專利名稱：離網(wǎng)式太陽能—磷酸鐵鋰鋰離子蓄電池供電系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于太陽能與鋰離子蓄電池的應用領域，尤其涉及一種離網(wǎng)式太陽能-磷酸鐵鋰鋰離子蓄電池供電系統(tǒng)。
背景技術：
目前，人類面臨實現(xiàn)經濟和社會可持續(xù)發(fā)展的重大挑戰(zhàn)，在有限資源和環(huán)保嚴格要求的雙重制約下，新能源已成為全球的熱點問題，要解決能源問題，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，只能依靠科技進步，大規(guī)模地開發(fā)和利用可再生潔凈能源。我國太陽能資源非常豐富，如果按陸地面積的1%，轉換效率平均按20%計，一年可提供的能量大約為48億噸標準煤。多數(shù)地區(qū)的年平均日輻射量在每平方米4千瓦時以上，年日照時數(shù)大于2000小時。與同緯度的其他國家相比，接近美國，優(yōu)于日本、歐洲，因而有巨大的開發(fā)潛能，終將成為21世紀后期的主導能源。太陽能發(fā)電系統(tǒng)按照其運行方式主要可分為離網(wǎng)式和聯(lián)網(wǎng)式兩大類。離網(wǎng)式是未與公共電網(wǎng)聯(lián)接的太陽能發(fā)電系統(tǒng)，主要應用于遠離公共電網(wǎng)的無電地區(qū)和一些特殊處所，如邊遠偏僻農村、牧區(qū)、高原、沙漠、公路、氣象站等，提供照明、看電視等基本生活用電； 離網(wǎng)式太陽能發(fā)電系統(tǒng)根據(jù)用電負載的特點，可分為直流系統(tǒng)、交流系統(tǒng)和交直流混合系統(tǒng)等幾種。其主要區(qū)別在于系統(tǒng)中是否帶有逆變器。離網(wǎng)式太陽能發(fā)電系統(tǒng)主要由太陽能電池、DC-AC逆變器、控制系統(tǒng)和蓄電池等組成。聯(lián)網(wǎng)式是與公共電網(wǎng)聯(lián)接的太陽能發(fā)電系統(tǒng)，建設聯(lián)網(wǎng)式太陽能發(fā)電系統(tǒng)投資巨大，建設期長，需要復雜的控制和配電設備，并要占用大片土地，因而發(fā)展不快。而離網(wǎng)式太陽能發(fā)電系統(tǒng)，由于建設容易，已成為太陽能發(fā)展的主流。太陽能電池，如同一個能量轉換器，在有光照(無論是太陽光還是其他發(fā)光體產生的光照)情況下，電池吸收光能，電池兩端出現(xiàn)異號電荷的積累，產生“光生壓電”，即光生伏打效應。它是一種把太陽能直接轉化電能的半導體器件，太陽能電池將光能轉變?yōu)殡娔艿幕驹硎翘柲茈姵匚找欢芰康墓庾雍螅雽w內產生電子-空穴對，兩者電性相反，電子帶負電，空穴帶正電；電性相反的電子-空穴對被半導體P-N結所產生的靜電場分離開；光生載流子電子和空穴分別被太陽能電池的正、負極所收集，并在外電路中產生電流，從而獲得電能。DC-AC逆變器由于太陽能電池和蓄電池是直流電源，當負載是交流負載時，逆變器是將直流電轉換成交流電的必不可少的設備。逆變器按運行方式分，可分為獨立運行逆變器和并網(wǎng)運行逆變器。獨立運行逆變器用于獨立運行的太陽能電池發(fā)電系統(tǒng)，并網(wǎng)運行逆變器用于并網(wǎng)運行的太陽能電池發(fā)電系統(tǒng)。若按輸出波型分，可分為方波逆變器和正弦波逆變器。方波逆變器電路簡單，造價低，但諧波分量大，一般用于幾百瓦和對諧波要求不高的系統(tǒng)；正弦波逆變器成本高，但可以適用于各種負載。逆變器是通過全橋電路，一般采用SPWM處理器經過調質、濾波、升壓等，得到與負載頻率、額定電壓等匹配的正弦交流電， 供系統(tǒng)終端用戶使用。
