一种光伏储能系统中锂电池的充电控制系统和控制方法技术方案

本发明专利技术涉及一种光伏储能系统中锂电池的充电控制系统及控制方法，充电控制系统包括：光伏阵列、BUCK电路、锂电池、采样模块和控制模块；光伏阵列通过BUCK电路与锂电池连接；采样模块实时监测锂电池和光伏阵列的工作状态，控制模块根据采样模块反馈的数据产生输出信号，调节PWM脉冲宽度以控制BUCK电路的占空比，实现光伏储能系统中锂电池的阶段性充电。本发明专利技术在MATLAB/similink中计算出太阳能电池最大功率时电流变化范围，使其与锂电池充电允许电流进行匹配，实现了光伏发电的高效、快速存储且符合锂电池的充电要求。本发明专利技术结合了太阳能电池MPPT充电技术，在光照温度变化的情况下，光伏阵列能够输出最大功率。伏阵列能够输出最大功率。伏阵列能够输出最大功率。

【技术实现步骤摘要】
一种光伏储能系统中锂电池的充电控制系统和控制方法


[0001]本专利技术涉及一种充电控制系统和控制方法，具体涉及一种基于太阳能电池MPPT技术与锂电池充电技术相结合的光伏储能系统中锂电池的充电控制系统和控制方法。

技术介绍

[0002]光伏发电是一种清洁、安全、可靠的发电模式，它具有无穷无尽、分布广泛、就地可取、建设周期短等优势。在人烟稀少的偏远地区，光伏并网系统成本太大，必定要选择独立分布式光伏储能系统。但是，由于太阳能具有间歇性和随机性的特点，光伏发电系统无法连续稳定的提供电力。而储能用到的电池需要连续稳定的充电电流和电压，否则会造成电池储电效率低，充电循环寿命短等问题。
[0003]现阶段光伏储能系统中使用较多的电池是铅酸电池，其充电控制技术已经成熟。但相比有污染的铅酸电池，锂电池具有功率密度大、能量密度高、循环寿命长、重量轻、绿色环保等优势。但是，光伏储能系统中锂电池的充电控制方法还不是很成熟。其充电控制方法呈现三种趋势，一是为延长锂电池的寿命，对锂电池进行阶段性充电，但没有结合太阳能电池板的MPPT技术，使锂电池储能效率较低。二是为实现锂电池的快速充电，只考虑太阳能电池的MPPT技术，但对锂电池充电的保护有欠考虑，造成锂电池的寿命缩短。三是即考虑了锂电池的充电特性，又适当的结合了MPPT技术，不过其充电控制方法仍有提高的潜力。单方面考虑锂电池的充电特性或单方面追求太阳能电池的最大功率输出，会导致整个光伏储能系统的效率下降或成本上升。所以，在考虑锂电池的充电特性的同时，如果能够更合理的结合太阳能电池的MPPT技术，就可以延长锂电池的寿命且提高光伏储能的效率。
[0004]本专利技术基于太阳能电池MPPT技术和锂电池充电技术，设计了太阳能电池MPPT技术和锂电池充电技术相结合的充电控制方法。在MATLAB/simulink中对光伏储能系统进行仿真，该系统采用Buck电路作为充电电路，控制PWM脉冲宽度以调整Buck电路的占空比，实现了锂电池的阶段性充电(恒流充电、MPPT充电、恒压充电、浮充充电)。其充电过程中的恒流充电和恒压充电的平均效率可达93.5％，且MPPT充电效率在96％
‑
98.6％。本系统所设计的充电方法能够大幅度提高电能的存储效率，延长锂电池循环寿命。

