实验描述的铅–酸蓄电池用于光伏发电系统

文摘

蓄电池是不可或缺的在所有独立的太阳能电力系统(光伏发电系统)。他们的效率和生活时间显著影响整个光伏系统性能和经济学。电池特别是指定用于光伏系统需要杰出的站在一个很深的放电率和高循环稳定性。铅酸电池已经暴露实验测试来确定其充电和放电过程的特征参数。电池的内部电阻是一个可靠的测定其电荷状态的关键,它的价值储存能量的增加而增加。同时电解液的比重减少线性退化的安培小时容量。实验表明,电池内部温度没有变化显著的充电和放电过程中环境温度。实验测试证明,普通铅酸电池不会充电如果它完全放电。这个问题需要使用总是一个可控的电池充电器在光伏电力系统保护蓄电池对深度放电和极电荷。这样的设备将延长电池的寿命,因此提高光伏发电系统的经济可行性和可靠性。 In addition, the tests have shown that the watt hour efficiency of a battery is considerably less than the ampere hour efficiency, which advices to depend more on the watt hour efficiency when designing storage battery systems to secure higher reliability. Moreover, depending on an earlier developed algorithm for determination of the ampere hour capacity of a battery cell, a new similar algorithm based on specific gravity and cell voltage have been developed which enables also the determination of the ampere hour capacity from the implemented tests on the new battery. This algorithm enables the correct settings of the limits of charge - discharge hysteresis of the battery charger in order to avoid extremely deep discharge and over charge of the battery.

关键字

电能存储,光伏发电系统中,蓄电池。

介绍

一些相关的问题和方面使用铅酸电池的能量储存在小型光伏系统。新的和钒氧化还原电池等新兴能源存储技术和高速飞轮可以作为替代能源存储系统在光伏应用。铅酸电池是大多数光伏应用的首选技术。然而,有性能局限性导致过度的重置成本,工作场所职业健康安全(os H)问题和操作维护管理费用对很多终端用户[1]。所需的铅酸电池的最重要特征的评估他们的表现进行了讨论。此外,实验说明了程序开发的数学算法确定安培小时电池在光伏系统运营的能力。电池电压的函数电解质温度、放电深度、比重以及电池容量的放电电流的函数,必须给予特别考虑当评估或设计存储电池光伏电力系统[1]。在独立光伏(PV)系统中,充电控制器防止过度电池过度充电中断或限制电流从光伏阵列当电池完全充电电池。负责监管通常是通过限制电池电压到一个预先确定的价值或截止电压,电压高于闲聊。这些规定电压依赖于温度和充电电流[2]。 The storage of energy in batteries is a cause of the failure and loss of reliability in PV systems. The two general lead acid battery models and their agreement with experimental data were reviewed. In order to validate these models, the behavior of different battery cycling currents has been simulated [3].

蓄电池占据了非常广泛的应用,但我们不能列出每一个应用程序,它使用电池。下面是一个简短的调查的一些应用程序,特别是那些需要一些专业的电池:

•便携式消费设备(移动电源一个不插电的社会,权力工具),如笔记本电脑、电子游戏、电动玩具、和手电筒。

•医疗设备:维持生命和提高生活质量的医疗设备,包括心脏起搏器、心脏除颤器,助听器,疼痛管理设备和药物泵。

•电动汽车,包括混合动力汽车。可充电电池用于汽车初学者来说,便携式消费设备,轻型汽车(如电动轮椅、高尔夫球车、电动自行车、电动叉车),工具和不间断电源。

•大规模储能。

•空间卫星需要电池供电,当他们进入地球的影子,太阳能板没有功能。

•军事电池:电池,像空间军事电池需要设计寿命长、可靠性高。他们还可以体验各种环境条件[4]。

一种新方法被描述的SOC估算铅酸电池使用基于径向基函数的学习方法。该方法认为电池非线性由于放电率,与温度和纠正本身老化和其他电池的变化特征来估计SOC。实验结果表明,该方法给优秀的SOC预测假设初始充电电池的状态是已知的,可以学习的性能变化。该算法可以进一步进行扩展,以包括等因素不完整的充电和放电[5]中断。

一种新的估计方法提出了铅酸电池的SOC。使用电池的电路模型,它显示了如何开路电压(SOC)直接相关可以估计基于终端的电压和电流的测量提供了有足够的电池电流的变化。修改后的戴维南等效电路模型是用来代表铅酸电池。处理非线性时变模型的线性时变模型是用一个未知常数参数。条件被发现在电池电流,确保可观测性系统的格兰姆是满秩,这样可以找到系统的初始状态使用的逆systemGramian [6]。