控制系統(tǒng)太陽能發(fā)電系統(tǒng)中控制系統(tǒng)是作為主要部件，其可靠性直接影響用電器的正常工作。控制器按太陽能電池最大輸出功率選型，并且要求具有夜間防反充電保護、 蓄電池過充電保護、蓄電池過放電保護、蓄電池開路保護、負載過電壓保護、輸出過載保護及輸出短路保護、太陽能電池接反保護、蓄電池接反保護等功能。蓄電池它將太陽能電池產生的電能儲存起來，當光照不足或晚上，負載需求大于太陽能電池所發(fā)的電量時，將存儲的電能釋放以滿足負載的能量要求，它是太陽能發(fā)電系統(tǒng)的儲能部件。在太陽能電池供電系統(tǒng)中，太陽能電池的輸出能量極不穩(wěn)定，所以需要配置蓄電池系統(tǒng)才能正常工作。太陽能電池產生的直流電進入蓄電池儲存，此時蓄電池的特性影響著系統(tǒng)的工作效率和特性。舉太陽能供電照明系統(tǒng)為例，太陽能電池產生的直流電先進入蓄電池儲存，達到一定閥值，再供應照明負載。蓄電池容量選擇的一般原則是在能夠滿足夜晚照明前提下，把白天太陽能電池的能量盡量存儲下來，同時還要能夠存儲預定的連續(xù)陰雨天夜晚照明需要的電能。在太陽能供電系統(tǒng)中，太陽能電池和控制裝置的使用壽命在25年以上，而普通蓄電池的使用壽命一般為2-3年，所以蓄電池是太陽能供電系統(tǒng)中最薄弱的環(huán)節(jié)。儲能電容雖然使用壽命可以達到10年以上，但昂貴的價格限制了它的應用。鉛酸蓄電池雖然價格便宜，但污染環(huán)境，放電電壓平臺低，均一性不高，壽命不長，因質量比能量、體積比能量都比較低，使得質量重，搬運不便。所以鉛酸蓄電池存在它的局限性。通常，鉛酸電池、鎳氫電池、鋰離子電池等可充電電池在使用時，會由多節(jié)電池串聯(lián)構成蓄電池。進行充電控制的方法一般有以下幾種恒流充電，用一定的電流對電池組進行充電，通過限定充電時間來控制充電過程，該方法效率較高，但電源成本過高；恒壓充電，充電初期電流較高，充電末期電流會變低，在此充電方式中，充電末期充電電壓達到峰值后會下降，充電電流變大，導致電池溫度升高，通常設定最大電池電壓，當電池電壓達到設定值，停止充電；分階段充電，最初的充電電流較高，當電池電壓達到控制點時，電流變?yōu)殇噶?，再補充一段時間。上述幾種方法都采用一個標準充電控制參數(shù)，而在實際中電池電壓情況不同，充電電流對電池的電壓也會產生影響，太陽能所輸出的能量也是極不穩(wěn)定，因此可能會出現(xiàn)嚴重的充電不足或者過充現(xiàn)象，不能極大化采集太陽光的能量，同時也可能會影響蓄電池的使用壽命。

發(fā)明內容
本發(fā)明提供了一種離網(wǎng)式太陽能-磷酸鐵鋰鋰離子蓄電池供電系統(tǒng)，結合了太陽能電池與磷酸鐵鋰鋰離子蓄電池的長處，彌補兩者的不足，同時改進了系統(tǒng)的充電方式，從而克服了現(xiàn)有技術上的缺陷，該供電系統(tǒng)實用可行、不消耗有形能源。