简要说明：PG12V100牌的POWER-SONIC蓄电池PG12V100/12V100AH参数产品：估价：电议，规格：PG12V100，产品系列编号：PG12V100

POWER-SONIC蓄电池PG12V100/12V100AH参数

可以实现升压的变换器有Boost变换器、推挽变换器、全桥变换器、半桥变换器、单管正激和双管正激变换器等。其中Boost是输入输出不隔离的,其他五个都是隔离型的变换器,为了同时实现升压和隔离的功能,因此Boost变换器被排除掉。而剩下的几种变换器中,单管正激不适合这种1000W的功率等级,因此也被排除掉。全桥、半桥、双管正激变换器又比较适合高压向低压变换的场合,而本系统的输入为直流24V蓄电池电压,输出为交流380V,其输入侧的电压较低,电流较大,以上三种变换器并不适合,因此只剩下最适合这种低压大电流场合的推挽变换器。而推挽变换器采用推挽正激变换器又存在变压器偏磁的问题,为了解决这个问题,对推挽电路做了一点改进,在原有电路的基础上加了一个箝位电容C2,成了推挽正激电路。推挽正激电路的优点是,既保留了推挽电路适合低电压大电流的输入场合特点,又由于箝位电容C2的存在可以很好地控制原边开关的电压尖峰,有效地抑制了推挽电路变压器偏磁,因此升压变换器采用推挽正激电路。

法国POWER SONIC电池 是欧洲军用级别电池的核心领导者，一直在全球电池业务中成为主导力量至今42年。POWER SONIC电池于1999年与2000年分别完成ISO9001与ISO14001认证，2002年通过 OHSAS18001 认证。至2007年又完成占地达20万平方公尺于欧洲厂房，2008年通过TL9000通信/通讯电子业质量系统验证。

POWER SONIC电池 拥有产品线广度完整及弹性制造技术的竞争优势，迄今已开发出超过400种不同用途之电池，并持续开发电动车，太阳能及风力等再生能源用电池。对于产品创新发展无穷尽的追求与态度，POWER SONIC电池自1993年起陆续与法国工研院材料所合作深度放电用密闭式电池、电动机车用电池及高功率改质电池等之开发，并多方引入新技术，更投资了许多先进的设备来彰显我们对客户与时俱进；永续发展的信念与承诺。涵盖了全球企业的各个方面的业务，无论你的需求是什么样的电池，我们将呈现更完美的电池产品。　

型号	标称电压	额定容量	尺寸/重量
V	20hr	长	宽	高	总高	公斤
PS-1272	12	7.2	151	65	94	98	2.40
PS-1280	12	8	151	65	94.5	100	2.5
PSH-1280FR	12	8.5	151	65	94	98	2.72
PS-1282L	12	9	196	56	118	118	3.13
PS-1282S	12	9	98	112	118	118	3.13
PS-1290	12	9	151	65	94	98	2.72
PS-12100	12	12.0	151	102	94	98	3.69
PS-12100H	12	10.5	151	65	112	118	3.28
PSH-12100FR	12	10.5	151	65	111	117	3.18
PS-12120	12	12.0	151	98	94	100	3.59
PS-12120L	12	12.0	215	70	146	146	3.99
PS-12140	12	14.0	151	98	94	100	4.09
PS-12180	12	18.0	181	76	167	167	5.72
PSH-12180FR	12	21.0	181	77	167	167	5.99
PS-12200NB	12	20.0	181	76	167	165	6.00
PS-12260	12	26.0	167	177	125	125	7.71
PS-12280	12	28.0	165	125	177	177	9.14
PS-12330	12	33.0	196	131	158	178	9.73
PS-12350	12	35.0	196	131	158	178	10.64
PS-12400	12	40.0	197	165	170	170	13.20
PS-12550	12	55.0	230	138	207	228	16.33
PS-12750	12	75.0	260	168	207	228	22.95
PS-121000	12	100.0	305	168	207	228	30.84
PS-121100	12	110.0	330	171	212	220	31.32
PS-121400FR	12	140.0	343	171	274	283	44.91

