晨星控制器专为铅酸电池设计,这是有史以来第一款可充电电池,至今仍是市场上最常见的可充电电池。由于低成本和高功率重量比,铅酸电池作为启动电池仍然有很高的需求。然而,由于它们还具有较低的能量重量比和能量体积比,因此它们通常被选择用于固定应用,而不是电动汽车或手动工具等移动和便携式应用。未来几年,铅酸电池技术应继续广泛用于离网太阳能应用。
市场上的铅酸电池分为密封型和富液型两类。
富液型:富液型电池在充电过程中允许氢气和氧气形式的液体逸出,并且比密封电池需要更多的维护。与密封电池相比,富液电池也可以过度充电,损坏的风险更小。利用此功能,充满电的电池可以定期接受过度充电,以更好地“均衡”电池单元,从而使可能表现不佳的电池单元可以定期进入完全充电状态。
密封:密封电池是 VRLA 的同义词,因为通常电池是密封的,但如果充电或放电足够高,压力就会积聚,阀门会让气体逸出一些。AGM 或凝胶可防止电池蒸发,因此它们不需要水,因此也称为免维护。此外,AGM 和凝胶保持电解质与水混合,因此它不会沉降到底部,这称为分层。这消除了对剧烈均衡充电的需要,这有助于将电解液与充满液电池中的水混合。
AGM 和凝胶电池都适用于离网应用,这些应用需要几天的自主权,并且充电率更有可能保持在较低水平。电池内的水不太可能结冰,因为它不会与电解液分离,这意味着密封电池在较冷的温度下更受欢迎。此外,凝胶电池比 AGM 更适合更极端的温度,无论是热的还是冷的。
大多数晨星 MPPT 和 PWM 控制器使用 4 阶段电池充电算法来实现快速、高效和安全的电池充电。下图显示了阶段的顺序。
在批量充电期间,电池未处于 100% 充电状态且电池电压尚未充电至吸收电压设定点。控制器将提供 100% 的可用太阳能为电池充电。
当电池充电至吸收电压设定点时,恒压调节用于将电池电压保持在吸收设定点。这可以防止加热和过度的电池放气。允许电池在吸收电压设定点达到完全充电状态。吸收式充电期间,绿色 SOC LED 每秒闪烁一次。
电池必须在吸收充电阶段累积 120 – 150 分钟,具体取决于电池类型,然后才会过渡到浮充阶段。但是,如果电池在前一天晚上放电低于 50 伏,吸收时间将延长 30 分钟。
如果有内部温度传感器或连接了 RTS,则吸收设定点是温度补偿的。
电池在吸收阶段完全充电后,ProStar MPPT 将电池电压降低到浮动电压设定点。当电池充满电后,就不会再发生化学反应,所有的充电电流都会变成热量和气体。浮动阶段提供了非常低的维护充电率,同时减少了充满电的电池的发热和放气。浮充的目的是保护电池免于长期过充。在浮充期间,绿色 SOC LED 将每两 (2) 秒闪烁一次。
一旦进入浮动阶段,负载可以继续从电池中获取电力。如果系统负载超过太阳能充电电流,控制器将不再能够将电池保持在 Float 设定点。如果电池电压在累计 60 分钟内保持低于浮动设定点,控制器将退出浮动阶段并返回批量充电。
如果有内部温度传感器或连接了 RTS,则 Float 设定点会进行温度补偿。
请注意均衡充电
某些电池类型受益于周期性的增压充电,以搅拌电解质、平衡电池电压并完成化学反应。均衡充电将电池电压升高到标准吸收电压以上,使电解液气体化。在均衡充电期间,绿色 SOC LED 将每秒快速闪烁两 (2) 次。均衡充电的持续时间由正在使用的控制器选择的电池类型决定。均衡时间定义为在均衡设定点所花费的时间。如果没有足够的充电电流达到均衡电压,均衡将在一段时间后终止,电池电压高于吸收电压设定点。这样做是为了避免过度充气或加热电池。如果电池需要更多时间进行均衡,
如果有内部温度传感器或连接了 RTS,则均衡设定点是温度补偿的。
为什么要均衡?