一種離網(wǎng)式太陽能-磷酸鐵鋰鋰離子蓄電池供電系統(tǒng)，包括太陽能電池，用于將光能轉換為電能；磷酸鐵鋰鋰離子蓄電池，用于存儲電能同時向負載供能；智能充電控制器，用于控制所述太陽能電池向所述磷酸鐵鋰鋰離子蓄電池充電， 使得所述磷酸鐵鋰鋰離子蓄電池的充電電流始終保持在所述磷酸鐵鋰鋰離子蓄電池可接受電流附近，從而快速充電；電池監(jiān)控測量系統(tǒng)，用于實時監(jiān)測由所述太陽能電池產生并輸入到所述磷酸鐵鋰鋰離子蓄電池的電流、電壓和能量大小，并且通過改變所述磷酸鐵鋰鋰離子蓄電池的放電方式來測試所述磷酸鐵鋰鋰離子蓄電池的放電性能，從而防止所述磷酸鐵鋰鋰離子蓄電池過充過放；DC-AC逆變器，與負載連接，將所述太陽能電池產生的直流電變?yōu)槊裼玫慕涣麟姡?供交流負載使用；其中，所述太陽能電池的正負極分別對應接所述智能充電控制器的接線端的輸入端，所述智能充電控制器的接線端的輸出端接所述電池監(jiān)控測量系統(tǒng)的正負極輸入端，所述電池監(jiān)控測量系統(tǒng)的正負極輸出端對應接上所述磷酸鐵鋰鋰蓄電池的正負極輸入端，所述磷酸鐵鋰鋰蓄電池的正負極輸出端對應接所述DC-AC逆變器的正負極，所述DC-AC逆變器與交流負載連接。所述的離網(wǎng)式太陽能-磷酸鐵鋰鋰離子蓄電池供電系統(tǒng)的整個工作原理如下太陽能電池通過智能充電控制器向磷酸鐵鋰鋰離子蓄電池充電，充電過程中，由智能充電控制器來控制磷酸鐵鋰鋰離子蓄電池的充電電量，使得磷酸鐵鋰鋰離子蓄電池的充電電流始終保持在磷酸鐵鋰鋰離子蓄電池可接受電流的范圍內，從而使磷酸鐵鋰鋰離子蓄電池快速充電，并對磷酸鐵鋰鋰離子蓄電池的影響較小，充電的同時，電池監(jiān)控測量系統(tǒng)監(jiān)控磷酸鐵鋰鋰離子蓄電池的充電性能(例如充電時電流以及電壓的變化等)，得到相應的數(shù)據(jù)；當太陽能電池給磷酸鐵鋰鋰離子蓄電池充好電之后，磷酸鐵鋰鋰離子蓄電池通過 DC-AC逆變器將直流電轉化為交流電，并供電給交流負載使用，同時，電池監(jiān)控測量系統(tǒng)監(jiān)控磷酸鐵鋰鋰離子蓄電池的放電性能。當光照強度不夠的時候，整個電路是處于斷開狀態(tài)， 不工作。因此，光照強度要使得太陽能電池達到工作電壓時，整個電路才能正常工作。本發(fā)明中，所述智能充電控制器包括采集器和微控制器。所述采集器是通過電壓信號采集電流信號。所述微控制器包括微積分計算模塊和模糊控制模塊，其中，所述微積分計算模塊由微分計算模塊和積分計算模塊構成，用于接收自所述采集器輸入的電壓和電流信號，并將所述的電壓和電流分別對時間進行微分和積分計算，得出所述磷酸鐵鋰鋰離子蓄電池的電壓變化趨勢及電量；所述模糊控制模塊，用于實時接收自所述微積分計算模塊輸出的所述磷酸鐵鋰鋰離子蓄電池的電壓變化趨勢及電量，并輸出是否進行充電的指令， 以及更新所述模糊控制模塊內已存儲的充電參數(shù)。所述智能充電控制器的工作原理是在開始充電時，所述模糊控制模塊按照其內已存儲的充電參數(shù)對所述磷酸鐵鋰鋰離子蓄電池進行充電。在充電過程中，所述采集器實時采集充電電壓和電流，然后將電壓和電流數(shù)據(jù)傳輸給所述微積分計算模塊，得出所述磷酸鐵鋰鋰離子蓄電池充電電壓的變化趨勢和當前已充電量，此時，所述模糊控制模塊實時接收所述微積分計算模塊輸入的所述磷酸鐵鋰鋰離子蓄電池的當前已充電量，并實時將該電量與其內已存儲的電量值進行比較，當兩值相同時，所述模糊控制模塊會依據(jù)充電電壓變化趨勢判斷所述磷酸鐵鋰鋰離子蓄電池是否已充滿，若充電電壓變化趨勢為下降趨勢時，判斷出磷酸鐵鋰鋰離子蓄電池已經充滿，立即輸出停止充電的控制指令，及時停止對磷酸鐵鋰鋰離子蓄電池的充電，若充電電壓變化趨勢不是為下降趨勢時，模糊控制模塊會輸出繼續(xù)充電的控制指令，繼續(xù)對磷酸鐵鋰鋰離子蓄電池充電，直至充電完成，同時給出磷酸鐵鋰鋰離子蓄電池容量識別錯誤的信息提示，并及時更新已存儲的充電參數(shù)。