本實(shí)用新型專利技術(shù)涉及一種基于太陽能光伏系統(tǒng)中超級(jí)電容混合儲(chǔ)能系統(tǒng)。傳統(tǒng)的蓄電池充電控制器一般采用的是三階段充電方式，容易造成熱失控、易損壞蓄電池。本實(shí)用新型專利技術(shù)中光伏陣列依次經(jīng)過電壓電流采樣模塊和模數(shù)轉(zhuǎn)換器將數(shù)字信號(hào)反饋至單片機(jī)，單片機(jī)輸出PWM信號(hào)使開關(guān)電路工作，開關(guān)電路控制光伏陣列與超級(jí)電容組之間的導(dǎo)通與關(guān)斷，超級(jí)電容組經(jīng)DC/DC模塊后與儲(chǔ)能電源并聯(lián)，智能芯片控制DC/DC模塊。在智能芯片控制下，儲(chǔ)能電源充電的過程依次為：涓流充電、恒流充電、恒壓充電和浮充充電。本實(shí)用新型專利技術(shù)采用儲(chǔ)能電源與超級(jí)電容器組混合儲(chǔ)能，結(jié)合超級(jí)電容功率密度高及鉛酸蓄電池能量密度高的特點(diǎn)，提高儲(chǔ)能系統(tǒng)性能。（*該技術(shù)在2022年保護(hù)過期，可自由使用*）
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本技術(shù)屬于新能源
，涉及一種基于太陽能光伏系統(tǒng)中超級(jí)電容混合儲(chǔ)能系統(tǒng)。
技術(shù)介紹
隨著能源短缺問題日益突出，太陽能、風(fēng)能等新型無污染的替代能源應(yīng)用日益受到重視。獨(dú)立的太陽能照明系統(tǒng)因其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、無需鋪設(shè)電纜，且搭建、攜帶較為方便等特點(diǎn)在照明領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用前景。但目前急需解決的有鉛酸蓄電池使用壽命較短及系統(tǒng)在弱光條件下充電能力不 足這兩大問題。系統(tǒng)儲(chǔ)能元件鉛酸蓄電池設(shè)計(jì)壽命約三年，但由于充電方式、存儲(chǔ)方式以及人為等諸多因素的影響導(dǎo)致其使用壽命過短，需要經(jīng)常更換，不僅加大了使用成本也影響了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。另外大部分已使用的系統(tǒng)在弱光條件下充電能力不足，導(dǎo)致系統(tǒng)太陽能板利用率不高；傳統(tǒng)提高弱光充電能力的方法是采用組態(tài)優(yōu)化控制來實(shí)現(xiàn)，即根據(jù)外界光照強(qiáng)弱采用繼電器控制太陽能板組件按照串聯(lián)或并聯(lián)等不同的組合方式給蓄電池充電，確保太陽能板組件輸出電壓始終達(dá)到設(shè)定充電電壓。專利CN201010125915. 7提出了這樣的充電方式，這種方法雖然可以實(shí)現(xiàn)弱光充電，但在組態(tài)變化的瞬間，電路輸出電壓波動(dòng)較大，影響系統(tǒng)穩(wěn)定性。此外，專利200620013904. 9采用繼電器控制，繼電器的機(jī)械開關(guān)觸點(diǎn)在工作較長(zhǎng)時(shí)間后容易磨損失靈甚至引起誤操作。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本技術(shù)針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出了一種考慮到蓄電池的充電特性，采用超級(jí)電容器和電池組合成混合儲(chǔ)能系統(tǒng)。同時(shí)混合儲(chǔ)能采用智能控制芯片實(shí)現(xiàn)蓄電池分段充放電控制管理。本技術(shù)解決技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案為本技術(shù)包括光伏陣列、電壓電流采樣模塊、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、單片機(jī)、開關(guān)電路、超級(jí)電容組、DC/DC模塊、智能芯片、儲(chǔ)能電源和溫度采用模塊。