蓄電池是風(fēng)光儲聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)中重要的組成部分，而蓄電池的成本及使用壽命嚴重制約著風(fēng)光儲聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用。蓄電池的充電過程是影響蓄電池壽命的主要因素，文章對目前常用的幾種充電方法進行分析研究，探討了一種優(yōu)化的充電控制方法，可以在一定程度上提高充電效率及蓄電池壽命。

引言

由于風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電系統(tǒng)受自然氣候的影響具有較大的隨機波動性，因此為滿足系統(tǒng)穩(wěn)定可靠運行要求，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，配備一定容量的儲能設(shè)備成為風(fēng)光發(fā)電系統(tǒng)保障其正常運行的重要途徑。蓄電池是一種比較理想的儲能裝置，近年來已成為電力系統(tǒng)應(yīng)用最為廣泛的儲能裝置。但是考慮到蓄電池及風(fēng)光發(fā)電系統(tǒng)自身的成本和技術(shù)成熟度，目前一般采用鉛酸蓄電池儲能[1]。由于蓄電池成本在風(fēng)光發(fā)電系統(tǒng)成本中占有較大的比重，因而蓄電池的使用壽命則成為風(fēng)光發(fā)電系統(tǒng)廣泛應(yīng)用的瓶頸。充放電電流大小和對蓄電池的過充電現(xiàn)象是影響蓄電池壽命的兩個主要因素[2]。如何高效、快速、無損地對蓄電池進行充電，一直是蓄電池界極其關(guān)注的問題，也是蓄電池使用和保養(yǎng)中非常重要的內(nèi)容。絕大多數(shù)的蓄電池不是用壞的，而是“充壞”的。充電裝置的性能優(yōu)劣對蓄電池的使用壽命具有舉足輕重的作用。因此，研究和探討先進的充電技術(shù)及充電裝置是蓄電池領(lǐng)域重要的課題，本文對目前常用的充電方法進行分析，探討了一種優(yōu)化充電控制方法。

1、目前常用的充電方法

1.1多階段充電法

1)二階段恒流充電法

采用二段恒流充電，第一段為大電流恒流充電，充電初期蓄電池可接受的充電電流較大，因而先采用大電流恒流充電以使電池獲得大部分的電量。隨著充電的進行，蓄電池可接受的充電電流不斷減小，當(dāng)蓄電池端電壓達到設(shè)定值，蓄電池進入小電流恒流充電階段。二階段恒流充電法的充電效果比恒壓或恒流充電法要好，不過它只是對馬斯曲線的粗略模擬，還達不到蓄電池高性能快速充電的要求。

2)二階段恒流恒壓充電法

采用恒流和恒壓相結(jié)合的充電方法，第一段為恒流充電，充電電流為i1，t1時刻蓄電池端電壓達到恒壓值u1，此時進入恒壓充電階段。隨后充電電流逐漸減小，直到充電結(jié)束。兩階段充電過程中，電解液中產(chǎn)生的氣泡很少，可以節(jié)省電能、降低蓄電池的溫升，避免電池極板的損壞。恒壓限流充電是一種十分有效的充電方式，如果加上過充判斷、浮充控制、溫度補償?shù)?，就可以?gòu)成一個簡單的電池管理系統(tǒng)。

3)三階段充電法

在第一階段以適當(dāng)?shù)暮愣娏鬟M行充電，蓄電池充電到一定容量后，采用恒壓充電，充電電流減小，直到充足為止。這樣，蓄電池在充電初期不會出現(xiàn)很大的電流，在后期也不會出現(xiàn)過高電壓，使蓄電池產(chǎn)生析氣。

在兩階段充電完畢，蓄電池容量可達到當(dāng)時環(huán)境條件下的額定容量。但由于蓄電池自放電會損失一部分容量，因而許多充電控制器在電池充滿后繼續(xù)以小電流進行充電，來彌補蓄電池的自放電，這種以小電流充電的方式也稱為浮充或涓流充電。這就是在兩階段基礎(chǔ)上的第三階段，但這一階段的充電電壓要比恒壓階段低。

