專利名稱：獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)的蓄電池充放電狀態(tài)檢測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)的蓄電池養(yǎng)護(hù)領(lǐng)域，特別地，涉及ー種獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)蓄電池的充放電狀態(tài)檢測方法。
背景技術(shù)：
通過太陽能電池將太陽輻射能直接轉(zhuǎn)換為電能的發(fā)電系統(tǒng)稱為太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)。光伏發(fā)電系統(tǒng)主要分為獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)和并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)兩種。在光伏發(fā)電系統(tǒng)中加入儲能設(shè)備，光照充足時(shí)將電能存儲起來，必要的時(shí)候釋放能量，可以解決發(fā)電與用電時(shí)間不一致的問題。儲能設(shè)備能有效地調(diào)節(jié)能量平衡，對系統(tǒng)能量管理、穩(wěn)定運(yùn)行以及提高系統(tǒng)的安全性、可靠性起著重要作用。常用的儲能設(shè)備主要有蓄電池和超級電容兩種。目前，獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)中普遍采用密封型的鉛酸蓄電池作為儲能·設(shè)備。充電技術(shù)對蓄電池的壽命影響非常顯著。鉛酸蓄電池一般都有一條可接受的理想充電電流曲線。由于受到自然資源的限制，蓄電池只有在日照時(shí)才能充電，即充電時(shí)間受到限制，不能按給定的充電規(guī)律對蓄電池進(jìn)行充電。影響蓄電池充電效率和壽命的主要因素是其充放電電流的大小和對蓄電池的過充。在實(shí)際光伏發(fā)電系統(tǒng)中，為實(shí)現(xiàn)蓄電池充電效果最佳，必須對充電過程進(jìn)行控制。充電控制包括很多方面，比如充電程度的判斷、充電各階段的自動轉(zhuǎn)換以及啟動、停止的控制等等。在蓄電池充電過程中，對充電程度的準(zhǔn)確判斷是保證蓄電池充電效率和使用壽命的前提。充、放電過程中，蓄電池的狀態(tài)一般分為以下幾種(I)全充狀態(tài)(Full charge)全充狀態(tài)是充電過程中的主要部分。此時(shí)，一般采用階段充電、變流間歇式充電或脈沖式充電等比較快速的充電模式。(2)浮充狀態(tài)(Float charge)蓄電池處于浮充狀態(tài)，表示此時(shí)蓄電池基本飽和，但為了補(bǔ)償蓄電池本身自放電所消耗的能量，由外接恒壓電源為其提供小電流繼續(xù)充電。實(shí)際應(yīng)用中，外接電源電壓僅略高于蓄電池飽和時(shí)的端電壓，這樣可以使蓄電池經(jīng)常保持在充電滿足狀態(tài)而不致于過充。某些系統(tǒng)中，為防止蓄電池過充電，在蓄電池容量達(dá)到80% 90%時(shí)，改為浮充模式進(jìn)行涓流充電，不僅有效地保護(hù)了蓄電池，還能防止充電不足的情況。為蓄電池提供浮充工作條件，對于延長蓄電池的壽命有著非常重要的作用。(3)過充狀態(tài)(Over charge)過充電指的是蓄電池充電過程中，在容量已達(dá)到飽和狀態(tài)后，仍繼續(xù)充電的情況。此時(shí)，如果充電電流過大，或充電時(shí)間過長，正極產(chǎn)生的氧氣來不及被消耗，就可能導(dǎo)致蓄電池內(nèi)壓升高、電池變形、漏液等情況，蓄電池的性能也會顯著降低。但是，對于獨(dú)立的光伏發(fā)電系統(tǒng)，電能主要來源于光伏電池組，倘若進(jìn)入梅雨季節(jié)或遇到其它持續(xù)的陰雨天氣，輸出的能量不足以為系統(tǒng)供電，會導(dǎo)致蓄電池長期處于欠充狀態(tài)，造成其內(nèi)部酸分層現(xiàn)象。為防止這種情況的出現(xiàn)，通常在光照資源充足的時(shí)候，利用光伏電池組產(chǎn)生的多余電能，對欠充蓄電池進(jìn)行5% 10%的過充處理。