模型	电压	容量	容量
	V	20小时	10小时	长	宽	高	总高	公斤
PG-12V28 FR	12	28	28.0	167	177	125	125	8.4	T12
PG-12V35 FR	12	36	35.0	196	130	158	177	11.1	T6
PG-12V42 FR	12	45	42.0	197	165	170	156	14.5	T6
PG-12V55 FR	12	60	56.0	230	138	207	228	16.3	T6
PG-12V65 FR	12	70.6	65.0	348	167	178	159	21.3	T6
PG-12V75 FR	12	80	75.0	348	167	178	164	24.6	T6
PG-12V75T FR	12	80	75.0	260	168	210	216	24.6	T6
PG-12V100 FR	12	104.0	100.0	306	168	210	216	31.5	T6
PG-12V103 FR	12	111	103.0	330	173	212	220	31.8	T11
PG-12V120 FR	12	129	124.0	410	177	211	226	37.2	T11
PG-12V140 FR	12	154	144.0	343	171	274	280	45.9	T11
PG-12V150 FR	12	166	153.0	485	170	242	224	46.7	T11
PG-12V200 FR	12	226	210.0	522	240	218	224	64.1	T11

技术特色 (TECHNICAL FEATURES)

● 密闭结构 (Sealed Construction)
● 电解液悬浮系统 (Electrolyte Suspension System)
● 气体再组合 (Gas Recombination)
● 使用免保养 (Maintenance-Free Operation)
● 任何方向可使用 (Operation In Any Position)
● 低压力排气系统 (Low Pressure Venting System)
● 高负荷格子体 (Heavy Duty Grids)
● 低自行放电－长保存寿命 (Low Self Discharge-Long shelf Life)
● 宽广的温度使用范围 (Broad Operating Temperature Range)
● 高回复容量 (High Recovery Capabillity)

应用 (APPLICATIONS)

POWER SONIC电池是被设计应用在浮动充电及循环充电使用，高重量能量密度结合了大小和形状的宽广选择，让电池在众多应用下有合理的选择，部分共同应用项目包括但不仅限于常备或主要电源如下 :
● 警报系统 (Alarm Systems)
● 有线电视 (Cable Television)
● 通信设备 (Communications Equipment)
● 控制设备 (Control Equipment)
● 计算机 (Computer)
● 电子收款机 (Electronic Cash Registers)
● 电子测试设备 (Electronic Test Equipment)
● 电动轮椅 (Electronic Powered Wheelchairs)
● 紧急照明系统 (Emergency Lighting Systems)
● 防火或保全系统 (Fire & Security Systems)
● 地理设备 (Geophysical Equipment)
● 海洋设备 (Marine Equipment)
● 医学设备 (Medical Equipment)
● 办公室微处理机 (Micro Processor Based Office Machines)
● 可携式电影和电视灯光 (Portable Cine & Video Lights)
● 电动工具 (Power Tools)
● 太阳能系统 (Solar Powered Systems)
● 电信系统 (Telecommunications Systems)
● 电视和录像机 (Television & Video Recorders)
● 玩具 (Toys)
● 不断电系统 (Uninterruptible Power Supplies)
● 自动贩卖机 (Vending Machines)

POWER-SONIC 电池 电源，Power-One 电源 DC/DC 转换器，Power-One 电源 AC DC 转换器，Power-One 电源控制器 监控器，Power One公司是数字电源技术(DPT)的领导厂商，提供可再生能源和高能效功率转换及功率管理解决方案。具体型号参考如下：

电池品牌          型号           

经营范围：

我公司主要做的产品是：

螺线管：Guardian Electric、LEDEX/Johnson、Electroswitch.

