As baterias de chumbo-ácido ainda são amplamente usadas em sistemas fotovoltaicos isolados. As principais preocupações em relação a utilização deste tipo de bateria são profundos ciclos de descarga, estado de subtensão prolongada levando a sulfatação e, em alguns casos , falta de aceitação de carga que induzem a formação de gás durante a carga e amolecimento do material ativo. Este trabalho propõe um método para reverter a sulfatação da bateria e reduzir a formação de gases utilizando um novo algoritmo de carga em três etapas, implementado em um protótipo composto por dois conversores: um conversor CC-CC unidirecional e um conversor CC-CC bidirecional. O conversor bidireccional, no qual a corrente de saída é pulsada com magnitude e largura controláveis, é utilizado em conjunto com perfis de corrente constante, a fim de aumentar a aceitação de carga e reduzir a formação de gases, podendo assim, potencialmente aumentar a vida útil da bateria. No conversor unidirecional foi aplicado um algoritmo de MPPT (Maximum Power Point Tracking) modificado para diminuir o tempo de resposta do sistema. Os resultados desse trabalho incluem o funcionamento dos algoritimos e conversores e por último os testes realizados nas baterias que mostraram melhoras no processo de carga da bateria, o que acredita-se melhorar a vida útil da mesma. Esses resultados demonstram a necessidade de reavaliar o modo em que a recarga de baterias é vista em sistemas isolados.
Lead acid batteries are still broadly used in standalone photovoltaics. The main concerns within the use of this type of batteries are deep discharge cycles, prolonged undervoltage state leading to sulfation and, in some cases, poor charge acceptance inducing gas formation during charge and active material softening. This work proposes a method to revert the battery sulfation and to reduce the gases formation using a three-step charge protocol, implemented in two converters: A bidirectional dc/dc converter and a unidirectional one. A bidirectional converter, in which the output current is pulsed with both magnitude and width controllable, is used together with constant current profiles in order to increase charge acceptance, by that, reduce the gases formation, and potentially increase the battery life. The unidirectional converter is used to apply a modified MPPT (Maximum Power Point Tracking) algorithm to reduce the system response time and achive the maximum power available. The works findings are shown by the operation of the algorithms and the converters followed by tests carried out on the batteries showing improvements in the charge profile that are believed to improve the battery lifetime. This result shows the necessity of changing the approach of charge algorithms in standalone applications.
Data da defesa: 26/02/2016
Banca Examinadora
Orientador(a): Rogers Demonti (Lactec)
Membro da Banca: Rodrigo Jardim Riella (Lactec)
Membro da Banca: Emerson Luiz Alberti (Lactec)
Membro da Banca: Jair Urbanetz Junior (UTFPR)
Palavra(s)-Chave: Sistemas fotovoltaicos Isolados, Carregadores de Bateria, Sulfatação, Bateria de chumbo-ácido, Conversor Bidirecional.
Keywords: Battery charger, sulfation, Lead Acid Battery, Standalone photovoltaics, Bidirectional Converter.