کنترل شارژر دستگاهی است که مابین پنل خورشیدی و باتری قرار می گیرد. وظیفه آن در سیستم های خورشیدی بسیار حیاتی و مهم است زیرا طول عمر باتری سیستم که تقریبا 30 درصد از کل هزینه را به خود اختصاص می دهد، بطور مستقیم به آن وابسته می باشد. چنانچه باتری بیش از حد شارژ گردد و یا اینکه بیشتر از حد ممکن تخلیه شود، آسیب جدی خواهد دید از این جهت دستگاه کنترل شارژر در مدار قرار داده می شود که در صورت شارژ یا دشارژ بیش از حد، باتری را محافظت نماید. شارژ کنترلرها بر مبنای اینکه تحمل چند آمپر جریان را دارند دسته بندی می‌شوند. استانداردهای بین‌المللی شارژ کنترلرها را ملزم به تحمل ۲۵% جریان اضافی در زمان محدود می نمایند. این موضوع باعث می-شود که در زمان افزایش بیش از حد تابش به کنترلر آسیبی نرسد. جریان بیش از حد می تواند به کنترلر آسیب برساند. انتخاب کنترلر شارژر با جریان بزرگ تر از حد مورد نیاز، امکان توسعه سیستم را در آینده فراهم می آورد بدون اینکه هزینه زیادی را تحمیل نماید. کنترلر همچنین از جریان معکوس در هنگام شب جلوگیری می نماید. جریان معکوس، مقدار جریانی است که هنگام شب در جهت معکوس از پانل می گذرد و باتری را تخلیه می کند.
همچنین امروزه نیاز به بهینه‌سازی مصرف انرژی بدون به‌وجود آوردن مشكلات جدید برای مصرف کنندگان امریست ضروری، که در عین حال باید قابلیت اطمینان بالایی هم داشته باشد. بنابراین امروزه استفاده از سیستم هیبرید گریزناپذیر است، که منجر به استفاده از مصرف كننده های الكتریكی بیشتر و قوی‌تر میگردد و در نتیجه انرژی الكتریكی مورد نیاز مصرف کننده افزایش می‌یابد.
ازاین روی، صنایع باتری‌سازی در صدد عرضه باتریهای نو هستند، كه همگام با تغییر تدریجی ساختار الكتریكی منابع تجدیدپذیر باشد. این درحالی است که نقش باتری به عنوان یک وسیله محوری برای حفظ عملكرد مطلوب و افزایش قابلیت اطمینان منابع تجدیدپذیر و مصرف کنندگان، كه قابل نظارت و مدیریت نیز باشد، ارتقا یافته است[1].
از طرفی اغلب باتری‌ها نسبت به فراشارژ (overcharge) و فرودشارژ (over discharge) شدن حساسیت دارند و موجب تخریب باتری و صدمه زدن به آن میگردد. علاوه بر آن در فرایندهای شارژ سریع، مطلوب است كه باتری با بهره گرفتن از روش های شارژ معمول كه عمدتاً با بهره گرفتن از جریانهای بالا انجام می‌گیرد، در كوتاهترین زمان ممكن به حالت شارژ كامل برسد در عین حال كه از ورود به ناحیه فراشارژ، جلوگیری گردد[3,2].
بنابراین عملكرد مطلوب باتری به تخمین حالت شارژ(SOC) و کنترل مناسب آن بستگی دارد. لذا ضروری است كه با اندازه‌گیری و تخمین آن، شرایط را برای عملكرد مناسب باتری و نیز دستگاه‌های الكتریكی، از طریق مدیریت باتری در فراهم آورد. نظارت بر باتری سبب میگردد كه بتوان از تمام توانایی باتری به بهترین شكل برای تأمین انرژی وسایلی كه وابستگی بالایی به انرژی الكتریكی دارند استفاده کرد[3,1]. از
آنجا که موضوع اصلی پایان‌نامه درباره شارژ باتری و کنترل آن در سطح مشخصی است، در ادامه به ارائه تعریفی از حالت شارژ می‌پردازیم.
1-2 مفهوم حالت شارژ
حال كه ضرورت آگاهی از حالت شارژ (SOC) باتری بیان گردید باید تعریف دقیقی از آن بیان نمود. در نظر نخست می‌توان گفت كه حالت شارژ به‌طور ساده، درصد بار الكتریكی ذخیره شده حقیقی به كل باری است كه می توان در باتری ذخیره نمود. فرض كنید یک باتری در اختیار داریم كه از قبل دارای مقداری انرژی است و اکنون آن را با جریان شارژ(وارد به باتری) ، شارژ می‌کنیم. در این صورت مقدار بار تحویل داده شده به باتری برابر است با و از طرفی اگر باتری کاملاً خالی از انرژی باشد در نتیجه برابر كل باری است كه می توان در باتری ذخیره نمود. در روابط فوق، راندمان باتری را نشان می‌دهد که وابسته به جریان باتری است، زیرا در هنگام شارژ مقداری از توان الکتریکی در باتری تلف می‌شود. برای جریان شارژ و برای جریان دشارژ است. با بهره گرفتن از تعریف بالا، حالت شارژ با رابطه زیر تعریف می گردد:
(1-1 )
که در آن حالت شارژ اولیه باتری، بار الکتریکی در لحظه و کل بار الکتریکی است که می‌توان در باتری ذخیره نمود. اما نکته قابل توجه، در دسترس نبودن حالت شارژ اولیه باتری در اغلب کاربردهایی است که به‌طور پیوسته از آن بهره می‌گیرند. لازم به ذکر است که رابطه(1-1) یکی از روش های مستقیم اندازه‌گیری حالت شارژ باتری در آزمایشگاه است که در ادامه بررسی روش های تخمین حالت شارژ به‌طور اجمالی معرفی خواهد شد. شكل1-1 تفسیر تصویری از حالت شارژ باتری را به‌عنوان یک تابع حالت یكنواخت، با چشم‌پوشی از اثر دما، دشارژ درونی و انتشار جریان الكتریكی، ارائه می‌دهد. همان‌گونه كه در ادامه بیان میگردد، روش های بسیاری برای بدست آوردن حالت شارژ باتری، چه با بهره گرفتن از حسگرهای ویژه و چه با بهره گرفتن از الگوریتمهای كلاسیک و هوشمند، بكار رفته است، كه هركدام دارای مزایا و معایبی است كه به آن اشاره خواهد شد[1,2,3,4].