连接器：Amphenol、TE Connectivity/AMP/TYCO、Sullins、MOLEX、ITT Cannon、L-COM、

DataPro、Bourns、Bulgin、RICHCO、Harting、Hirose、CUI、Mill-Max、DIALIGHT、PANDUIT、

Norcomp.weidmuller、WAGO、Delphi 、CONEC、Souriau、Pomona、Switchcraft、Neutrik、Emerson、

Alectron、Abbatron / HH Smith、Cooper、Keystone、Thomas & Betts、ELCO/AVX、MULTICOMP.3

继电器：ALEPH、AMERICAN ZETTLER、BROYCE CONTROL、COTO、CARLO GAVAZZI、CLARE、Crouzet

Crydom、Cynergy3、DURAKOOL、ELESTA、Fujitsu、Grayhill、IDEC、KEYSTONE、KEYSWITCH、OPTO、

Panasonic、Phoenix、RELECO、RERANCEA、Stancor、Struthers-Dunn、Teledyne Relays、TE

Connectivity、Magnecraft/Schneider、MULTICOMP

开关：Honeywell、Schneider、E-Switch、AIRPAX、Crouzet、C&K、APEM、 Cherry、ITW SWITCHES、

NKK Switches、ALPS、Telemecanique.

电池：POWER-SONIC、Dantona、Duracell、EnerSys、Energizer、Eagle Picher、VARTA、Tadiran、

Milwaukee、Ultralife.

电线电缆：ALPHA WIRE、BELDEN、DataPro、PPRO POWER.

电源：POWER-ONE、ETA-USA、CONDOR/SL POWER、XP POWER、SIEMENS、TRUST.

传感器：Honeywell、HAMLIN、LEM USA、E-T-A、Optek、Spectrum Sensors.

水银继电器：STRUTHERS-DUNN、DURAKOOL. 变压器：TAMURA、Triad、MULTICOMP

滤波器：SCHAFFNER、TE Connectivity、MURATA. 保险丝：SIBA、Bourns、Littelfuse.

磁环：Fair-Rite、KITAGAWA、WUERTH. 电位器：Bourns 断路器：E-T-A、Airpax

工 具: Amphenol、Master

1.3   逆变器拓扑选择

常用逆变器的拓扑有全桥和半桥两种形式。全桥逆变电路的特点是适合大功率、高压输入场合,另外它还有直流电压利用率高的优点。由于全桥比半桥具有更高的直流电压利用率,因此在本系统中采用全桥逆变电路。

1.4   控制资源的分配

基于以上的系统构架和拓扑选择,又对控制资源进行了配置。这里采用两个以英飞凌单片机为核心的控制板。

(1)其中一个控制板用于控制充电器和升压变换器,它要实现以下功能:

①最大功率跟踪;

②蓄电池充电管理及过充、过放保护;

③升压电路输出稳压及保护。

这块控制板采样太阳能电池输出电压和输出电流,用以寻找太阳能电池的最大功率点(MPP);对变换器的输出电流和蓄电池的电压进行采样,用于蓄电池的充放电管理。另外通过采样变换器的输出电压,通过MCU计算后得出占空比,控制其输出电压稳定在380V,以供后边的逆变器可以逆变出220V/50Hz的交流电压。

(2)另一个控制板用于控制逆变器,它实现以下功能:

①双极性SPWM控制;

②输出过流保护。

逆变器的控制板采样输出电压,送入MCU,在MCU中,采取全数字双极性SPWM的控制策略,MCU输出的占空比经过驱动电路去驱动全桥的四个IGBT,使逆变器输出电压达到要求。还要对逆变器输出电流采样,进行过流保护。

另外值得一提的是,充电器和升压电路的控制共同使用一块控制板,此控制板和逆变器的控制使用的另一块控制板在硬件上是完全一样的,都是采用XC164SM为核心,只是软件有所不同而已,所以控制板具有良好的通用性与互换性。

控制电路的核心选用英飞凌公司的16位单片机XC164SM,其时钟频率为40MHz,它具有强大的外设资源,其中包括一个ADC模块,支持16路信号的采样,AD转换结果的精度为10位或8位,AD转换速度最快为1.65μs;它还有两个捕获比较单元,用它既可以产生PWM信号,又可以实现对外部脉冲信号进行捕获;另外还具有两个定时器模块,它不仅可以产生定时中断,还可以对外部的脉冲信号进行计数;它还包括两个同步并行通信接口(SPI)和两个同步串行通信接口(SCI),利用这些接口可以实现单片机与上位机以及外部设备的通讯。