(4)過放狀態(tài)(Over discharge)過放電指的是蓄電池放電過程中，內(nèi)部儲存電量已釋放完畢，端電壓下降到終止電壓值，仍繼續(xù)放電的情況。過放電會使蓄電池內(nèi)壓升高，正、負(fù)極板的活性物質(zhì)受到破壞，如果損壞嚴(yán)重，即使對蓄電池再次充電，其容量也只能恢復(fù)一部分，相對于額定容量會有明顯的衰減。獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)中蓄電池充放電狀態(tài)檢測困難。傳統(tǒng)的蓄電池的檢測方法是基于蓄電池端電壓、溫度及其變化判斷蓄電池應(yīng)處于的充放電狀態(tài)，由于中午光強(qiáng)較大或云彩遮擋致使光強(qiáng)驟增、驟減等原因，這種方法可能造成對蓄電池充放電狀態(tài)的誤判斷。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于提供ー種判斷準(zhǔn)確、可顯著延長蓄電池使用壽命的通過電量計(jì)量··實(shí)現(xiàn)的獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)的蓄電池的充放電狀態(tài)檢測方法，以解決現(xiàn)有的獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)在中午光強(qiáng)較大或云彩遮擋致使光強(qiáng)驟增、驟減的情況下易產(chǎn)生的蓄電池的充放電狀態(tài)的誤判的技術(shù)問題。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了ー種獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)的蓄電池充放電狀態(tài)檢測方法，包括以下步驟(I)記錄獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)的蓄電池的初始儲電量Qtl ;(2)對所述蓄電池的端電壓和電流進(jìn)行采樣，以獲得端電壓U和電流I ;(3)根據(jù)所述端電壓U和所述電流I、以及所述蓄電池的初始儲電量Q。，計(jì)算出所述蓄電池的實(shí)時(shí)儲電量Q占最大儲電量Qm的比例r ；(4)根據(jù)比例r的大小判斷所述蓄電池的充放電狀態(tài)。作為本發(fā)明的進(jìn)ー步改進(jìn)，所述比例r的計(jì)算公式為r = QiOr,,(I)其中，t為放電時(shí)長，所述t在所述蓄電池處于過充狀態(tài)時(shí)清O。進(jìn)行所述步驟(I)之前，將所述蓄電池充滿，在所述初始儲電量Qtl與所述最大儲電量Qm相等的情況下，所述比例r的計(jì)算公式為
I rfr = i —フ"/c"'ハ
Q0 J0所述步驟(4)包括如下步驟(401)當(dāng)r〈5%時(shí)，判定所述蓄電池處于過放狀態(tài)；(402)當(dāng)5%彡r<85%時(shí)，判定所述蓄電池處于全充狀態(tài)；(403)當(dāng)85%彡r彡100%時(shí)，判定所述蓄電池處于浮充狀態(tài)；(404)當(dāng)r>100%吋，判定所述蓄電池處于過充狀態(tài)。所述步驟(404)完成后，根據(jù)用戶設(shè)定允許過充開關(guān)判斷所述蓄電池是否允許過充，當(dāng)所述允許過充開關(guān)斷開時(shí)，所述蓄電池不允許過充，則當(dāng)r>100%時(shí)停止給蓄電池充電；當(dāng)所述允許過充開關(guān)閉合時(shí)，所述蓄電池允許過充，進(jìn)行步驟(405)當(dāng)r>110%時(shí)，停止給所述蓄電池充電。所述步驟(401)中，當(dāng)r〈5%時(shí),所述方法還包括步驟a.判斷所述端電壓U是否低于過放電壓閾值；b.判斷所述端電壓U是否下降；c.采樣蓄電池溫度并判斷溫度變化差是否大于過放溫變閥值；若所述步驟a、步驟b和步驟c的判斷結(jié)果均為是，則判定所述蓄電池處于過放狀態(tài)。
·