下一次充電時，模糊控制模塊會按此次儲存的已更新的電壓參數(shù)對電池進行充電。在所述智能充電控制器中設置所述模糊控制模塊，能夠合理選擇相應的充電參數(shù)，從而保證磷酸鐵鋰鋰離子蓄電池充電后，能夠充滿而不會發(fā)生過充現(xiàn)象。所述模糊控制模塊是基于模糊控制技術，模糊控制技術是基于數(shù)學理論，通過模擬人的近似推理和綜合決策過程，使控制算法的可控制性、適應性和合理性提高。所述模糊控制模塊的原理是當磷酸鐵鋰鋰離子蓄電池開始充電時，模糊控制模塊輸出充電控制信號，智能充電控制器開始充電；充電完畢時，若磷酸鐵鋰鋰離子蓄電池兩端的電壓還沒達到電池充滿電壓值，則輸出電壓容量識別錯誤的信號，模糊控制模塊再次輸出充電控制信號， 繼續(xù)給磷酸鐵鋰鋰離子蓄電池充電，若磷酸鐵鋰鋰離子蓄電池兩端的電壓達到充滿電壓值，模糊控制模塊會自動更改其內存儲存的相關充電參數(shù)，經過幾次的更改，模糊控制模塊就能識別當前使用的磷酸鐵鋰鋰離子蓄電池的容量。下一次充電時，由于磷酸鐵鋰鋰離子蓄電池參數(shù)發(fā)生改變，模糊控制模塊將再次經歷上述學習記憶的過程?？梢姡景l(fā)明中，太陽能電池給磷酸鐵鋰鋰離子蓄電池充電的方式選擇一種智能充電方式，這種方式使磷酸鐵鋰鋰離子蓄電池的充電電流始終保持在磷酸鐵鋰鋰離子蓄電池可接受的電流附近，從而使磷酸鐵鋰鋰離子蓄電池能得到快速充電，幾乎完全接受太陽能電池所產生的電流，且對磷酸鐵鋰鋰離子蓄電池影響較小。本發(fā)明中，所述電池監(jiān)控測量系統(tǒng)能夠全程監(jiān)測由所述太陽能電池產生并輸送給所述磷酸鐵鋰鋰離子蓄電池的電流大小，監(jiān)測磷酸鐵鋰鋰離子蓄電池的內阻和電壓，測試磷酸鐵鋰鋰離子蓄電池的充電性能，測試磷酸鐵鋰鋰離子蓄電池供電給交流負載使用時的放電性能。在所述磷酸鐵鋰鋰離子蓄電池充放電過程中，所述電池監(jiān)控測量系統(tǒng)可以改變所述磷酸鐵鋰鋰離子蓄電池的充放電方式，使其按照恒流充電、恒壓充電、脈沖充電、恒流放電、脈沖放電等過程依次進行，實現(xiàn)對所述磷酸鐵鋰鋰離子蓄電池的充放電性能的監(jiān)測， 從而防止所述磷酸鐵鋰鋰離子蓄電池過充和過放。本發(fā)明中，所述太陽能電池與所述磷酸鐵鋰鋰離子蓄電池容量的匹配取決于負載的大小。負載所需的功率P與工作時間決定了負載所需能量W1 = P*H*T(—般負載每天以 12小時，連續(xù)工作4天來計算)。太陽能電池功率計算根據(jù)公式Wo = P*H/ (t* η)計算；式中Wo為太陽能電池功率，P為負載功率，H為每天使用時間，t為峰值日照時數(shù)，η為太陽能光伏發(fā)電部分的總效率。磷酸鐵鋰鋰離子蓄電池容量Q計算根據(jù)公式Q = P*H*T/(V*q) 計算；式中P為負載功率，H為每天使用時間，T為連續(xù)使用天數(shù)，V為磷酸鐵鋰鋰離子蓄電池電壓，q為磷酸鐵鋰鋰離子蓄電池逆變系統(tǒng)總功率。以下將以負載功率為60瓦為例，對本供電系統(tǒng)的參數(shù)配置進行說明根據(jù)查閱資料計算，用t = 4小時，η = 0. 65來初步計算太陽能電池功率Wo，太陽能電池功率可選擇180-300瓦。從系統(tǒng)優(yōu)化角度考慮，可配置額定功率為190瓦的太陽能電池，可選用電池板采集光的面積約為0. 64 0. 9m2，工作電壓為35. 5 36. 5伏特，工作電流為5. 27 5. 29安培的太陽能電池板，太陽能電池板由72塊功率大約2. 