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光伏储能系统之铅酸蓄电池(下)设计和维护
2017-04-25

铅酸蓄电池是目前应用最广的储能电池。本系列的上半部分已经详解了铅酸蓄电池的工作原理及基本结构、种类及优势这两部分,本文将从蓄电池组管理和蓄电池的选型与设计两方面进行详解!

 

三、蓄电池组管理


铅酸蓄电池一般采用三段式充电模式:
第一阶段:快充模式,恒流充电阶段,以充电器最大的输出电流对电池快速充电,充电时间取决于电池容量和开始充电时电池状态。
 第二阶段:均充模式,恒压充电阶段,充电器充电电压保持恒定,充入电量继续增加,电池电压缓慢上升,充电电流下降。
第三阶段:浮充模式,蓄电池基本充满,充电电流下降到低于浮充转换电流,充电电压降低到浮充电压。
 

1.充电电流
电池充电电流一般以电池容量C的倍数来表示。举例来讲,如果电池容量C=100Ah,充电电流为0.1C则为0.1×100=10A。铅酸免维护电池的最佳充电电流为0.1C左右,充电电流决不能大于0.3C。充电电流过大或过小都会影响电池的使用寿命。

2.充电电压
额定电压为2V的单体电池,一般浮充电压设置为2.2-2.3V。均充电压设置为2.3-2.5V,如果充电电压过高,电池易失水,发热变形,反之会使电池充电不足,充电电压异常,可能由充电器配置错误引起,或因充电器故障造成。

3.放电深度
在电池使用过程中,电池放出的容量占其额定容量的百分比称为放电深度(depth of discharge,DOD)。放电深度的高低和电池寿命有很深的关系,放电深度越深,其充电寿命就越短,因此在使用时应尽量避免深度放电。


蓄电池放电深度在10%~30%上下为浅循环放电;


放电深度在40%~70%上下为中等循环放电;


放电深度在80%~90%上下的为深循环放电。


一般来说,蓄电池长期运行的每日放电深度越深,蓄电池寿命越短,放电深度越浅,蓄电池寿命越长。浅循环放电有利于延长蓄电池寿命。蓄电池浅循环运行,有两个明显的优点:第一,蓄电池一般有较长的循环寿命;第二,蓄电池经常保有较多的备用安时容量,使光伏系统的供电保证率更高。根据实际运行经验,较为适中的放电深度是60%到70%。


 4.蓄电池的检查
蓄电池都有自放电现象,如果长期放置不用,会使能量损失掉,因此需定期进行充放电。工程技术人员可以通过测量电池开路电压来判断电池的好坏,以12V电池为例,若开路电压高于12.5V,则表示电池储能还有80%以上。若开路电压低于12V,则表示电池储能不到30%,电池已处于“弹尽粮绝”的地步。 免维护电池由于采用吸收式电解液系统,在正常使用时不会产生任何气体,此时电池内压就会增大,会将电池上方的压力阀顶开,严重的会使电池鼓胀、变形、漏夜甚至破裂,这些现象都可以从外观上判断出来,如果发现上述情况应立即更换电池。

5.电池安装
电池应尽可能安装在清洁、阴凉、通风、干燥的地方,并要避免受到阳光、加热器或其他辐射热源的影响。电池应立正放置,不可倾斜角度。每个电池之间端子的连接要牢固。

6.环境温度
环境温度对电池的影响较大。环境温度过高,会使电池过充产生气体;环境温度过低,则会使电池充电不足着都会影响电池的使用寿命。因此环境温度在25℃左右最好。

7.定期保养
电池在使用一定时间后应进行定期检查,例如:观察其外观是否异常、测量各电池的电压是否平均等。如果长期不停电,电池会一直处于充电状态,这样会使电池的活性变差,因此即使不停电,也需要定期进行放电试验,以确保电池保持活性。放电试验一般可三个月进行一次,做法是逆变器带载,最好在50%以上,放电持续时间视电池容量而定,一般为几分钟至几十分钟。

 

四、蓄电池的选型与设计


 1. 蓄电池的容量
表示在一定条件下(放电率、温度、终止电压等)电池放出的电量,即电池的容量,通常以安培*小时为单位,蓄电池电压有2V、6V、12V三种。蓄电池组的可用电量和蓄电池的串并联没有关系,只和数量有关系,可用电量=电压*容量*数量*放电深度,如蓄电池组,共4个12V/200AH,放电深度0.7,则可用电量=12*200*4*0.7=6720VAH。


(1) 放电率对电池容量的影响
铅蓄电池容量随放电倍率的增大而降低,也就是说放电电流越大,电池的容量就越小。比如一只10Ah的电池,用5A放电可以放2小时,即5×2=10 ;用10A放电只能放出47.4分钟的电,合0.79小时,其容量仅为10×0.79=7.9Ah,所以对于给定电池在不同时率下放电,将有不同的容量。


(2) 温度对电池容量的影响
温度对铅酸蓄电池的容量影响较大,一般随温度降低容量会下降,当电解液温度降低时,电解液粘度增大,离子受到较大的阻力,扩散能力下降,电解液电阻也增大,使电化学反应阻力增加,一部分硫酸铅不能正常转化,充电接受能力下降,结果导致蓄电池容量下降。


(3)终止电压对电池容量的影响
当电池放电至某一个电压值以后,产生电压急剧下降,实际上所获得的能量非常小,如果长期深放电,对电池的损害相当大。所以必须在某一电压值终止放电,该截止放电电压叫放电终止电压,设定放电终止电压,对延长蓄电池使用寿命意义重大。


2.光伏离网系统蓄电池配比计算
(1)组件的电压和蓄电池的电压要匹配,PWM型控制器太阳能组件和蓄电池之间通过一个电子开关相连接,中间没有电感等装置,组件的电压是蓄电池的电压1.2-2.0倍之间,如果是24V的蓄电池,组件输入电压在30-50V之间,MPPT控制器,中间有一个功率开关管和电感等电路,组件的电压是蓄电池的电压1.2-3.5倍之间,如果是24V的蓄电池,组件输入电压在30-90V之间。


(2) AGM蓄电池的充电电流一般为0.1C10左右,快速充电不超过0.15C10,例如1节铅酸蓄电池12V200AH,充电电流一般在20A到30A之间,最大不能超过40A,GEL胶体电池充电电流可以适当加大到0.2 C10;蓄电池的放电电流一般为0.2C10-0.5C10,不同类型的蓄电池,放电电流相差较大,AGM蓄电池最大1C10,GEL胶体电池最大可以到2C10,铅碳电池最大可以到5C10。

(3)光伏离网系统中,负载的用电量不是固定的,在计算蓄电池的总电量时,要根据用户的要求来设计,对用电要求较高的用户,蓄电池可用电量要大于用户用电量的最高值,对于一般用户,蓄电池可用电量等于用户用电量的平均值。


(4)同一个蓄电池组,要保证蓄电池是同一个型号。尽量使蓄电池串联,使所以蓄电池的充电和放电均衡。蓄电池并联的个数最好不超过3组,如果超过了 ,要考虑加入BMS蓄电池管理系统。


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