所述步驟(404)中，當(dāng)r>100%時(shí),所述方法還包括步驟·d.判斷所述端電壓U是否大于過充電壓閾值；e.采樣蓄電池溫度并判斷溫度變化差是否大于過充溫變閥值；若所述步驟d和步驟e的判斷結(jié)果均為是，則判定所述蓄電池處于過充狀態(tài)。在進(jìn)行所述步驟(I)之前，設(shè)置累加標(biāo)記，其中，在所述步驟(401)中，當(dāng)判定蓄電池處于過放狀態(tài)后，將累加標(biāo)記置為0 ;在所述步驟(402)中，當(dāng)判定蓄電池處于全充狀態(tài)后，將累加標(biāo)記置為0 ;在所述步驟(403)中，當(dāng)判定蓄電池處于浮充狀態(tài)后，將累加標(biāo)記置為0 ;在所述步驟(404)中，當(dāng)判定蓄電池處于過充狀態(tài)后，將累加標(biāo)記置為1，井清空
所述數(shù)值積分累加值!^ル〃。本發(fā)明具有以下有益效果I、本發(fā)明的獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)的蓄電池充放電狀態(tài)檢測方法，采用累加放電量的方式判斷蓄電池的充放電狀態(tài)，判斷準(zhǔn)確，可避免由于現(xiàn)有的獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)在中午光強(qiáng)較大或云彩遮擋致使光強(qiáng)驟增、驟減的情況下產(chǎn)生的蓄電池的充放電狀態(tài)的誤判，可減少過充和過放對蓄電池的損害，延長蓄電池的使用壽命。除了上面所描述的目的、特征和優(yōu)點(diǎn)之外，本發(fā)明還有其它的目的、特征和優(yōu)點(diǎn)。下面將參照圖，對本發(fā)明作進(jìn)ー步詳細(xì)的說明。


構(gòu)成本申請的一部分的附圖用來提供對本發(fā)明的進(jìn)ー步理解，本發(fā)明的示意性實(shí)施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的不當(dāng)限定。在附圖中圖I是本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的采樣電路的原理示意圖；圖2是本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的蓄電池充放電狀態(tài)檢測方法的流程示意圖；圖3是本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的蓄電池充放電狀態(tài)判斷的流程示意圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說明，但是本發(fā)明可以由權(quán)利要求限定和覆蓋的多種不同方式實(shí)施。如圖2、圖3所示，本發(fā)明的獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)的蓄電池充放電狀態(tài)檢測方法，包括以下步驟(I)記錄獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)的蓄電池的初始儲電量Qtl，為便于計(jì)算，本實(shí)施例中將蓄電池充滿，使得初始儲電量Qtl與最大儲電量Qm相等。設(shè)置累加標(biāo)記并置為O，并將放電時(shí)長t清O，放電時(shí)長t在毎次蓄電池處于過充狀態(tài)后清O。(2)對蓄電池的端電壓和電流進(jìn)行采樣，以獲得端電壓U和電流I，其中，將蓄電池的端電壓U的方向設(shè)為從蓄電池正極指向負(fù)極；將蓄電池放電時(shí)的電流I的方向設(shè)為正，蓄電池充電時(shí)的電流I的方向設(shè)為負(fù)。本實(shí)施例中，采用如圖I所示的電路對蓄電池進(jìn)行采樣，圖I中，電壓采樣用于對蓄電池的端電壓U進(jìn)行采樣，電流采樣用于對蓄電池的電流I進(jìn)行采樣，溫度采樣用于對蓄電池的溫度進(jìn)行采樣，三路采樣的結(jié)果均傳輸給計(jì)算單元進(jìn)行計(jì)算。(3)根據(jù)端電壓U和電流I、以及蓄電池的初始儲電量Qtl，計(jì)算出蓄電池的實(shí)時(shí)儲電量Q占最大儲電量Qm的比例r?！け壤齬的計(jì)算公式為r = QJQm - —— (CA, — ￡UTdt)(I)