64瓦左右的單晶硅組成，12串6并安裝。其安裝角度可根據(jù)太陽光角度的變化上下調節(jié)，調節(jié)角度范圍在30° 60°，以達到一天當中太陽能電池接受陽光照射時間最長；安裝方向為南偏西。中國江南四季分明，梅雨季節(jié)連續(xù)陰雨可達十天半月，冬季連續(xù)雨雪天也可能較長，若完全靠太陽能供電，則太陽能電池和磷酸鐵鋰鋰離子蓄電池配置將十分龐大，不符合經濟原則，所以梅雨季節(jié)和冬季雨雪天氣切換至常規(guī)電力網(wǎng)供電。按照4天陰雨儲能計算來配置磷酸鐵鋰鋰離子蓄電池的容量，根據(jù)實際情況，選擇H = 12小時，T = 4天，V = M 伏特，q = 0. 6來計算磷酸鐵鋰鋰離子蓄電池容量Q，同時考慮到系統(tǒng)優(yōu)化，配置電池容量為 60 120Ah，開路電壓為12 36伏特的磷酸鐵鋰鋰離子蓄電池。具體可以選擇配置電池容量為60Ah、90Ah、120Ah，開路電壓為12伏特、M伏特、36伏特的磷酸鐵鋰鋰離子蓄電池。 磷酸鐵鋰鋰離子蓄電池可以用16 96個容量為15Ah，電壓為3. 2伏特左右的磷酸鐵鋰鋰離子電池單體按4串4并、8串6并或12串8并方式組裝得到。根據(jù)所選用的太陽能電池與磷酸鐵鋰鋰離子蓄電池的參數(shù)對電池監(jiān)控測量系統(tǒng)進行配置，電池監(jiān)控測量系統(tǒng)選用最大電流為300Ah，最大電壓為40伏特。該電池監(jiān)控測量系統(tǒng)可以同時測試磷酸鐵鋰鋰離子蓄電池和磷酸鐵鋰鋰離子電池單體的充放電性能，并且能防止磷酸鐵鋰鋰離子蓄電池過充和過放。本發(fā)明的離網(wǎng)式太陽能-磷酸鐵鋰鋰離子蓄電池供電系統(tǒng)，采用磷酸鐵鋰鋰離子蓄電池作為離網(wǎng)式儲能設備，利用太陽能電池對磷酸鐵鋰鋰離子蓄電池進行充電并優(yōu)化其充電方式，采用電池監(jiān)控測量系統(tǒng)對磷酸鐵鋰鋰離子蓄電池的能量以及充放電方式進行監(jiān)控測量。本發(fā)明克服了傳統(tǒng)太陽能電池系統(tǒng)中鉛酸蓄電池的缺點，使蓄電池使用壽命增長、所用單體電池少、統(tǒng)一性較好，從而系統(tǒng)穩(wěn)定、采集光能增加、利用率提高以及無污染寸。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有以下技術優(yōu)勢1、延長了供電系統(tǒng)的蓄電池維護更換周期及使用壽命。與鉛酸蓄電池相比，本發(fā)明的磷酸鐵鋰鋰離子蓄電池使用壽命更長，維護更方便。2、提高了供電系統(tǒng)的可靠性。蓄電池是系統(tǒng)中的重要環(huán)節(jié)，本發(fā)明采用磷酸鐵鋰鋰離子蓄電池，大大提高了系統(tǒng)的可靠性能。3、提高了供電系統(tǒng)的整體性能。由于采用了各方面性能優(yōu)異的磷酸鐵鋰鋰離子蓄電池，整個系統(tǒng)的綜合性能得到了提高。4、優(yōu)化了充電方式。智能充電方式使磷酸鐵鋰鋰離子蓄電池的充電電流始終保持在其可接受的電流附近，使其能得到快速充電，幾乎完全接受太陽能電池所產生的電流，且對其影響較小。


圖1為本發(fā)明的離網(wǎng)式太陽能-磷酸鐵鋰鋰離子蓄電池供電系統(tǒng)的電路示意圖。圖2為智能充電控制器的結構示意圖。圖3為磷酸鐵鋰鋰離子蓄電池三月某天充電曲線。圖4為磷酸鐵鋰鋰離子蓄電池在0. 22C倍率下放電曲線。圖5為磷酸鐵鋰鋰離子蓄電池在0. 5C倍率下放電曲線。圖6為磷酸鐵鋰鋰離子蓄電池在1. IC放電倍率、IOOms放電時間的脈沖放電曲線。圖7為圖6中的單脈沖放電曲線。圖8為磷酸鐵鋰鋰離子蓄電池春季每天采集到的能量圖。