1.2脈沖式充電法

脈沖式充電是指充電電流以脈沖的形式加在蓄電池兩端，在電池充電過程中為其提供一小段間歇時間，使極化現(xiàn)象快速消失的一種充電方法。實現(xiàn)的方法是調(diào)節(jié)充電電壓的開關(guān)器件導(dǎo)通角，或者調(diào)整充放電脈沖的寬度或充放電周期的大小。脈沖充電方法的理論基礎(chǔ)是通過在充電中途短時間的停充電，使參加反應(yīng)的鉛離子來得及通過PbSO4溶解而生成并提高其濃度，又使生成的H+和HSO4―離子及時從電極表面附近移開，減少析氣量，提高蓄電池的充電電流接受率。電池內(nèi)部溫度也會得到有效控制，充電副反應(yīng)也將減少，充電速度就可大大加快，縮短充電時間，充電容量也將提高很多。

1.3REFLEX充電法

Reflex快速充電法[3]是美國的一項專利技術(shù)，實際是對脈沖式充電方法的改進。它是在脈沖式充電法的基礎(chǔ)上加入反向放電，大大減弱蓄電池充電的極化現(xiàn)象，提高蓄電池可接受的充電電流。Reflex充電方法主要面對的充電對象是鎳鎘電池，它解決了電池的記憶效應(yīng)，能大大縮短蓄電池的充電時間。鉛酸蓄電池的充電方法和對充電狀態(tài)的檢測與鎳鎘電池有很大不同，但它們之間可以相互借鑒，互相參考。

1.4變電壓間歇充電法

變電壓間歇充電法通過間歇停充，使蓄電池化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的氧氣被重新化合吸收，減輕蓄電池的內(nèi)壓，使蓄電池可以吸收更多的電量。實驗結(jié)果驗證，這種充電方法能夠有效的提高充電的速度和效率，變壓充電更符合蓄電池的最佳充電曲線，從工程角度看，恒壓控制更容易實現(xiàn)。

1.5變電流間歇充電法

變電流間歇充電方法是把恒流充電改成限壓變電流充電。充電前期，各段采用變電流間歇充電的方法，保證加大充電電流得到絕大部分充電量。充電后期采用定電壓充電，獲得過充電量，將電池恢復(fù)至完全充電狀態(tài)。通過間歇停充，可使蓄電池吸收更多的電量。從馬斯曲線[4]很容易得出：蓄電池可接受的充電電流隨著充電時間的增加而減小。變電流間歇充電方法正是根據(jù)這一結(jié)論，在充電初期用大電流充電，隨著充電的進行不斷減小充電電流，并在電流轉(zhuǎn)換階段停充一段時間，使蓄電池內(nèi)化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的氧氣和氫氣有時間重新化合，使?jié)獠顦O化和歐姆極化得到消除，從而減輕了蓄電池的內(nèi)壓，使下一輪恒流充電能更加順利地進行。

2、優(yōu)化的充電方法

蓄電池內(nèi)部的極化現(xiàn)象在充電末期才會嚴重比較嚴重，帶來如析氣、溫升等嚴重的負面影響，這些因素將折損蓄電池壽命。在正常浮充電壓下，浮充電流不應(yīng)超過0.05C(此時氣體復(fù)合率為90%)，以防止蓄電池過量失水而加劇蓄電池容量不一致。因此，普通的三段式充電方法末期充電電流要求很小，致使充電時間過長，而充電末期采用脈沖充電法可以消除上述負面效應(yīng)，加快充電速度并能有效延長蓄電池使用壽命。這樣探討一種階段恒流與脈沖充電相結(jié)合的充電方法。

充電過程分為3個階段，即涓流-恒流Ⅰ-停充-恒流Ⅱ-停充-正負脈沖充電。其中，涓流充電階段是為了激活電池，為大電流充電創(chuàng)造條件，避免了在冷態(tài)下直接用大電流充電對電池的危害，有效延長電池壽命;中間二段恒流充電在防止過電壓的情況下對電池進行快速充電，每階段之后停充10s，使大電流充電產(chǎn)生的氣體復(fù)合，從而利于下一階段充電的進行;正負脈沖階段是維護電池，克服電池硫化和自放電問題，能顯著提高充電速度并延長電池壽命。

3結(jié)論

本文對現(xiàn)有的幾種蓄電池充電控制方法進行了分析比較，針對當(dāng)前充電方法存著的缺點進行改進，探討了一種優(yōu)化的多階段充電方法，可以實現(xiàn)快速充電的控制目標(biāo)，并在一定程度上可以延長鉛酸蓄電池的使用壽命。