管理好蓄电池的充电，确保更长的使用寿命

使充满液体的铅酸蓄电池温暖并完成蒸馏水的补充确保蓄电池长的寿命并优化长期输出。合适的充电管理（特别是保持蓄电池尽可能满地充电）也可以使蓄电池长寿。为了理解其原因，必须理解蓄电池单元的容量，这就是说一只蓄电池能够存储的电能数以及放电速率对蓄电池单元容量的影响。

“蓄电池单元容量是指一只充满电的蓄电池中能放出的总电量直到蓄电池电压放电到某一设定的蓄电池电压”，根据《实用光伏发电技术：来自太阳能电池单元的电能》的作者Richard J.Komp所说。蓄电池单元容量用安时度量。一只特洛伊L16H蓄电池可能循环大约420A·h的电力。理论上，420A·h存储容量的蓄电池能够输出1A的电流420h或者420A的电流1h。实际上，蓄电池容量（从一只蓄电池中可以得到电量数）随着放电速率而变化，这就是说，一只蓄电池的放电有多快。通常，铅酸蓄电池的放电速度越快，从其中获得的电能就越少。例如，一只铅酸蓄电池放电20h以上，将获得100%的额定容量。放电1.5h，则只能获得75%的额定容量。图7-8解释了各种放电速率下蓄电池释放电能的情况。

图7-8 放电速率与放出电能的安时数。蓄电池组以什么速率放电决定了能够获得多少电能。放电速率越慢，获得的电能越多。

为了使产品标准化，大多数蓄电池都以某一特定的放电速率为基础给出额定放电时间，通常为20h（前面420A·h容量的蓄电池的额定放电时间就是20h）。

就像许多设备一样，铅酸蓄电池用得越少寿命越长。更加特别的是，蓄电池深度放电的次数越少使用寿命就越长。如图7-9所解释的，一只铅酸蓄电池如果在每次深度放电后重新充电，定期地放电到50%将使其充放电循环次数多600次。如果定期放电小于其额定容量的25%，且每次放电后重新充电，蓄电池将能充放电循环1500次。如果蓄电池定期放电只到其容量的10%，蓄电池的循环充放电次数将达到3600次。尽管深度循环蓄电池能够深度放电，但浅的循环能够延长其寿命。

然而，正如Ian Woofenden所指出，这个题目（像许多蓄电池寿命的问题）有点复杂。虽然深度放电会降低蓄电池的寿命，但可再生能源的使用者更关心循环一次每瓦时蓄电池的成本。换句话说，我们对蓄电池的要求不是简单的“长时间应用”，而是充放电循环大量的能量。

Ian说，蓄电池每千瓦时充放电一次的成本是一个比蓄电池总服务年限更好的衡量指标。理论上，以40%～60%的放电范围循环，蓄电池运行最经济。这一点与“浅循环使蓄电池寿命更长”的看法不一致（毕竟如果将蓄电池组的容量增加一倍且将一次循环中放电量降低到一半，蓄电池的寿命能够达到原来的两倍吗？如果能够，则更大的投资获得的效益还是相当的）。

图7-9 放电深度与循环次数的关系。图中显示浅放电的循环次数更多。因此，蓄电池不深度放电的使用寿命更长。

在离网的可再生能源系统中，最小化非常深度的放电可以延长蓄电池的寿命。然而，蓄电池的寿命也与深度放电后重新充电的频率有关。重新充电可将硫酸铅从极板上清除。无论你做什么，绝不能将低充电状态的蓄电池长时间放置。因为如果将低充电状态的蓄电池长时间放置，硫酸铅晶体将变得更大，可能损坏蓄电池。一个容易办到的好方法是至少一周对蓄电池组满充一次（满充并不意味着充了绝大部分电）。以这种方式考虑蓄电池的状态问题，如果蓄电池不能保持最好的状态，就会开始失去最好的状态并开始走下坡路。

防止蓄电池深度放电说起来容易做起来难。正如Ian所指出，“在实际生活中你通常不会对蓄电池充放电循环中放电有多深有如此精密的控制”。如果你的系统小而且你对蓄电池用电不太注意，蓄电池将很容易一次次超过40%～60%的放电标准。如果你更仔细地监测蓄电池的用电情况，在蓄电池深度放电后立刻充电，则你会很容易达到在40%～60%范围的放电标准。

减少蓄电池深度放电的一个办法是节约能量且尽可能有效地用电。节约能量意味着在不用灯或电气设备时不让它们亮或运行。节约能量也意味着安装高效的灯、用电设备、电子产品等诸如此类的设备（这种办法节能专家已经倡导了几十年）。而且，节能意味着消除你家里或工作中假想的负载。

然而，节能且使你在家里或工作中获得高能效只是这场战斗的一半。在一个离网的系统中，你可能需要根据蓄电池的充电状态而不得不调节你的用电。换句话说，当蓄电池已经较深度地放电时你可能需要削减你的用电并将用电转移到蓄电池充电较满时进行。例如，你可以在阳光明媚的日子里在蓄电池充满电的时候打开洗衣机和微波炉。而在多云的日子蓄电池电量低时不打开这些设备（除非你想起动备用发电机）。和其他的技巧一样，如何监测蓄电池的充电状态是能学到的一项技巧。

自从1996年6月与太阳能发电和风力发电生活在一起后，Dan就开始观察天气。如果他经历了几个多云、没有风的日子，他就知道他不得不减少电能消耗。他可能用烧气的炉灶而不是微波炉做饭。他可能推迟洗衣服直到太阳重新出来。