kSm本實(shí)施例中，當(dāng)Qtl=Qm時(shí)，比例r的計(jì)算公式為
IPlr = l-— UIdt(2)
Q0 J0(4)根據(jù)比例r的大小判斷蓄電池的充放電狀態(tài)。具體判斷步驟如下(401)當(dāng)r〈5%時(shí)，再進(jìn)行如下步驟a.判斷端電壓U是否低于過放電壓閾值；b.判斷端電壓U是否下降；c.采樣蓄電池溫度并判斷溫度變化差是否大于過放溫變閥值；若步驟a、步驟b和步驟c的判斷結(jié)果均為是，則判定蓄電池處于過放狀態(tài)，將累加標(biāo)記置O。其中，過放電壓閾值和過放溫變閥值均是根據(jù)蓄電池的規(guī)格型號預(yù)先存儲在計(jì)算単元中。若蓄電池處于過放狀態(tài)則必須停止放電而進(jìn)行充電(可快速充電)；若蓄電池不是處于過放狀態(tài)則認(rèn)為處于全充狀態(tài)，可快速充電。(402)當(dāng)5%彡r〈85%時(shí)，判定蓄電池處于全充狀態(tài)，將累加標(biāo)記置為O。若蓄電池處于全充狀態(tài)，則應(yīng)該用階段充電、變流間歇式充電或脈沖式充電等比較快速的充電模式進(jìn)行充電。(403)當(dāng)85%彡r彡100%時(shí)，判定蓄電池處于浮充狀態(tài)，將累加標(biāo)記置為O。浮充狀態(tài)說明蓄電池已基本飽和，為防止蓄電池過充電，可改為浮充模式進(jìn)行涓流充電。(404)當(dāng)r>100%吋，說明蓄電池已接近過充狀態(tài)，再進(jìn)行如下步驟d.判斷端電壓U是否大于過充電壓閾值；e.采樣蓄電池溫度并判斷溫度變化差是否大于過充溫變閾值；若步驟d和步驟e的判斷結(jié)果均為是，則判定蓄電池處于過充狀態(tài)，將累加標(biāo)記置
為1，將放電時(shí)長t清0，并清空數(shù)值積分累加值ひ/A。其中，過充電壓閾值和過充溫變閾值均是根據(jù)蓄電池的規(guī)格型號預(yù)先存儲在計(jì)算單元中。然后，根據(jù)用戶設(shè)定允許過充開關(guān)(圖I中的開關(guān)K)判斷蓄電池是否允許過充，當(dāng)允許過充開關(guān)斷開時(shí)，不允許蓄電池過充，停止給蓄電池充電；當(dāng)允許過充開關(guān)閉合時(shí)，允許蓄電池過充，此時(shí)可以采取浮充模式進(jìn)行涓流充電，然后進(jìn)行以下判斷
(405)當(dāng)r>110%時(shí)，停止給蓄電池充電。綜上，本發(fā)明的獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)的蓄電池充放電狀態(tài)檢測方法，采用累加放電量的方式判斷蓄電池的充放電狀態(tài)，判斷準(zhǔn)確，可避免由于現(xiàn)有的獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)在中午光強(qiáng)較大或云彩遮擋致使光強(qiáng)驟增、驟減的情況下產(chǎn)生的蓄電池狀態(tài)的誤判，可減少過充和過放對蓄電池的損害，延長蓄電池的使用壽命。以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)?！?br> 權(quán)利要求
1.一種獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)的蓄電池充放電狀態(tài)檢測方法，其特征在于，包括以下步驟 (1)記錄獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)的蓄電池的初始儲電量Q。； (2)對所述蓄電池的端電壓和電流進(jìn)行采樣，以獲得端電壓U和電流I; (3)根據(jù)所述端電壓U和所述電流I、以及所述蓄電池的初始儲電量Qtl,計(jì)算出所述蓄電池的實(shí)時(shí)儲電量Q占最大儲電量Qm的比例r ； (4)根據(jù)所述比例r的大小判斷所述蓄電池的充放電狀態(tài)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的蓄電池充放電狀態(tài)檢測方法，其特征在于，所述比例r的計(jì)算公式為