شكل1-1: تفسیر تصویری از ظرفیت و حالت شارژ باتری
1-3 بررسی روش های تخمین حالت شارژ باتری
مشخص كردن حالت شارژ باتری(SOC) بر اساس پیچیدگی یا سادگی نوع باتری و كاربردی كه در آن استفاده میگردد، می‌تواند مسأله‌ای اساسی باشد. در زیر به بررسی اجمالی روش های بكار رفته برای تخمین حالت شارژ باتری‌ها می‌پردازیم.
1-3-1 اندازه‌گیری حالت شارژ از طریق ویژگیهای فیزیكی الكترولیت
در اغـلب باتریهای دارای الکترولـیت مایع، مانند: انواع سربی– اسیدی، الكترولیت در بیـشتر واكنشهای هنگام شارژ و دشارژ شركت می‌كند. وابستگی خطی(بیشتر در مورد انواع سربی– اسیدی) كه بین تغییر چگالی اسید و حالت شارژ باتری وجود دارد، برای تعیین حالت شارژ باتری بكار می‌رود. این روش تنها برای باتریهای دارای الكترولیت مایع کاربرد دارد و برای اندازه‌گیری چگالی اسید، با بهره گرفتن از حسگرهای ویژه، قابل انجام است.
مشكلات ناشی از این روش اندازه‌گیری، مربوط به لایه لایه شدن اسید، كاهش آب اسید، و همچنین عمر و توانایی سنسور مورد استفاده می‌باشد. دو مشكل نخست با بهره گرفتن از هم زدن الكترولیت داخلی و نیز اضافه كردن آب مورد نیاز به‌صورت خودكار می‌تواند تا حدودی برطرف گردد. از طرف دیگر توجه به این نكته اهمیت دارد كه اندازه‌گیری خواص فیزیكی اسید، درون سوراخ و منفذ الكترودها، كه محل مصرف و تولید اسید است قابل انجام نیست. بنابراین در فرایندهایی كه جریان بالا وجود دارد، انتشار الكترولیت به‌صورت آرام به عنوان یک عامل تولید خطا در این روش عمل می کند[4].
1-3-2 ولتاژ مدار باز
مشابه آنچه كه در مورد اندازه‌گیری چگالی اسید در بخش قبل گفته شد، ولتاژ مدار باز باتری به‌صورت مستقیم با حالت شارژ آن بستگی دارد. در كاربردهایی كه عموماً دوره‌های طولانی از استراحت، یعنی عدم شارژ و دشارژ باتری وجود دارد، روش ذكر شده پیشنهاد میگردد. در این‌صورت اندازه‌گیری ولتاژ مدار باز بیشتر برای تنظیم كردن روش های دیگر تخمین حالت شارژ بكار می‌رود.
تفاوت بین ولتاژ مدار باز باتری هنگامی كه به‌طور كامل شارژ باشد، با هنگامی كه فراشارژ شده باشد، ناچیز است و درنتیجه در هنگام فراشارژ، آزمون دچار خطا میگردد. همچنین باتری‌هایی وجود دارند که ساعتهای زیادی طول می‌كشد به حالت ماندگار خود برسند، تا برای انجام آزمون ولتاژ مدار باز آماده شوند. این ویژگی می‌تواند باعث مشكلاتی گردد. علاوه بر آن، در اغـلـب كاربردها مقـداری جـریان به‌طور دائم بـرای دیگر وسایـل الكتریكی مـورد استفـاده لازم اسـت، كه در این صورت آزمایش ولتاژ مدار باز برای تخمین حالت شارژ کارا نمی‌باشد.
وابستگی خطی حالت شارژ با ولتاژ مدار باز به‌صورت رابطه زیر نشان داده می‌شود:
(1-2)
كه در آن نشان دهنده حالت شارژ باتری برحسب درصد است، ولتاژ پایانه باتری هنگامی كه است و با بهره گرفتن از و اندازه گیری ولتاژ مدار باز در از معادله (1-2) قابل محاسبه است. از رابطه(1-2) برای محاسبه حالت شارژ با بهره گرفتن از تخمین ولتاژ مدار باز باتری با مدل تونن یا نورتن، در روش های كلاسیک تخمین مانند: فیلتر كالمن استفاده می‌شود، كه در قسمت بعد به این روش می‌پردازیم[4].
فرم در حال بارگذاری ...