光伏陣列依次經(jīng)過電壓電流采樣模塊和模數(shù)轉(zhuǎn)換器將數(shù)字信號(hào)反饋至單片機(jī)，單片機(jī)根據(jù)光伏陣列的工作狀況，輸出PWM信號(hào)使開關(guān)電路工作，開關(guān)電路控制光伏陣列與超級(jí)電容組之間的導(dǎo)通與關(guān)斷，超級(jí)電容組經(jīng)DC/DC模塊后與儲(chǔ)能電源并聯(lián)，在儲(chǔ)能電源外部設(shè)置有溫度采用模塊，溫度采用模塊的輸出端與智能芯片輸入端信號(hào)連接，智能芯片控制DC/DC模塊。所述的儲(chǔ)能電源為鉛酸蓄電池或鋰離子電池。所述的超級(jí)電容組由多個(gè)超級(jí)電容串聯(lián)而成，所述的超級(jí)電容為雙電層超級(jí)電容。本技術(shù)采用儲(chǔ)能電源與超級(jí)電容器組混合儲(chǔ)能，結(jié)合超級(jí)電容功率密度高及鉛酸蓄電池能量密度高的特點(diǎn)，提高儲(chǔ)能系統(tǒng)性能。采用超級(jí)電容器組及升降壓電路(DC/DC模塊)來實(shí)現(xiàn)弱光條件下有效充電，并采用智能電池管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)蓄電池智能化充電管理，延長(zhǎng)蓄電池使用壽命。同時(shí)超級(jí)電容器和儲(chǔ)能電源并聯(lián)，可以有效提高系統(tǒng)弱光充電能力。該技術(shù)經(jīng)過實(shí)際測(cè)量，精度很高，且電路簡(jiǎn)單、成本低、容易實(shí)現(xiàn)。附圖說明圖I是本技術(shù)的電路結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本技術(shù)的充電原理圖；圖3是溫度補(bǔ)償電路圖；圖4是智能芯片輸出脈沖與DC/DC模塊輸出波形圖。具體實(shí)施方式下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)技術(shù)作進(jìn)一步說明。 如圖I所示，本實(shí)施例包括光伏陣列、電壓電流采樣模塊、模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC、單片機(jī)、開關(guān)電路(由PMOS管實(shí)現(xiàn))、超級(jí)電容組、DC/DC、智能芯片、儲(chǔ)能電源和溫度采用模塊。光伏陣列依次經(jīng)過電壓電流采樣模塊和模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC將數(shù)字信號(hào)反饋至單片機(jī)，單片機(jī)根據(jù)光伏陣列的工作狀況，輸出PWM信號(hào)使PMOS管工作，實(shí)現(xiàn)對(duì)光伏陣列的最大功率跟蹤。超級(jí)電容組經(jīng)DC/DC后與儲(chǔ)能電源并聯(lián)，在儲(chǔ)能電源外部設(shè)置有溫度采用模塊，溫度采用模塊的輸出端與智能芯片輸入端信號(hào)連接，智能芯片控制DC/DC。本實(shí)施例中的儲(chǔ)能電源選用12V，IOOAh膠體密封鉛酸蓄電池，也可以是鋰離子電池，但是不局限于二者，其他儲(chǔ)能電源也可以使用。如圖2所示，以智能芯片選擇UC3909芯片為例，可以根據(jù)混合儲(chǔ)能系統(tǒng)中蓄電池的狀態(tài)實(shí)現(xiàn)涓流充電、恒流充電、恒壓充電和浮充充電四個(gè)階段合理充電。就四種狀態(tài)說明如下狀態(tài)I:涓流充電。當(dāng)蓄電池電壓低于充電使能電壓Ut，充電器提供很小的涓流It進(jìn)行充電，It 一般約為O. OlC (C為蓄電池容量)。狀態(tài)2:恒流充電。當(dāng)蓄電池的電壓達(dá)到充電使能電壓Ut時(shí)，充電器提供一個(gè)大電流I·對(duì)蓄電池進(jìn)行恒流充電，這一階段是充電的主要階段，蓄電池端電壓上升很快，直至電壓上升到過壓充電電壓Uoc時(shí)進(jìn)入恒壓充電階段。狀態(tài)3:恒壓充電。在此階段，充電器提供一個(gè)略高于蓄電池額定值的電壓Utj。進(jìn)行恒壓充電，電路的充電電流將按指數(shù)規(guī)律逐漸減小，直至電流大小等于充電終止電流Iqct (約為10%1_)，蓄電池已被充滿，充電器進(jìn)入浮充充電狀態(tài)。狀態(tài)4:浮充充電。浮充充電階段，充電器提供浮充電壓Uf對(duì)蓄電池以很小的浮充電流進(jìn)行充電，以彌補(bǔ)蓄電池自放電造成的容量損失。同時(shí)由于蓄電池的浮充電壓隨溫度變化而變化，因此需要選擇與蓄電池相同溫度系數(shù)的熱敏電阻進(jìn)行溫度補(bǔ)償，確保在任何溫度下都能以精確的浮充電壓進(jìn)行浮充充電。溫度系數(shù)一般選擇-3. 5 -5mV/°C。