2   独立光伏发电系统关键技术研究

2.1   最大功率点跟踪

最大功率点跟踪的方法有许多,例如恒压法、开路电压法、短路电流法、曲线拟合法、扰动观察法、电导增量法等。但是常用的且在真正意义上能实现最大功率点跟踪的方法只有扰动观察法和电导增量法。

(1)太阳能仿真模型的建立

为了更好理解最大功率点的方法,在这里先介绍一下太阳能电池的一些特性。

图3为太阳能电池的输出特性曲线,Uoc、Isc、Um、Im分别为一定外部条件下太阳能电池的开路电压、短路电流、最大功率点所对应的电压和电流,A点为最大功率点。图4为太阳能电池的等效电路模型,其解析表达式如公式(1)所示:                         

图3  太阳能电池I-U曲线                                       图4  太阳能电池等效电路

（1）

式(1)中,Iph为太阳能电池光生电流,Isat为电池单元的二极管反向饱和电流,A为无量纲的任意曲线的拟合常数,其取值范围为1≤A≤2,一般当太阳能电池输出高电压时A=1;当太阳能电池输出低电压时A=2,k为波尔兹曼常数,T为太阳能电池的绝对温度,q为电子电量,Rs为串联等效电阻,Rsh为并联等效电阻,I为太阳能电池输出电流,U为太阳能电池输出电压。式(1)是由固体物理理论推导出来的最基本的解析表达式,能较好地描述太阳能电池在一般工作状态下的特性,已被广泛应用于太阳能电池的理论分析中。因此根据太阳能电池的等效电路及其I-U特性方程,在MATLAB中建立模型,如图5所示。

                                                 图5  太阳能电池仿真模型

而图6和图7分别为在MATLAB中所建立的太阳能电池模型仿真的I-U和P-U曲线,由以上两个曲线可以看出在MATLAB中建立的仿真模型很好地模拟了太阳能电池的输出特性,最大功率点在35.5V左右,最大功率为155W。因此可以运用此模型在MATLAB中对MPPT算法进行仿真。

图6  太阳能电池仿真模型的I-U曲线             图7  太阳能电池仿真模型的P-U曲线

(2)扰动观察法

扰动观察法是一种常用的实现MPPT方法,它通过改变太阳能电池的输出电压,给以一定的扰动,实时采样太阳能电池的输出电压和电流,计算它们的乘积,得到太阳能电池此刻的输出功率,将其和上一采样时刻的功率相比较,如果大于上一时刻的功率,则维持原来电压扰动的方向;如果小于上一时刻的功率,则改变电压扰动的方向。这样就确保了太阳能电池的输出电压朝着输出功率增大的方向变化,从而实现最大功率跟踪。

扰动观察法(P&O)的算法流程见图8所示,UP(k)、IP(k)、P(k)分别为第k次采样的太阳能电池输出电压、电流和功率,△P为两次采样的功率差,△U为太阳能电池输出电压扰动量。

                                                      图8  扰动观察法程序流程图

根据扰动观察法的算法特点运用先前建立的太阳能充电器模型,再运用MATLAB进行算法的仿真。

图9和图10分别为扰动观察仿真得到的太阳能电池输出电压和输出功率的曲线,从仿真结果可以看出,所设计的扰动观察法的算法使太阳能电池的输出电压在35.5V左右波动,使输出功率基本在155W左右波动,所以通过仿真验证了此扰动观察MPPT算法的正确性和可行性。

图9  P&O法仿真太阳能电池输出电压        图10  P&O法仿真太阳能电池输出功率

(3)电导增量法

电导增量法(INC)是另一种常用的MPPT算法。其思想主要是通过比较某一时刻的电导和增量电导的关系来改变扰动的方向。某一时刻电导和增量电导的关系反映了此时的太阳能电池的工作状态是最大功率点(MPP)的左边还是右边,从而据此来改变扰动的方向。根据太阳能电池的U-P特性曲线可知,在最大功率点处的功率对电压的倒数为零,在最大功率点的左边倒数为正,在最大功率点的右边倒数为负。

而dP/dU又可以表示为以下形式: (2)

