專利名稱：光伏系統中鉛酸蓄電池快速充電系統的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于光伏充電領域，具體涉及ー種光伏系統中鉛酸蓄電池快速充電系統。
背景技術：
進入21世紀以來，節(jié)能和環(huán)保成為了能源問題的焦點。在不同的系統中，對蓄電池的關注重點是不同的。在通訊系統中，蓄電池主要應用在基站電源上，那么，蓄電池的壽命以及蓄電池可持續(xù)放電時間是該系統最關注的。隨著蓄電池的發(fā)展，充電技術也在不斷更新。從傳統的恒流充電、恒壓充電、恒壓限流充電，發(fā)展到現在的智能充電。充電技術的更新不僅滿足了對新型電池的充電要求，更重要的是提高了充電的質量，延長了蓄電池的使用壽命。基于DC/DC變換器實現太陽能電池的MPPT算法有很多種，最常見的有擾動觀測法(Perturbation and observation Method-P&O)和電導微增法(Incremental ConductanceMethod-IncCond)。光伏發(fā)電系統中，太陽能電池在不同太陽福照度下輸出最大功率時,其兩端電壓值并不固定，而且當工作溫度發(fā)生變化時，相應于同一輻照度的最大功率，電壓值也將發(fā)生變化。實現太陽能電池的MPPT，其實質為匹配電池和后級變換器的動態(tài)負載。當外界環(huán)境發(fā)生變化時，通過不斷調整變換器的開關占空比，實現太陽能電池與變換器之間的動態(tài)負載匹配，就可以實時獲得太陽能電池的最大輸出功率。本實用新型結實實際的實驗，將太陽能電池MPPT的擾動觀測法和電導微增法進行整合優(yōu)化，具有兩種算法的優(yōu)點，同時也補足了在跟蹤過程中的不足。采用傳統充電方法，鉛酸蓄電池充電速度慢，為了縮短充電時間，人們分析了電池的化學反應原理，知道了電池在充放電的過程中主要產生氧氣。在以前的開ロ電池中，產生的氧氣會慢慢的排放到外界空氣中，因此要不斷的加入水和新的電解液。而在密封式鉛酸蓄電池中，正極產生的氧氣通過隔膜和氣室被負極吸收，整個化學反應是ー個循環(huán)的反應形式，從而達到免維護的目的。但對于密封式電池，其內壓是有限的，導致陰極吸收速度也是有限的。如果充電電壓過高，正極產生氧氣的速度過快，吸收速度跟不上氧氣產生的速度，長時間后會造成電池失水，誘發(fā)電池的微短路、硫酸化等失效現象，損害電池的質量和使用壽命。同時，高速率充電時電池的極化會造成電池內部壓カ上升、電池溫度上升、電池內阻升高等，不僅會縮短電池壽命，而且有可能對電池造成永久性傷害，使電池可接收的充電電流下降，使其充不到額定容量。蓄電池的這ー化學反應原理是研究制定快速充電方法的根本。所謂的快速充電是指利用蓄電池在充電初、中期可接受較大充電電流的特性，在充電初期以大電流充電，并以一定頻率對蓄電池停止充電和釋放一定量的極化電壓提高蓄電池可以接受的充電電流，從而大大縮短充電時間的充電方式。一方面，快速充電要想方設法加快電池的化學反應速度也即是増大充電電流，使之充電速度得到最大的提高；另ー方面，快速充電要保證負極的吸收能力，使負極能夠跟得上正極氧氣產生的速度，還要盡可能的消除電池內部的極化電壓，這步是關鍵，因為充電電流大吋，極化電壓也隨之増大。這也表明，蓄電池快速充電的速度是有上限的，我們不可能無限提高蓄電池的充電速度。1972年，美國科學家馬斯在第二屆世界電動汽車年會上提出了著名的馬斯三定律，掲示了鉛酸電池的充電特性，由此開始了對鉛酸電池充電技術的研究。但是目前，現有技術中的鉛酸蓄電池的充電效率都不是十分理想。

