控制器对蓄电池的过放电机理

1.铅酸蓄电池的放电特性

铅酸蓄电池的放电特性曲线如图6-9所示，由该曲线可以看出，蓄电池的放电过程有三个阶段，开始阶段（OA）电压下降较快，中期（AB）电压缓慢下降，延续较长时间，B点后放电电压急剧下降。电压随放电过程不断下降的原因主要有三个：第一，随着蓄电池的放电，酸浓度降低，引起电动势降低；第二，活性物质的不断消耗，反应面积减小，使极化不断增加；第三，由于硫酸铅的不断生成，电池内阻不断增加，内阻压降不断增大。图6-9中B点电压标志着蓄电池已接近放电终了，应立即停止放电，否则将会使铅酸蓄电池损坏。

图6-9　铅酸蓄电池的放电特性曲线

2.常规过放电保护原理

通过对蓄电池放电特性的分析可知，在蓄电池的放电过程中，当放电到相当于C点的电压出现时，就标志着该电池已到达放电终了。依据这一原理，在控制器中设置电压测量和电压比较电路，通过监测C点的电压值，即可判断蓄电池是否应结束放电。对于开口式铅酸蓄电池，标准状态（25℃，0.1C放电率）下的放电终了电压（C点电压）为1.75～1.8 V；对于阀控式密封铅酸蓄电池，标准状态（25℃，0.1C放电率）下的放电终了电压为1.78～1.82 V。在控制器里比较器设置的C点电压称为门限电压或电压阈值。

3.蓄电池剩余容量控制法(https://www.daowen.com)

在很多领域，铅酸蓄电池是作为启动电源或备用电源使用的，如汽车启动电瓶和UPS电源系统。在这种情况下，蓄电池处于浮充电状态或充满电状态，运行过程中其剩余容量或荷电状态SOC（state of charge）始终处于较高的状态（80％～90％），而且有高可靠性的、一旦蓄电池过放电就能将蓄电池迅速充满的充电电源。蓄电池在这种使用条件下很不容易被过放电，因此使用寿命较长。

在独立运行的风力发电系统中，蓄电池的充电电源来自风力发电机，其保证率远远低于交流电的场合，气候的变化和用户的过量用电都很容易造成蓄电池的过放电。铅酸蓄电池在使用过程中如果经常深度放电（SOC低于20％），则铅酸蓄电池的使用寿命将会大大缩短；反之，如果铅酸蓄电池在使用过程中一直处于浅放电（SOC始终大于50％）状态，则铅酸蓄电池的使用寿命将会大大延长。

图6-10所示为蓄电池循环寿命与放电深度DOD的关系，从图中可以看出，当放电深度DOD（SOC=1-DOD）等于100％时，蓄电池循环寿命只有350次；当放电深度控制在50％时，蓄电池循环寿命可以达到1000次；当放电深度控制在20％时，蓄电池循环寿命甚至可以达到3000次。蓄电池剩余容量控制法指的是蓄电池在使用过程中（蓄电池处于放电状态时），系统随时检测蓄电池的剩余容量，并根据蓄电池的荷电状态SOC，自动调整负载的大小或调整负载的工作时间，使负载和蓄电池的剩余容量相匹配，以确保蓄电池的剩余容量不低于设定值（如50％），从而保证蓄电池不被过放电。

图6-10　蓄电池循环寿命与放电深度DOD的关系