I/U和ΔI/ΔU分别被成为电导和增量电导,通过判断I/U+ΔI/ΔU与0的关系来确定电压扰动的方向。当I/U+ΔI/ΔU>0，增大太阳能电池的电压，当I/U+ΔI/ΔU=0，维持太阳能电池不变，当I/U+ΔI/ΔU<0，减小太阳能电池电压，从而实现最大功率跟踪。具体的程序流程如图11所示。

                                                   

                                                 图11  电导增量法程序流程图

根据电导增量法的特点运用先前建立的太阳能充电器模型,在MATLAB进行算法的仿真。
由太阳能电池的仿真模型可知,太阳能电池最大功率点是在35.5V左右,最大功率在155W左右,从图12、图13可以看出,所设计的电导增量法的算法使太阳能电池的输出电压在35.5V左右波动,使输出功率基本在155W左右波动,因此通过仿真验证了此电导增量MPPT算法的正确性和可行性。

2.2   蓄电池充电策略

在太阳能光伏发电系统中,蓄电池的充放电控制技术直接影响到系统的性能。充电控制方法的优劣,一方面影响到蓄电池荷电量的大小,另一方面关系到其使用寿命。对铅酸蓄电池的充电方法有很多,包括恒流充电、恒压充电、恒压限流充电、两阶段充电、三阶段充电等方法。由于独立光伏系统中,蓄电池的寿命直接决定了系统的寿命,所以不能简单地使用恒流或者恒压充电,必须对蓄电池的充电进行更好的控制和保护,因此本文采用三阶段充电的策略。

      (1)三阶段充电

三阶段充电特性如图14所示。这种方式是克服恒流与恒压充电的各自缺点,使其优点相结合的一种充电策略。它要求首先对蓄电池采用恒流充电方式充电,蓄电池充电到达一定容量后再采用恒压方式进行充电。这样,蓄电池在初期充电就不会出现很大的电流,在后期也不会出现高电压,使蓄电池产生析气。两阶段充电完毕,即蓄电池容量到达其额定容量时,再对蓄电池以很小的电流进行充电,以弥补蓄电池的自放电,这种以小电流充电的方式也称为浮充。这就是在两阶段基础上的第三阶段,但在这一阶段的充电电压要比恒压阶段低,如图11的虚线段uf。

                                                  图14  三阶段充电特性

(2)三阶段充电及过放、过充保护的软件实现
为了既能充分地利用太阳能,又能兼顾蓄电池的使用寿命,采取了三阶段充电策略给蓄电池充电,即恒流充电、恒压充电、浮充,并且增加了蓄电池的过充保护。充电器三阶段充电和过充保护的总体流程如图15所示。

                                             图15  三阶段充电和过充保护流程图

①恒流充电
在充电初期,蓄电池的荷电状态比较低,采用恒流充电,充电器的控制对象为Buck变换器的输入电压,即太阳能电池输出电压,通过MPPT算法找到最大功率点所对应的电压,作为太阳能电池的电压基准,并且通过数字PI算法使太阳能电池功率工作在最大点。假设理想情况下,充电器没有损耗,太阳能电池输出的功率全部用于蓄电池充电,当太阳能电池实现MPPT时,蓄电池也就是最大功率充电,由于蓄电池电压变化比较缓慢,可以认为短时间内是不变的,而且最大功率在短时间内也是不变的,因此一段时间内充电电流基本上是不变的,从而实现了恒流充电。

②恒压充电

当恒流充电进行到一段时间以后，蓄电池的电压升高到29V时，退出恒流充电，进入恒压充电阶段。此时，充电器的控制对象为Buck变换器的输出电压，即蓄电池的电压，并且通过数字PI算法使蓄电池的电压稳定在29V，从而实现了恒压充电。

③浮充

随着恒压充电进行后,蓄电池对电流的接受能力减弱,充电电流开始变小,当充电电流减小到0.5A以下,则退出恒压充电,进入浮充状态。根据蓄电池手册上的数据,浮充电压为27V左右。此时,充电器的控制对象仍然为Buck变换器的输出电压,即蓄电池的电压,并且通过数字PI算法使蓄电池的电压稳定在27V,从而实现了浮充。

3   实验结果及分析

POWER-SONIC蓄电池PG12V100/12V100AH参数

POWER-SONIC蓄电池PG12V100/12V100AH参数