實用新型內容本實用新型針對上述現有技術的不足，提供了一種光伏系統中鉛酸蓄電池快速充電系統，該鉛酸蓄電池能夠對鉛酸蓄電池進行高效率的充電。本實用新型是通過如下技術方案實現的一種光伏系統中鉛酸蓄電池快速充電系統，包括鉛酸蓄電池組，其特征在于，還包括溫度檢測電路，用于檢測蓄電池組的溫度；電壓檢測電路，用于檢測蓄電池組的電壓；電流檢測電路，用于檢測蓄電池組的電流； 檢測信息反饋電路，用于將溫度檢測電路、電壓檢測電路和電流檢測電路檢測的溫度、電壓和電流輸出至充電主控電路；電源，用于為充電系統提供電源輸入；充電主控電路，充電主控電路內部通過一存儲芯片存儲有預先設定的溫度閾值、第一電壓閾值、第二電壓閾值和電流閾值；當檢測溫度小于溫度閾值或檢測電壓小于第一電壓閾值時，充電主控電路采用涓流恒流充電模式對蓄電池組充電；當檢測電壓大于等于第一電壓閾值，且檢測電壓小于第二電壓閾值時，充電主控電路采用大電流恒流充電模式對蓄電池組充電；當檢測電壓大于等于第二電壓閾值，且檢測電流大于等于電流閾值時，充電主控電路采用恒壓充電模式對蓄電池組充電；當檢測電流小于電流閾值時，充電主控電路停止對蓄電池組充電；溫度檢測電路、電壓檢測電路和電流檢測電路均與檢測信息反饋電路相連，檢測信息反饋電路與充電主控電路相連。進ー步的，所述鉛酸蓄電池快速充電系統還包括ー顯示電路，用于實時顯示充電狀態(tài)。進ー步的，所述充電主控電路包括STM32F103VC06單片機及其外圍電路。本實用新型在對蓄電池快速充電原理和目前各種充電方法的研究的基礎上，提出了四階段充電模式，即小電流涓流充電-大電流快速充電-定電壓補足充電-小電流浮充。接通電源并接入蓄電池后，本實用新型所述的鉛酸蓄電池快速充電系統首先檢測蓄電池的電壓和溫度。若電壓和溫度低于規(guī)定的門限值，充電系統先對電池進行小電流涓流充電。當電池的電壓和溫度達到規(guī)定值以后，充電系統自動轉入設定的快充電方法給電池充電；這樣可避免過放電的電池因充電電流過大而損壞；該充電系統能夠根據電池電壓和充電電流自動轉換充電狀態(tài)，在蓄電池充滿電后，自動轉入浮充狀態(tài)。該充電系統具有充電效率高的特點，能最大限度的將能量存儲到蓄電池組中，井能有效減少電池的損傷，延長蓄電池的使用壽命。

圖I為本實用新型所述光伏系統中鉛酸蓄電池快速充電系統的結構框圖；圖2為充電系統的電路原理圖；圖3為充電主控電路的原理圖。
具體實施方式
以下結合附圖和具體實施方式
對本實用新型做進ー步詳細的說明。如圖1-3所示，本實用新型提供了一種光伏系統中鉛酸蓄電池快速充電系統，包 括鉛酸蓄電池組、溫度檢測電路、電壓檢測電路、電流檢測電路均、檢測信息反饋電路、充電主控電路和電源；溫度檢測電路、電壓檢測電路和電流檢測電路均與檢測信息反饋電路相連，檢測信息反饋電路與充電主控電路相連。溫度檢測電路用于檢測蓄電池組的溫度；電壓檢測電路用于檢測蓄電池組的電壓；電流檢測電路用于檢測蓄電池組的電流；檢測信息反饋電路用于將溫度檢測電路、電壓檢測電路和電流檢測電路檢測的溫度、電壓和電流輸出至充電主控電路；電源用于為充電系統提供電源輸入；充電主控電路，充電主控電路內部通過一存儲芯片存儲有預先設定的溫度閾值、第一電壓閾值、第二電壓閾值和電流閾值；當檢測溫度小于溫度閾值或檢測電壓小于第一電壓閾值時，充電主控電路采用涓流恒流充電模式對蓄電池組充電；當檢測電壓大于等于第一電壓閾值，且檢測電壓小于第二電壓閾值時，充電主控電路采用大電流恒流充電模式對蓄電池組充電；當檢測電壓大于等于第二電壓閾值，且檢測電流大于等于電流閾值時，充電主控電路采用恒壓充電模式對蓄電池組充電；當檢測電流小于電流閾值吋，充電主控電路停止對蓄電池組充電。為了便于隨時查看充電狀態(tài)等信息，所述鉛酸蓄電池快速充電系統還包括ー顯示電路，用于實時顯示充電狀態(tài)。本實施例中以12V24Ah鉛酸蓄電池為充電對象，充電主控電路采用STM32F103VC06芯片為核心，包括ARM最小系統模塊、功率開關的驅動保護模塊、信息采集監(jiān)測系統模塊等。