本實(shí)施例中浮充電壓Uf取13.8 V，充電使能電壓Ut取10. 8V，過壓充電電壓Utjc取14. 7V，涓流充電電流It取O. 26 A，恒流充電電流Ibim取系統(tǒng)最大充電電流6. 5A，過充終止電流Ioct取IA。光伏系統(tǒng)中的鉛酸蓄電池一般與太陽能板一起安裝在戶外，而周圍溫度的變化對(duì)鉛酸蓄電池的性能有重大影響，有研究表明，鉛酸蓄電池的浮充電流對(duì)溫度極為敏感，溫度每變化10°C，浮充電流成倍增長(zhǎng)，對(duì)于本技術(shù)中用到的蓄電池，根據(jù)廠家提供的參數(shù)，同一浮充電流下，其溫度系數(shù)為-3.9 mV/°C，也就是說如果要防止浮充電流增加，當(dāng)溫度升高1°C時(shí)，其浮充電壓應(yīng)該降低3. 9mV,同理，當(dāng)溫度降低1°C時(shí)，其浮充電壓應(yīng)該升高3.9mV才能保持浮充電流不變。在本技術(shù)所選用的智能芯片內(nèi)部集成了具有鉛酸蓄電池溫度補(bǔ)償功能的電路，如圖3所示，Al為電流/電壓轉(zhuǎn)換元件，其輸入端分別接IOkQ普通電阻及IOkQ熱敏 電阻Rthm。A2與外接四個(gè)20 kQ電阻組成差動(dòng)運(yùn)算放大電路。熱敏電阻Rthm—般貼附在鉛酸蓄電池的表面殼體用于檢測(cè)其溫度，形成所述的溫度采集模塊。當(dāng)鉛酸蓄電池內(nèi)部溫度變化時(shí)，通過熱敏電阻Rthm的反饋使智能芯片的基準(zhǔn)電壓2. 3V也隨溫度按3. 9mV/°C的溫度系數(shù)變化。從而確保鉛酸蓄電池在浮充狀態(tài)下準(zhǔn)確工作于安全的浮充電壓，保護(hù)了鉛酸蓄電池。本實(shí)施例中同時(shí)采用12個(gè)I. 5V 4000F的雙電層超級(jí)電容串聯(lián)成額定電壓18V，容量為330F的超級(jí)電容器組，由于本實(shí)施例中，我們把12V太陽能板在強(qiáng)光照射時(shí)其輸出電壓設(shè)計(jì)約為18 V，采用18V超級(jí)電容器組既可確保儲(chǔ)能器件的安全同時(shí)可以充分吸收太陽能板輸出能量，超級(jí)電容可選用無機(jī)、有機(jī)對(duì)稱和非對(duì)稱的超級(jí)電容。本實(shí)施例中采用DC / DC技術(shù)來實(shí)現(xiàn)最大功率輸出，PMOS管的高速導(dǎo)通與關(guān)斷都會(huì)在輸出端產(chǎn)生相應(yīng)干擾諧波，在太陽能板輸出端及鉛酸蓄電池間加上超級(jí)電容器組可以有效抑制干擾諧波，保證鉛酸蓄電池平穩(wěn)充放電，延長(zhǎng)鉛酸蓄電池使用壽命。由于鉛酸蓄電池只能工作在Ut至Uoc電壓范圍內(nèi)(以12V鉛酸蓄電池為例，只能工作在10. 8 14. 7V之間)。相比之下，由于超級(jí)電容器組可深度放電，其工作電壓可以設(shè)定在較低范圍，如該系統(tǒng)中設(shè)定超級(jí)電容器組的最低輸出電壓為6V。因此在弱本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種基于太陽能光伏系統(tǒng)中超級(jí)電容混合儲(chǔ)能系統(tǒng)，包括光伏陣列、電壓電流采樣模塊、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、單片機(jī)、開關(guān)電路、超級(jí)電容組、DC/DC模塊、智能芯片、儲(chǔ)能電源和溫度采用模塊，其特征在于：光伏陣列依次經(jīng)過電壓電流采樣模塊和模數(shù)轉(zhuǎn)換器將數(shù)字信號(hào)反饋至單片機(jī)，單片機(jī)根據(jù)光伏陣列的工作狀況，輸出PWM信號(hào)使開關(guān)電路工作，開關(guān)電路控制光伏陣列與超級(jí)電容組之間的導(dǎo)通與關(guān)斷，超級(jí)電容組經(jīng)DC/DC模塊后與儲(chǔ)能電源并聯(lián)，在儲(chǔ)能電源外部設(shè)置有溫度采用模塊，溫度采用模塊的輸出端與智能芯片輸入端信號(hào)連接，智能芯片控制DC/DC模塊。
【技術(shù)特征摘要】
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：韋華鵬，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：韋華鵬，
類型：實(shí)用新型
國別省市：
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