技术实现思路

[0005]针对上述问题，本专利技术的主要目的在于提供一种基于太阳能电池MPPT技术与锂电池充电技术相结合的光伏储能系统中锂电池的充电控制系统和控制方法。
[0006]本专利技术是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：一种光伏储能系统中锂电池的充电控制系统，所述充电控制系统包括：光伏阵列、BUCK电路、锂电池、采样模块和控制模块。
[0007]所述的光伏阵列通过BUCK电路与锂电池连接；所述的采样模块实时监测锂电池和光伏阵列的工作状态，所述控制模块根据采样模块反馈的数据产生输出信号，调节PWM脉冲宽度以控制BUCK电路的占空比，实现光伏储能系统中锂电池的阶段性充电。
[0008]在本专利技术的具体实施例子中，在MATLAB或simulink中，对光伏储能系统中光伏阵列的大小和锂电池的型号进行匹配，使光伏阵列在标准状况下或优于标准状况下的输出电流在锂电池充电允许电流范围。
[0009]在本专利技术的具体实施例子中，BUCK电路替换为Boost电路或Boost
‑
Buck电路。
[0010]一种光伏储能系统中锂电池的充电控制方法，控制模块的具体控制方式包括以下阶段：
[0011]阶段一：当锂电池容量为0％
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10％时，进行0.5C的恒流充电，如果外界环境不能使充电电流达到0.5C，那么切换为MPPT充电；
[0012]阶段二：当锂电池容量达到10％，但未达到其满充电压时，进行MPPT充电；
[0013]阶段三：当锂电池的两端电压达到满充电压，但其容量未达到100％时，进行恒压充电，如果外界环境不能使充电电压达到恒压充电设定的电压，那么切换为MPPT充电；
[0014]阶段四：当锂电池容量达到100％时，进行浮充充电。
[0015]在本专利技术的具体实施例子中，在锂电池容量为0％
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10％时，恒流充电切换到MPPT充电后，MPPT充电电流电不超过0.5C。
[0016]在本专利技术的具体实施例子中，在锂电池容量达到10％，但其两端电压未达到满充电压时，所使用的MPPT充电算法包括但不限于干扰观察法、电导增量法。
[0017]在本专利技术的具体实施例子中，锂电池在阶段一的充电过程中，恒流充电切换为MPPT充电之后，如果外界环境改变，使锂电池可进行恒流充电，那么可再切换到恒流充电。
[0018]在本专利技术的具体实施例子中，锂电池在阶段三的充电过程中，恒压充电切换为MPPT充电之后，如果外界环境改变，使锂电池可进行恒压充电，那么可再切换到恒压充电。
[0019]本专利技术的积极进步效果在于：本专利技术提供的光伏储能系统中锂电池的充电控制系统和控制方法具有以下优点：
[0020](1)在MATLAB/similink中计算出太阳能电池最大功率时的电流变化范围，使其与锂电池充电允许电流进行匹配，实现了光伏发电的高效、快速存储且符合锂电池的充电要求。
[0021](2)设计了一种MPPT充电技术和锂电池阶段性充电相结合的充电控制方法，这种充电控制方法，一方面避免了锂电池充电初期大电流充电导致的极化效应和充电末期大电流充电效率低的问题；另一方面结合了太阳能电池MPPT充电技术，在光照温度变化的情况下，光伏阵列能够输出最大功率。
[0022](3)本系统所设计的充电控制方法能够大幅度提高电能的存储效率，其充电过程中的恒流充电和恒压充电的平均效率可达93.5％，且MPPT充电效率为96％
‑
98.6％。
附图说明
[0023]图1是本专利技术实施例提供的基于MATLAB/simulink的光伏储能系统仿真结构图。
[0024]图2是本专利技术实施例提供的光伏储能系统中锂电池充电控制方法的流程图。
[0025]图3是本专利技术实施例提供的锂电池充电过程在阶段一时的仿真波形图。
[0026]图4是本专利技术实施例提供的锂电池充电过程在阶段二时的仿真波形图。
[0027]图5是本专利技术实施例提供的MPPT充电的效率仿真波形图。
[0028]图6是本专利技术实施例提供的在光照变化时MPPT充电的效率仿真波形图。
[0029]图7是本专利技术实施例提供的锂电池充电过程在阶段三时的仿真波形图。
[0030]图8是本专利技术实施例提供的锂电池充电过程在阶段三时，光照变化时的仿真波形图。
[0031]图9是本专利技术实施例提供的锂电池充电过程在阶段四时的仿真波形图。
具体实施方式
[0032]下面结合附图给出本专利技术较佳实施例，以详细说明本专利技术的技术方案。
[0033]如图1所示，为本专利技术提供的基于MATLAB/simulink本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种光伏储能系统中锂电池的充电控制系统，其特征在于：所述充电控制系统包括：光伏阵列、BUCK电路、锂电池、采样模块和控制模块；所述的光伏阵列通过BUCK电路与锂电池连接；所述的采样模块实时监测锂电池和光伏阵列的工作状态，所述控制模块根据采样模块反馈的数据产生输出信号，调节PWM脉冲宽度以控制BUCK电路的占空比，实现光伏储能系统中锂电池的阶段性充电。2.根据权利要求1所述的光伏储能系统中锂电池的充电控制系统，其特征在于：在MATLAB或simulink中，对光伏储能系统中光伏阵列的大小和锂电池的型号进行匹配，使光伏阵列在标准状况下或优于标准状况下的输出电流在锂电池充电允许电流范围。3.根据权利要求1所述的光伏储能系统中锂电池的充电控制系统，其特征在于：BUCK电路替换为Boost电路或Boost
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Buck电路。4.一种光伏储能系统中锂电池的充电控制方法，其特征在于：控制模块的具体控制方式包括以下阶段：阶段一：当锂电池容量为0％
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10％时，进行0.5C的恒流充电，如果外界环境不能使充电电流达到0.5C，那么切换为MPPT充电；阶段二：当锂电池容量达到10％，但...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴子华，范军涛，谢华清，王元元，董岚，
申请(专利权)人：上海第二工业大学，
类型：发明
国别省市：