常规均衡循环通常对电池的性能和寿命至关重要——尤其是在太阳能系统中。在电池放电过程中,硫酸被消耗并且在极板上形成柔软的硫酸铅晶体。如果电池保持部分放电状态,软晶体会随着时间的推移变成硬晶体。这个过程称为“铅硫酸化”,随着时间的推移,晶体会变得更硬,更难转化回柔软的活性材料。电池长期充电不足导致的硫酸化是太阳能系统中电池故障的主要原因。除了降低电池容量外,硫酸盐的堆积是导致板子翘曲和栅极破裂的最常见原因。深循环电池特别容易受到硫酸铅的影响。
如果电池充满电,电池的正常充电可以将硫酸盐转化回软活性材料。然而,太阳能电池很少完全充电,因此软硫酸铅晶体会在一段时间后变硬。只有在较高电压下长时间受控过充电或均衡才能逆转硫酸盐晶体的硬化。
何时均衡?
均衡的理想频率取决于电池类型(铅钙、铅锑等)、放电深度、电池寿命、温度和其他因素。一个非常广泛的指南是每 1 到 3 个月或每 5 到 10 次深度放电对充满电的电池进行均衡。一些电池,例如 L-16 组,将需要更频繁的均衡。
电池中最高单元和最低单元之间的差异也可以表明需要均衡。可以测量比重或电池电压。电池制造商可以为您的特定电池推荐比重或电压值。
均衡准备:首先,确认所有系统负载都符合均衡电压的额定值。考虑到在 0°C (32°F) 时,安装了温度传感器的 L-16 电池的均衡电压将达到 16.75 伏。断开任何因输入电压高而有损坏风险的负载。
如果使用 Hydrocaps,请务必在开始均衡之前将其移除。用标准电池盖更换 Hydrocaps。Hydrocaps 在均衡过程中会变得非常热。此外,如果使用 Hydrocaps,则应将均衡设置为仅手动(许多控制器具有启用自动或手动均衡的开关)。
均衡完成后,向每个电池中添加蒸馏水以补充气体损失。检查电池板是否被盖住。
均衡密封电池?一些晨星控制器包括带有均衡循环的工厂预设密封电池设置。这些对单个电池进行调平的最小“升压”周期不是均衡的,并且不会从需要高达 14.4V 充电(12V 电池)的密封电池中排出气体。许多 VRLA 电池,包括 AGM 和凝胶,都具有高达 14.4V 的充电要求(12V 电池)。根据电池制造商的建议,密封电池的“升压”循环也可以使用均衡设置开关禁用到手动,如果需要,某些晨星控制器随附。也可以使用具有自定义编程功能的控制器完全禁用均衡。
晨星控制器将有多达七个工厂预设,并且许多可以自定义编程。通常,TriStar、TriStar MPPT(150V 和 600V)和 ProStar MPPT 的七个预设之一将非常适合特定的铅酸电池。一些电池制造商提供与晨星预设非常匹配的电压调节设定点。
Morningstar 的默认温度补偿基于每个电池 -5mV/°C 或每个 12V 电池组 -30mV/°C。这通常是业界公认的温度补偿,但如果它与电池制造商的规格不同,可以进行修改。
我们有时会收到有关 Morningstar 浮动调节电压的问题,该电压可能比电池制造商指示的稍高。应该注意的是,在太阳能应用中,这些较高的浮动设置效果更好,因为电池只能在白天保持浮动。制造商指示的浮动设置较低,因为电池会一次放置数天或数周而不会放电或退出浮动。在这些连续浮充或零放电情况下,最好尽量减少涓流充电。
一般来说,放电越多的电池需要更多的充电。这就是为什么 Morningstar 包含以下自定义可编程选项,这些选项可以增加或减少电池接收的充电量。
如果前一天电池电压低,吸收延长会增加吸收时间。
如果电池电压变得非常低,则浮动取消一整天的吸收充电恢复。
增加浮动调节电压,使电池可以在下午以较低的速率继续充电。
如果电池将经历更深的放电,则均衡可能会更频繁。
安装人员和最终用户可以根据包括电池组大小和类型、平均每日负载、阵列大小和温度在内的许多因素进行小幅调整。Morningstar 的默认设置适用于大多数情况,但进行小的更改可以提高许多系统的性能。没有必要进行修改,但有时可能需要增加或减少电池充电,并且有几种方法可以使用自定义设置来做到这一点。