具體實施方式
下面結合實施例和附圖來詳細說明本發(fā)明，但本發(fā)明并不僅限于此。實施例1 如附圖1所示一種離網(wǎng)式太陽能-磷酸鐵鋰鋰離子蓄電池供電系統(tǒng)，由太陽能電池1、智能充電控制器2、DC-AC逆變器3、磷酸鐵鋰鋰離子蓄電池5和電池監(jiān)控測量系統(tǒng)6 組成，其中，太陽能電池1的正負極分別對應接智能充電控制器2的接線端的輸入端，再將智能充電控制器2的接線端的輸出端接上電池監(jiān)控測量系統(tǒng)6的正負極輸入端，電池監(jiān)控測量系統(tǒng)6的正負極輸出端對應接上磷酸鐵鋰鋰離子蓄電池5的正負極輸入端，最后磷酸鐵鋰鋰離子蓄電池5的正負極輸出端再接上DC-AC逆變器3的正負極，DC-AC逆變器3連接到交流負載4上并對其供電。智能充電控制器2的結構如圖2所示，包括采集器和微控制器。微控制器包括微積分計算模塊和模糊制模塊。采集器實時采集在充電過程中的充電電壓和電流，并經微積分計算模塊計算出當前磷酸鐵鋰鋰離子蓄電池5已經充入的電量以及充電電壓的變化趨勢，再由模糊控制模塊依據(jù)充電電壓的變化趨勢判斷磷酸鐵鋰鋰離子蓄電池5是否已經充滿，并輸出控制指令，使得磷酸鐵鋰鋰離子蓄電池5已經充滿時及時停止充電，同時實時更新已存儲的充電參數(shù)，從而能夠合理選擇相應的充電參數(shù)，從而保證充電后，磷酸鐵鋰鋰離子蓄電池5能夠充滿而不會發(fā)生過充現(xiàn)象。智能充電控制器2的工作原理如下在開始充電時，模糊控制系統(tǒng)按照其內已存儲的充電參數(shù)對磷酸鐵鋰鋰離子蓄電池5進行充電。在充電過程中，采集器實時采集充電電壓和電流，然后將電壓和電流數(shù)據(jù)傳輸給微積分計算模塊；微積分計算模塊根據(jù)接收到的電壓和電流信號，對上述電壓對時間進行微分計算，得出充電電壓的變化趨勢；將電流信號對時間進行積分計算，得出當前磷酸鐵鋰鋰離子蓄電池5已充電的電量，此時，模糊控制模塊實時接收由微積分計算模塊輸入的已充電的電量，并實時將該電量與其內已存儲的電量值進行比較，當兩值相同時，模糊控制模塊會依據(jù)充電電壓變化趨勢判斷磷酸鐵鋰鋰離子蓄電池5是否已充滿，若充電電壓變化趨勢為下降趨勢時，判斷出磷酸鐵鋰鋰離子蓄電池5已經充滿，立即輸出停止充電的控制指令，及時停止對磷酸鐵鋰鋰離子蓄電池5的充電；若充電電壓變化趨勢不是為下降趨勢時，模糊控制模塊會輸出繼續(xù)充電的控制指令，繼續(xù)對磷酸鐵鋰鋰離子蓄電池5充電，直至充電完成，同時給出磷酸鐵鋰鋰離子蓄電池5容量識別錯誤的信息提示，并及時更新已存儲的充電參數(shù)。下一次再充電時，模糊控制模塊會按此次儲存的已更新的電壓參數(shù)對電池進行充電。上述的離網(wǎng)式太陽能-磷酸鐵鋰鋰離子蓄電池供電系統(tǒng)的工作原理如下太陽能電池1將光能轉換為電能，并通過智能充電控制器2向磷酸鐵鋰鋰離子蓄電池5充電，充電過程中，智能充電控制器2控制磷酸鐵鋰鋰離子蓄電池5的充電電量，使得磷酸鐵鋰鋰離子蓄電池5的充電電流始終保持在磷酸鐵鋰鋰離子蓄電池5可接受的范圍內，從而使磷酸鐵鋰鋰離子蓄電池5快速充電，并對磷酸鐵鋰鋰離子蓄電池5的影響較小，充電的同時，電池監(jiān)控測量系統(tǒng)6監(jiān)控磷酸鐵鋰鋰離子蓄電池5的充電性能(例如充電時電流以及電壓的變化等)，得到相應的數(shù)據(jù)；充好電之后，磷酸鐵鋰鋰離子蓄電池5通過 DC-AC逆變器3將直流電轉化為交流電，并供電給交流負載4使用，同時，電池監(jiān)控測量系統(tǒng) 6監(jiān)控磷酸鐵鋰鋰離子蓄電池5的放電性能，觀測磷酸鐵鋰鋰離子蓄電池5的充放電性能。 