電過程更接近蓄電池的最佳充電曲線，既擁有較高的充電速率，又不損害蓄電池的容量和壽命。與此同時，保持電壓恒定還可避免蓄電池在充電末期因內(nèi)阻升高產(chǎn)生高電壓，從而減少析氣的發(fā)生。在蓄電池達到指定電壓后，系統(tǒng)會進入第3階段，對蓄電池施加一個略高于額定值的電壓，以很小的電流對蓄電池進行浮充電，用于彌補蓄電池自放電造成的電量損失。
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