在每天结束时（当没有太阳，不刮风的时候，如果有也只有很少的电能从蓄电池抽取），Dan通过检查其功率中心电表上蓄电池的电压来监测他的系统。电压读数给他一个蓄电池充电状态的提示。如果蓄电池确实在“休息”，低电压读数意味着蓄电池正处于低充电状态。更高的电压读数表明蓄电池是满的。

尽管利用电压监测蓄电池容量是一个陈旧的办法，但是如果你知道用，总比没有好。记住，除非蓄电池不工作，否则电压与蓄电池的充电状态并不直接相关。只有当蓄电池没有流进或流出电流至少2h（蓄电池的电压稳定下来需要既没有输入也没有输出电流一段时间）才能认为它不工作。一个不工作的12V蓄电池组在满充电时电压为12.6V。但是蓄电池组可能在大电流充电甚至几乎全部放电的状态下电压也是12.6V，与此相反，当带大负载如深井泵，一个满充电蓄电池的电压可能下降到12.2V。对于对监测蓄电池电荷感兴趣的人，制造商通常会提供对应充电/放电速率的蓄电池充电状态与电压相关的图表。(www.xing528.com)

如果没有自己可随意使用的更好的工具，与蓄电池系统生活在一起的人会逐步学会根据蓄电池的电压判断蓄电池的充电状态。一个更为精确的监测蓄电池状态的方法是采用数字安时或瓦时表。一个常用的表称为TriMetric，它持续跟踪记录蓄电池电量进和出的安时数。通过这样做，在表内编程可以知道用安时表示的蓄电池组的容量，该表还能显示从蓄电池中放出了多少安时的电量，也能显示蓄电池的充电状态（State Of Charge，SOC）。该表采用效率因子和公式近似用能量损失数计算蓄电池的无效率。为了使生活更简单，TriMetric表显示“燃料计量”读数以百分数的形式表示充电状态。许多笔记本电脑对其蓄电池有类似的电池充电状态指示器。

户主可以根据表上显示的蓄电池充电信息调整每日的活动。如果蓄电池接近40%～60%的放电标记，他们可以推迟消耗电能多的活动。或者，他们可以选择运行一台备用发电机给蓄电池充电。

另一个使深度放电最少的方法是采用超容量的光伏发电系统。这就是说，安装额外的光伏发电模块或者安装混合的发电系统，例如给光伏发电阵列加装一台风力发电机作为补充。

也可以安装备用发电机作为第三个电源。当蓄电池电量低时可以起动备用发电机。发电机设备可以直接与逆变器或充电控制器相连以便能够在蓄电池电压降低到预先设定的水平时自动起动发电机。记住，并不是所有的逆变器和所有的发电机都是自动运行的，所以要确保发电机适合这种应用以及逆变器包含适当的电路。要了解蓄电池充电更多的知识，请参考下面的内容“理解蓄电池充电”。

理解蓄电池充电

当光伏阵列发电系统产生电流时，利用光伏阵列通过充电控制器给蓄电池充电。充电控制器将阵列的输出（直流电）通过控制的方式送到蓄电池组，如果蓄电池的电压上升到某一值时为了防止过充电将电流断开。

蓄电池也可以通过位于现代逆变器内的蓄电池充电器充电。充电器将发电机（或者带备用蓄电池的连网系统内的公用线路）发出的120V的交流电转化为直流电。充电器还可以降低电压使其与蓄电池组的电压匹配。基于逆变器的蓄电池充电器包含一个整流器（将交流转化为直流）和降低电压的降压变压器。

蓄电池充电可以分为三个阶段。蓄电池充电的第一阶段称为定电流（Bulk）阶段。在这个阶段，如下图7-10所示，蓄电池充电器（或者光伏阵列给蓄电池组充电时的充电控制器）的充电电流恒定且电流大。随着充电电源将电流“泵入”蓄电池组，蓄电池的电压稳定地上升，如图7-10中上面的图所示。一旦蓄电池电压达到某一值，称为电压调节设定值，或定电流伏特设定值，定电流阶段结束。在定电流阶段结束时，蓄电池已经充电约80%～90%。

在第二阶段，称为定电压（absorption）阶段，蓄电池电压维持恒定且充电速度缓慢下降。定电压阶段通常持续约2h以确保蓄电池被充满（时间由蓄电池的类型决定且可以调整）。

在定电压阶段结束时，充电循环进入第三即最后的阶段，浮充阶段。在浮充阶段，电压会轻微降低并维持在浮充电压设定值不变。电流保持在一个仅仅比抵消蓄电池自放电率略微高一点的电流上。

在一个带逆变器自动控制发电机的离网系统中，充电器进入浮充阶段时应尽快将发电机断开。这样使发电机的运行时间及燃料消耗最少。然而，在并网系统中，浮充阶段根据时间及程序设定，蓄电池继续由光伏阵列或公用电网提供充电电流。

均衡充电

均衡充电有时指蓄电池充电的第四阶段。蓄电池通常由外部电源如发电机或风力发电机均衡充电，因为光伏阵列一般不能长时间提供蓄电池组均衡充电所需的足够电流。

开始均衡充电时，逆变器手动或自动切换到均衡充电模式且发电机再一次手动或自动起动，到底是自动还是手动取决于逆变器和发电机的类型。然后逆变器控制整个充电过程。如果你想均衡充电时，蓄电池电量低，蓄电池充电器将开始恒流充电。然后，将进入恒压充电阶段，但将继续以同样或略高一点的电流水平充电2～3h，以确保蓄电池已完成均衡充电。均衡充电时间随系统中采用的蓄电池类型而变化。均衡充电将硫酸铅从极板上清除，使蓄电池中的所有电池单元的电压均衡并搅动电解液。一旦均衡充电完成，发电机要么自动要么手动关闭。

图7-10 蓄电池充电期间的直流电压和电流