當光照強度不夠時，整個電路處于斷開狀態(tài)，不工作。因此光照強度要使得太陽能電池1達到工作電壓的時候，整個電路才能正常工作，給磷酸鐵鋰鋰離子蓄電池5充電。以下將以具體參數(shù)配置的供電系統(tǒng)為例來說明上述供電系統(tǒng)的性能。上述供電系統(tǒng)的各參數(shù)配置如下太陽能電池1選擇電池板采集光的面積為0. 64 0. 9m2，工作電壓為35. 5 36. 5 伏特，工作電流為5. 27 5. 29安的太陽能電池板，太陽能電池板由72塊功率約為2. 64瓦的單晶硅組成，12串6并安裝。太陽能電池板的安裝角度可根據(jù)太陽光角度的變化上下調節(jié)，調節(jié)角度范圍在30° 60° ；安裝方向為南偏西，從而達到太陽能電池接受陽光照射時間最長。磷酸鐵鋰鋰離子蓄電池5的電池容量為90Ah，開路電壓為M伏特，可以采用48個容量為15Ah，電壓為3. 2伏特左右的磷酸鐵鋰鋰離子電池單體按8串6并方式組裝得到。采用上述參數(shù)配置的供電系統(tǒng)給交流負載供電，交流負載能夠持續(xù)一段時間正常工作。由于該組供電系統(tǒng)中的磷酸鐵鋰鋰離子蓄電池容量是90Ah，電壓是M伏特，所以適合接功率較大的交流負載，能較長時間持續(xù)蓄電和放電。磷酸鐵鋰鋰離子蓄電池5的充電曲線如圖3所示，從圖3的曲線可以看出春季杭州地區(qū)有效的光照時間為10點左右到17點左右，中午12點到14點是一天中產生的電流最大的時候，太陽能電池1給磷酸鐵鋰鋰離子蓄電池5的充電電流范圍為0-2. 8左右，磷酸鐵鋰鋰離子蓄電池5總共所儲存的能量為觀6. 573瓦時(Wh)。從圖3中可以看出磷酸鐵鋰鋰離子蓄電池5的充電電流隨著太陽能電池1產生的電流進行動態(tài)變化，可見該系統(tǒng)通過智能充電控制器2，使得磷酸鐵鋰鋰離子蓄電池5最大限度的接受太陽能能量。磷酸鐵鋰鋰離子蓄電池5先后在兩個白天充好電后，分別以0. 22C和0. 5C的放電倍率進行放電的曲線分別如圖4和5所示，從圖4和5的曲線可以看出0. 22C倍率下放電平臺為25伏特左右，放電容量為12Ah，0. 5C倍率下的放電平臺為5伏特左右，放電容量為8Ah，放電倍率越大電壓平臺有所下降，從而說明大倍率下放電，電壓平臺下降。磷酸鐵鋰鋰離子蓄電池5在1. IC的放電倍率，IOOms放電時間的脈沖放電曲線如圖6和7所示，圖7是圖6中的一個單脈沖放電曲線，從圖6和7的曲線可以看出磷酸鐵鋰鋰離子蓄電池5的瞬間放電性能較好，在IOOms的放電時間內，電池電壓由對伏特降到 22. 4伏特，說明磷酸鐵鋰鋰離子蓄電池5具有瞬間大功率放電能力，能滿足實際情況下對蓄電池的需求。磷酸鐵鋰鋰離子蓄電池5在春季每天采集到的能量圖如圖8所示，從圖8的曲線可以看出五月份磷酸鐵鋰鋰離子蓄電池5所采集的光能最多，其次是四月份，最少的就是三月份的，五月份每天平均儲能為173. 93瓦時(Wh)，四月份每天平均儲能為198. 53瓦時 (Wh)，三月份每天平均儲能為131.3瓦時(Wh)，從而說明隨著光照的增強，磷酸鐵鋰鋰離子蓄電池5所能儲蓄的能量越來越多，因而，在杭州春季光照角度為45°時，最佳儲能時間為4月份左右。實施例2采用與實施例1相同結構的離網(wǎng)式太陽能-磷酸鐵鋰鋰離子蓄電池供電系統(tǒng)，其工作原理與實施例1也相同，不同僅在于磷酸鐵鋰鋰離子蓄電池的參數(shù)配置。磷酸鐵鋰鋰離子蓄電池5的電池容量60Ah，開路電壓為12伏特，可以采用16個容量為15Ah，電壓為 3. 2伏特左右的磷酸鐵鋰鋰離子電池單體按4串4并方式組裝得到。