系統上電后，充電主控電路首先檢測蓄電池組的初始狀態(tài)初始電壓Utl、荷電狀態(tài)SOCtl以及蓄電池組的溫度情況Ttl，并對Utl, SOCtl, Ttl進行記錄和保存。如果蓄電池溫度Ttl低于允許充電的溫度最小值，則說明電路允許充電，如果電池組初始狀態(tài)電壓電流參數值小于涓流設定的門限值，則進入涓流充電狀態(tài)，對電池組進行小電流涓流充電直至達到快速充電狀態(tài)。如果初始參數值大于涓流參數的門限值，即ー開始就滿足快速充電條件，則進入電池快速充電狀態(tài)，而不需要經過電池組的涓流充電模式。此時，將蓄電池組的初始狀態(tài)參數與設定的充電電壓和電流曲線進行比較，得到合適的充電點，并將此時的充電電壓和電流值反饋到控制器中，進行分析處理算出合適的占空比，進而輸出合適的PWM波形控制MOS管的關斷，從而得到需要的充電電壓和電流值。充電期間，每隔3ms做一次采樣，輪流采集電池溫度、電壓、充電電流，每檢測一次后進行判斷，根據PID算法對輸出PWM占空比進行調整，達到恒流或恒壓控制。本實用新型不僅局限于上述具體實施方式
，本領域一般技術人員根據本實用新型公開的內容，可以采用其它多種具體實施方式
實施本實用新型，因此，凡是采用本實用新型的設計結構和思路，做一些簡單的變化或更改的設計，都落入本實用新 型保護的范圍。
權利要求1.一種光伏系統中鉛酸蓄電池快速充電系統，包括鉛酸蓄電池組，其特征在干，還包括 溫度檢測電路，用于檢測蓄電池組的溫度； 電壓檢測電路，用于檢測蓄電池組的電壓； 電流檢測電路，用于檢測蓄電池組的電流； 檢測信息反饋電路，用于將溫度檢測電路、電壓檢測電路和電流檢測電路檢測的溫度、電壓和電流輸出至充電主控電路； 電源，用于為充電系統提供電源輸入； 充電主控電路，充電主控電路內部通過一存儲芯片存儲有預先設定的溫度閾值、第一電壓閾值、第二電壓閾值和電流閾值； 當檢測溫度小于溫度閾值或檢測電壓小于第一電壓閾值時，充電主控電路采用涓流恒流充電模式對蓄電池組充電； 當檢測電壓大于等于第一電壓閾值，且檢測電壓小于第二電壓閾值時，充電主控電路采用大電流恒流充電模式對蓄電池組充電； 當檢測電壓大于等于第二電壓閾值，且檢測電流大于等于電流閾值時，充電主控電路采用恒壓充電模式對蓄電池組充電； 當檢測電流小于電流閾值吋，充電主控電路停止對蓄電池組充電； 溫度檢測電路、電壓檢測電路和電流檢測電路均與檢測信息反饋電路相連，檢測信息反饋電路與充電主控電路相連。
2.根據權利要求I所述的鉛酸蓄電池快速充電系統，其特征在于，所述鉛酸蓄電池快速充電系統還包括ー顯示電路，用于實時顯示充電狀態(tài)。
3.根據權利要求I所述的鉛酸蓄電池快速充電系統，其特征在于，所述充電主控電路包括STM32F103VC06單片機及其外圍電路。
專利摘要本實用新型提供了一種光伏系統中鉛酸蓄電池快速充電系統，包括鉛酸蓄電池組、溫度檢測電路、電壓檢測電路、電流檢測電路、檢測信息反饋電路、電源和充電主控電路。溫度檢測電路、電壓檢測電路和電流檢測電路均與檢測信息反饋電路相連，檢測信息反饋電路與充電主控電路相連。本實用新型在對蓄電池快速充電原理和目前各種充電方法的研究的基礎上，提出了四階段充電模式，即小電流涓流充電-大電流快速充電-定電壓補足充電-小電流浮充。該充電系統具有充電效率高的特點，能最大限度的將能量存儲到蓄電池組中，并能有效減少電池的損傷，延長蓄電池的使用壽命。
文檔編號H02J7/00GK202663151SQ20122031892
公開日2013年1月9日 申請日期2012年6月29日 優(yōu)先權日2012年6月29日
發(fā)明者鄭崇偉, 戴瑜興, 曾國強, 張正江, 寧勇, 溫燁婷, 王環(huán) 申請人:溫州大學