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，進(jìn)行所述步驟(I)之前，將所述蓄電池充滿，在所述初始儲電量Qtl與所述最大儲電量Qm相等的情況下，所述比例r的計(jì)算公式為
4.根據(jù)權(quán)利要求I至3中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述步驟(4)包括如下步驟 (401)當(dāng)r〈5%時(shí)，判定所述蓄電池處于過放狀態(tài)； (402)當(dāng)5%( r<85%時(shí)，判定所述蓄電池處于全充狀態(tài)； (403)當(dāng)85% 100%時(shí)，判定所述蓄電池處于浮充狀態(tài)； (404)當(dāng)r>100%時(shí)，判定所述蓄電池處于過充狀態(tài)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述步驟(404)完成后，根據(jù)用戶設(shè)定允許過充開關(guān)判斷所述蓄電池是否允許過充，當(dāng)所述允許過充開關(guān)斷開時(shí)，所述蓄電池不允許過充，當(dāng)r>100%時(shí)停止給所述蓄電池充電；當(dāng)所述允許過充開關(guān)閉合時(shí)，所述蓄電池允許過充，進(jìn)行步驟 (405)當(dāng)r>110%時(shí)，停止給所述蓄電池充電。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述步驟(401)中，當(dāng)r〈5%時(shí)，所述方法還包括步驟 a.判斷所述端電壓U是否低于過放電壓閾值； b.判斷所述端電壓U是否下降； c.采樣蓄電池溫度并判斷溫度變化差是否大于過放溫變閥值； 若所述步驟a、步驟b和步驟c的判斷結(jié)果均為是，則判定所述蓄電池處于過放狀態(tài)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述步驟(404)中，當(dāng)r>100%時(shí)，所述方法還包括步驟 d.判斷所述端電壓U是否大于過充電壓閾值； e.采樣蓄電池溫度并判斷溫度變化差是否大于過充溫變閥值； 若所述步驟d和步驟e的判斷結(jié)果均為是，則判定所述蓄電池處于過充狀態(tài)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，在進(jìn)行所述步驟(I)之前，設(shè)置累加標(biāo)記，其中， 在所述步驟(401)中，當(dāng)判定蓄電池處于過放狀態(tài)后，將累加標(biāo)記置為0 ; 在所述步驟(402)中，當(dāng)判定蓄電池處于全充狀態(tài)后，將累加標(biāo)記置為0 ; 在所述步驟(403)中，當(dāng)判定蓄電池處于浮充狀態(tài)后，將累加標(biāo)記置為0 ; 在所述步驟(404)中，當(dāng)判定蓄電池處于過充狀態(tài)后，將累加標(biāo)記置為1，并清空所述數(shù)值積分累加值￡>//&。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)的蓄電池充放電狀態(tài)檢測方法，包括以下步驟(1)記錄獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)的蓄電池的初始儲電量Q0；(2)對蓄電池的端電壓和電流進(jìn)行采樣獲得端電壓U和電流I；(3)根據(jù)端電壓U和電流I、以及蓄電池的初始儲電量Q0，計(jì)算出蓄電池的實(shí)時(shí)儲電量Q占最大儲電量Qm的比例r；(4)根據(jù)比例r的大小判斷蓄電池的充放電狀態(tài)。本發(fā)明能準(zhǔn)確判斷獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)的蓄電池的充放電狀態(tài)，采用本發(fā)明，能顯著延長蓄電池的使用壽命。
文檔編號G01R31/36GK102788959SQ20121032057
公開日2012年11月21日 申請日期2012年8月31日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月31日
發(fā)明者李茂軍 申請人:長沙理工大學(xué)