實施例3采用與實施例1相同結構的離網(wǎng)式太陽能-磷酸鐵鋰鋰離子蓄電池供電系統(tǒng)，其工作原理與實施例1也相同，不同僅在于磷酸鐵鋰鋰離子蓄電池的參數(shù)配置。磷酸鐵鋰鋰離子蓄電池5的電池容量120Ah，開路電壓為36伏特，可以采用96個容量為15Ah，電壓為 3. 2伏特左右的磷酸鐵鋰鋰離子電池單體按12串8并方式組裝得到。采用該參數(shù)配置的供電系統(tǒng)給交流負載供電，交流負載能夠持續(xù)一段時間正常工作，由于該組供電系統(tǒng)中的磷酸鐵鋰鋰離子蓄電池容量是120Ah，電壓是36伏特，所以適合接功率較大的交流負載，充電時間長，持續(xù)供電時間長。
權利要求
1.一種離網(wǎng)式太陽能-磷酸鐵鋰鋰離子蓄電池供電系統(tǒng)，其特征在于，包括太陽能電池、磷酸鐵鋰鋰離子蓄電池、智能充電控制器、電池監(jiān)控測量系統(tǒng)和DC-AC逆變器，其中，所述太陽能電池的正負極分別對應接所述智能充電控制器的接線端的輸入端，所述智能充電控制器的接線端的輸出端接所述電池監(jiān)控測量系統(tǒng)的正負極輸入端，所述電池監(jiān)控測量系統(tǒng)的正負極輸出端對應接上所述磷酸鐵鋰鋰蓄電池的正負極輸入端，所述磷酸鐵鋰鋰蓄電池的正負極輸出端對應接所述DC-AC逆變器的正負極，所述DC-AC逆變器與交流負載連接。
2.如權利要求1所述的離網(wǎng)式太陽能-磷酸鐵鋰鋰離子蓄電池供電系統(tǒng)，其特征在于， 所述智能充電控制器包括采集器和微控制器，所述采集器是通過電壓信號采集電流信號， 所述微控制器包括微積分計算模塊和模糊控制模塊，其中，所述微積分計算模塊由微分計算模塊和積分計算模塊構成，用于接收自所述采集器輸入的電壓和電流信號，并將所述的電壓和電流分別對時間進行微分和積分計算，得出所述磷酸鐵鋰鋰離子蓄電池的電壓變化趨勢及電量；所述模糊控制模塊，用于實時接收自所述微積分計算模塊輸出的所述磷酸鐵鋰鋰離子蓄電池的電壓變化趨勢及電量，并輸出是否進行充電的指令，以及更新所述模糊控制模塊內已存儲的充電參數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種離網(wǎng)式太陽能-磷酸鐵鋰鋰離子蓄電池供電系統(tǒng)，包括太陽能電池、磷酸鐵鋰鋰離子蓄電池、智能充電控制器、電池監(jiān)控測量系統(tǒng)和DC-AC逆變器，DC-AC逆變器連接交流負載并對其供電。本發(fā)明利用磷酸鐵鋰鋰離子蓄電池作為離網(wǎng)式儲能設備；同時優(yōu)化了光伏系統(tǒng)中蓄電池充放電方式，檢測采集由光能轉化為電能的能量。本發(fā)明克服了傳統(tǒng)系統(tǒng)中鉛酸蓄電池的缺點，使儲能電池的使用壽命增長、充放電容量增加、所用的單個電池少、蓄電池統(tǒng)一性較好、系統(tǒng)穩(wěn)定、采集光能增加、系統(tǒng)利用率提高以及無污染等特點。
文檔編號H02J7/00GK102255360SQ20111020317
公開日2011年11月23日 申請日期2011年7月20日 優(yōu)先權日2011年7月20日
發(fā)明者涂江平, 王秀麗, 程麗娟, 谷長棟 申請人:浙江大學