存储的能量电池是一个失败的原因和损失光伏系统的可靠性。两个普通铅酸蓄电池模型和他们的协议与实验数据进行了综述。为了验证这些模型,不同的电池循环电流的行为模拟。实际数据获得的结果进行比较。Monegon相比CIEMAT模型提出了一种性能良好的模型。一个实验性的研究,提出了一种不同类型的电池。使用的两个模型与实验数据进行比较是通用的,可以申请各种铅酸电池。Monegon模型进行了分析,发现充电和放电的方程不繁殖实验曲线。参数的值可能是适合另一种类型的电池和不同的操作条件。这个词包括在过度充电Monegon模型并不复制这些影响和RMSE值指示偏差。 The CIEMAT model presents a good performance to represent dynamic and complex battery operation. This is, in contrast to Monegon’s model; which presents significant limitations with respect to charging process. In this way, other results could be evaluated considering parameter variations effects in the life of battery. The aging model describing life time of a battery is useful for an economic analysis [7].

可再生能源,例如风能和太阳能光伏(PV)的能量,被广泛用作独立电力系统提供不同的电气负载在农村和偏远地区。这些来源是间歇性的性质,因此独立电力系统应该包括蓄电池银行。蓄电池银行提高这些系统的可靠性,因为多余的能量储存在电池银行,这能量传递给负载当太阳能或风能不可用或不充分。对可靠性和成本的独立光伏发电系统,蓄电池代表主要和重要组成部分。甚至一个电池块代表只有8%的新的光伏系统的初始成本;它代表了23%的系统总成本在考虑更换电池时系统的总生命时间(20年)。

蓄电池类型

可充电电池或蓄电池是一组一个或多个电化学电池。他们被称为二次电池,因为它们的电是可逆的电化学反应。可充电电池有许多不同的形状和大小[8]。

答:铅酸电池

铅酸电池的充放电过程本质上是可逆的,系统不会受到有害的化学作用,而其能量密度和特定的能量很低,铅酸电池执行可靠地在宽的温度范围内。它的受欢迎程度和主导地位的一个关键因素是它的低成本和良好的性能和循环寿命。其局限性相对较低,循环寿命(50 - 500),很难在非常小的规模生产(inmAh) [6]。

b .碱性二次电池

大多数其他的传统类型的二次电池使用碱性水溶液作为电解液(KOH或氢氧化钠)。电极材料的活性与碱性电解质不如与酸性电解质。此外,碱性电解质的充放电机制涉及到的运输氧气或羟基离子从一个电极流向另一;因此不改变成分或电解液的浓度在充电和放电。

c .镍镉电池

镍镉蓄电池是最受欢迎的碱性二次电池,可以在几个细胞设计和大范围的大小。因为这是长循环寿命的关键因素,优秀的长期存储,低维护和良好的保留。其局限性是指低比铅酸电池能量密度和更高的成本。

d .镍电池

它被用于物料搬运卡车、地下采矿和车辆,铁路和高速运输车辆,在静止的应用程序。镍铁电池的主要优势,与镀镍钢的主要细胞成分,非常坚固耐用的结构,寿命长,经久耐用。它的局限性,即特定的能量低,可怜的电荷保留,和可怜的低温性能,其高成本的生产与使用的铅酸电池导致下降[9]

铅-酸电池的特点

铅-酸电池的额定电压是2 V,而放电和充电的上下极限温度在25°C电池开路电压是1.75和2.4 V(职责),这对应于10.5和14.4 V为12 V电池(职责)。铅(Pb)、铅(二氧化铅)和硫酸(H2SO4)是负极,正电极,分别和铅酸电池的电解液。整个电池反应是情商所示。(1)。

答:存储容量和效率

其表达的储能电池的安培小时能力(啊)或其瓦特小时能力(Wh)。啊是安培电流,乘以时间在小时,电流从电池[10]。例如,一个12 v电池额定60岁啊/ 20小时可以交付3每小时20小时(甜)。安培小时容量(AhC)是产品的时间积分的放电电流完全充电(放电深度(国防部= 0)是一个测量有多么深的一个电池放电)(国防部= 60%)。(12 * 60啊)相当于720 wh = 0.72千瓦时的能量称为瓦特小时容量。瓦特小时容量广阔)或能量能力的时间积分从完全充电放电电流和电压的乘积(国防部= 0)(国防部= 60%)。电池的安培小时效率(ηAh)的比例是安培小时放电期间交付的数量需要恢复原状,Eq。(2)。(ηWh)瓦特小时交付的数量的比率(能量)交付卸货期间,需要返回原状,Eq。(3)。

(2)

