蓄电池充放电控制的方法

因充放电控制不合理而造成的VRLA蓄电池寿命终结的比例较高，VRLA蓄电池早期容量损失、不可逆硫酸盐化、热失控、电解液干涸等都与充放电操作控制的不合理有关。在了解蓄电池充放电特性后，如何合理控制充放电过程是光伏发电系统中蓄电池应用的关键。对于蓄电池来说，电池标准中规定了以下几个相关的参数，来规范蓄电池的充放电过程，以防止蓄电池容量损失或寿命过短。

放电终止电压：指电池放电时的终止电压值。它是为了防止蓄电池过放电而规定的，蓄电池放电电压不能低于放电终止电压。

最大允许充电电流：指允许的最大充电电流。如果蓄电池充电电流超过这个规定值，即在更大电流下充电时，会产生极化现象，并会严重阻碍电解化学反应的进行，最终导致蓄电池的不可逆反应。此外，大电流充电会造成极板活性物质脱落损坏，使蓄电池温升和出气加重，导致蓄电池容量损失或过早失效。

最大允许放电电流：指允许的最大放电电流。过大的放电电流会使蓄电池极板弯曲变形，会产生过大的电压跌落而导致蓄电池的不正常关断。

过充电压（析气电压）：蓄电池充电时，端电压大于这个电压值时称为过充电压。过充时正极活性物质会受气体的冲击而脱落，使蓄电池寿命缩短。

蓄电池的可充电是蓄电池得以循环使用的关键。VRLA蓄电池的充电方式按蓄电池的端电压、电流的控制方式不同，可分为恒流式、恒压限流式、两阶段恒压式、半恒流充电式、快速充电和均衡充电等六种充电方式。

7.1.2.1 恒流充电

恒流充电就是以一定的电流进行充电，在充电过程中随着蓄电池电压的变化要进行电流调整使之恒定不变。这种方法特别适合于有多个蓄电池串联的蓄电池组进行充电，因为它可以使落后的蓄电池的容量得到恢复。这种充电方式的不足之处是，蓄电池开始时充电电流偏小，在充电后期充电电流又偏大，充电电压偏高，整个充电过程时间长，而且在充电后期，析出气体多，对极板冲击大，能耗高，充电效率不足65%。由于析气较多，VRLA蓄电池不宜使用此法。为避免充电后期电流过大的缺点，一种改进型的恒流方法得到应用，它就是分段恒流充电。这种方法相对原有方法就是在充电后期把电流减小了。在充电时，具体充电电流的大小、充电时间以及何时转换为小电流，必须参照蓄电池维护使用说明书中的有关规定进行设置，否则容易损坏蓄电池。充电过程中电压、电流变化关系如图7-4所示。

图7-4 恒流充电特性

7.1.2.2 恒压充电

恒压充电就是指以恒定电压对蓄电池进行充电。因此在充电初期由于蓄电池电压较低，充电电流很大，但随着蓄电池电压的渐渐升高，电流逐渐减小。在充电末期只有很小的电流通过，这样在充电过程中就不必调整电流。相对恒流充电来说，此方法的充电电流自动减小，所以充电过程中析气量小，充电时间短，能耗低，充电效率可达80%。这种方法的充电特性曲线如图7-5所示。

图7-5 恒压充电特性

这种方法也有其不足之处：在充电初期，如果蓄电池放电深度过深，充电电流会很大，这不仅会危及充电控制器的安全，而且蓄电池也可能因过电流而受到损伤；如果蓄电池电压过低，后期充电电流又过小，充电时间过长，不适合对串联数量较多的蓄电池组充电。这种充电方式，在小型光伏发电系统中常采用，由于其充电电源来自光伏阵列，其功率不足以使蓄电池产生很大的电流，而且在这样的系统中蓄电池串联数量不多。(www.xing528.com)

7.1.2.3 恒压限流充电

恒压限流充电是为克服恒压充电时初始电流过大而进行改进的一种方式。它是在充电电源与蓄电池之间串联一个限流电阻。当充电电流很大时，限流电阻上的电压降就会变大，从而减小了充电电压；当电流小时，限流电阻上的电压降也会变小，从而使加到蓄电池上的电压增大。这样就自动调整了充电电流，使之在某个限定范围内，使充电初期的电流就得到了限制。虽然充电控制器输出是恒压，但加在蓄电池上的电压不为恒压，因此也称这种方式为准恒压方式。串联电阻的可按下式计算：

式中，U为充电电压（V）；I为充电电流（A）；R_n为蓄电池的内阻。

这种采用串联电阻限流的方式对于光伏系统来说不是优化方案，因为串联电阻将消耗掉有限的电能，但如果采用电力电子变流器实现恒压限流则可以解决能耗的问题。

7.1.2.4 二阶段、三阶段充电

二阶段、三阶段充电是克服了恒流与恒压充电的缺点的一种充电策略。它要求首先对蓄电池采用恒流充电方式充电，当蓄电池充电到达一定容量后，采用恒压方式进行充电。这样蓄电池在初期充电不会出现很大的电流，在后期也不会出现高电压，使蓄电池产生析气。其充电特性如图7-6所示。

在两阶段充电完毕，即蓄电池容量到达其额定容量（当时环境条件下）时，有些充电控制器会允许对蓄电池继续以小电流进行充电，以弥补蓄电池的自放电，这种以小电流充电的方式也称为浮充。这就是在两阶段基础上的第三阶段，但在这一阶段的充电电压要比恒压阶段的低。如图7-6所示的虚线u_f。

图7-6 二阶段、三阶段充电特性

7.1.2.5 快速充电

正常充电方式蓄电池从0%到100%容量，一般需要8～20h，充电时间较长。在某些场合需要缩短充电时间，此时就需要采用快速充电，快速充电就是采用大电流和高电压对蓄电池充电，在1～2h内把蓄电池充好。这种方式采用了不断地脉冲充电和反向电流短时间放电相结合的方法，所以也就避免了蓄电池析气和电解液温度过高的问题。短时反向放电的目的是消除蓄电池大电流充电过程中产生的极化。这样就可以大大地提高充电速度，缩短充电时间。当然脉冲充电电流、持续时间和放电电流以及持续时间必须根据蓄电池的要求进行。

7.1.2.6 均衡充电

均衡充电主要是为蓄电池组中某些蓄电池（组）由于电池特性或环境原因造成充电不均匀（主要是某些欠充），而以小电流进行的过充电方式。均衡充电可防止一些蓄电池出现早期容量损失。由于过充的缺点，此种方式不宜经常使用，但当出现下列情形之一时，应实施此方式充电：蓄电池组长时间大电流放电；蓄电池组中个别电压偏低，使全组蓄电池产生差别时；蓄电池组长时间放电没得到及时充电。