放电电流的总和——小时= 36在国防部= 60%(见表(1))和电荷电流的总和,在国防部小时= 44.4 = 60%(见表(2))。

放电瓦特的总和——在国防部小时= 445 = 60%(见表(I))和电荷瓦特的总和,在国防部小时= 695 = 60%(见表(2))。

表(我)表明,电解液比重成为1032 gr /升是非常封闭的水密度(1000克/升)。在这种情况下,电池电压下降到9.43 v时电池的开路电压下降到9.63 v。因此,电池不应该排放低于10.8 v。

c .电池充电过程

恒电压(恒压)充电方法适用于一个常数电压大于电池的电池电压。电池逐渐充电,充电电流会降低自动根据电荷状态表(II)表示。

表(二)说明充电电压值应用于电池14.4 v,整个过程中保持不变。

图(1)和图(2)显示电池行为下提到的破坏性放电。在这种情况下(SOC = 0%),(国防部= 100%),(AhC = 0)和(VOC = 9.63 v)和出院的时间(8小时),这个图表显示电池的限制电压放电过程中,我们不应超过。

考虑在图曲线。(3),我们看到,电池的温度在放电期间并无不同。

图(4)显示了电池在不同放电所需的时间。随着电流的增加,放电时间的减少和电池成为空或达到(国防部= 60%)更快,这同样适用于SOC更快达到(40%)在高电流,如无花果所示。(5)这图表显示电池电压的限制,我们不应超出在放电过程中,针对不同的负载电流放电的速度。

表(我)表明,该比重在国防部= 60%)1123 gr /升,几天后1120 gr /升如表(2)所示之前充电的自我放电的过程,这就意味着电池失去能力慢慢地当它不使用或储存。21°C的自我铅酸电池放电率大约15%到30%每月starting-lighting-ignition (SLI) [4]。

当前从电池的电压源减少和增加AhC见图(6)。图(7)说明开路电压的变化在一个函数的比重。这个图表显示的限制电池充电过程的电压和充电的速度。

开发一个算法来确定电池——啊CapacityAt quasi-constant酸温度,电池的安培小时能力(C)可以表示为一个线性函数的电压和酸浓度,根据(5)式。

表(3)显示的值计算V2, Vρ,VC,ρ2和ρC和他们的合计表(IV)。用相应的值在方程(8),(10)和(12),我们获得以下三个方程和三个未知常量:

结论

铅-酸蓄电池通常用于小型和大型光伏发电系统在独立的运营模式。选择的电池类型和容量的重要因素,实现一个高效的光伏系统。电池电压的函数电解质温度、放电深度、比重以及放电电流的电池容量的功能必须给予特别考虑当评估或为光伏发电系统设计蓄电池。电池电压和比重的关键是确定的安培小时容量电池和存储能量。测量他们在同一时间,用他们的价值观在发达算法,结果电池的容量啊。这种算法使了解光伏电力系统中的电池电荷状态并相应地执行正确设置电池充电器控制限制,因此延长电池的使用寿命和提高光伏系统的整体性能和经济学。执行测试已经证明电池安培小时效率大大高于瓦特小时效率(ηAh = 81.1%,ηWh = 64),证明考虑ηWh超过ηAh当设计或评估蓄电池的光伏发电系统。

引用

约翰•m•霍金斯,”光伏系统中存储设备:最新进展、技术和集成问题”,电视权力澳大利亚企业有限公司、pp.1, 1998年。 约翰威利& Sons,“表征铅酸电池的充电电压:应用在光伏系统充电控制策略”,威利国米科学、卷14日问题8日,第732 - 721页,2006年12月。 n . Achaiboua *, m . Haddadib a . Maleka“铅酸电池模拟包括实验验证”,爱思唯尔B。V, pp.1, 2008年。 迈克尔•根“选项卡™电池书深入指导施工、设计、和使用”,麦格劳-希尔公司,pp。350 - 400年,2011年。 Sauradip M。,S.K.Sinha,K. Muthukumar “Estimation of state of charge of lead acid battery using radial basis function” IEEE, pp.1, 2001. 约翰Chiasson估计电池电荷状态的“IEEE,卷。13日,问题3。,2005年pp.1。 n . Achaiboua * m . Haddadib a Maleka“铅酸电池模拟包括实验验证“爱思唯尔,卷。185年,pp.1, 2008年。 http://en.wikipedia.org/wiki/Rechargeable_battery(访问日期2011年2月10日)。 大卫·林登Thomas b . Reddy电池“手册”,麦格劳-希尔公司pp.525 - 612,公司,2002年。 罗宾·A·杜松子酒,“一个简单、有效的铅酸电池电力系统组件建模过程选择”,MathWorks公司,pp.2。2007. doi: 10.4271 / 2007-01-0778。