FACTS并聯(lián)儲(chǔ)能系統(tǒng)（課堂PPT）

1、.1并聯(lián)儲(chǔ)能系統(tǒng)并聯(lián)儲(chǔ)能系統(tǒng)華北電力大學(xué)華北電力大學(xué) 譚偉璞譚偉璞.2一、并聯(lián)儲(chǔ)能系統(tǒng)一、并聯(lián)儲(chǔ)能系統(tǒng) 電力系統(tǒng)的發(fā)電、輸電、配電與用電必須同時(shí)完電力系統(tǒng)的發(fā)電、輸電、配電與用電必須同時(shí)完成，要求系統(tǒng)始終處于動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)中。成，要求系統(tǒng)始終處于動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)中。 如果出現(xiàn)瞬時(shí)的功率不平衡，就會(huì)造成系統(tǒng)安全如果出現(xiàn)瞬時(shí)的功率不平衡，就會(huì)造成系統(tǒng)安全穩(wěn)定問(wèn)題穩(wěn)定問(wèn)題。 儲(chǔ)能系統(tǒng)可以平抑系統(tǒng)出現(xiàn)的儲(chǔ)能系統(tǒng)可以平抑系統(tǒng)出現(xiàn)的瞬時(shí)功率不平衡，瞬時(shí)功率不平衡，起到能量的緩沖平衡作用，可有效提高系統(tǒng)的安全穩(wěn)起到能量的緩沖平衡作用，可有效提高系統(tǒng)的安全穩(wěn)定性。定性。 儲(chǔ)能系統(tǒng)的容量越大，對(duì)系統(tǒng)儲(chǔ)能系統(tǒng)的容量越大

2、，對(duì)系統(tǒng)提高安全穩(wěn)定性的提高安全穩(wěn)定性的作用越強(qiáng)。作用越強(qiáng)。 儲(chǔ)能系統(tǒng)發(fā)揮作用，需與電網(wǎng)連接，連接是通過(guò)儲(chǔ)能系統(tǒng)發(fā)揮作用，需與電網(wǎng)連接，連接是通過(guò)電力電子裝置實(shí)現(xiàn)的。電力電子裝置實(shí)現(xiàn)的。.3一、并聯(lián)儲(chǔ)能系統(tǒng)一、并聯(lián)儲(chǔ)能系統(tǒng)并聯(lián)儲(chǔ)能系統(tǒng)的作用：并聯(lián)儲(chǔ)能系統(tǒng)的作用： P2821. 削峰填谷，改善系統(tǒng)日負(fù)荷率，提高發(fā)電設(shè)備利用削峰填谷，改善系統(tǒng)日負(fù)荷率，提高發(fā)電設(shè)備利用率，提高電網(wǎng)整體運(yùn)行效率率，提高電網(wǎng)整體運(yùn)行效率。2.2.儲(chǔ)能系統(tǒng)可作為應(yīng)急備用電源迅速投入系統(tǒng)，提高儲(chǔ)能系統(tǒng)可作為應(yīng)急備用電源迅速投入系統(tǒng)，提高供電可靠性供電可靠性。3.3.適當(dāng)控制的儲(chǔ)能系統(tǒng)可以抑制電壓的異常，提高供適當(dāng)控制的儲(chǔ)能

3、系統(tǒng)可以抑制電壓的異常，提高供電質(zhì)量電質(zhì)量。4.4.將儲(chǔ)能系統(tǒng)與電能轉(zhuǎn)換控制技術(shù)相結(jié)合，可實(shí)現(xiàn)對(duì)將儲(chǔ)能系統(tǒng)與電能轉(zhuǎn)換控制技術(shù)相結(jié)合，可實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)的快速控制，改善電網(wǎng)的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)特性。電網(wǎng)的快速控制，改善電網(wǎng)的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)特性。.41.1 電力系統(tǒng)中的儲(chǔ)能方式電力系統(tǒng)中的儲(chǔ)能方式在電力系統(tǒng)中應(yīng)用的儲(chǔ)能方式：在電力系統(tǒng)中應(yīng)用的儲(chǔ)能方式： P281蓄電池儲(chǔ)能蓄電池儲(chǔ)能電容器儲(chǔ)能電容器儲(chǔ)能抽水儲(chǔ)能抽水儲(chǔ)能超導(dǎo)儲(chǔ)能超導(dǎo)儲(chǔ)能飛輪儲(chǔ)能飛輪儲(chǔ)能壓縮空氣儲(chǔ)能壓縮空氣儲(chǔ)能。 .51.2 各種儲(chǔ)能方式的比較各種儲(chǔ)能方式的比較 小型超導(dǎo)小型超導(dǎo) 超導(dǎo)超導(dǎo) 抽水儲(chǔ)能抽水儲(chǔ)能 壓縮空氣壓縮空氣/ /氣體氣體 電池儲(chǔ)能電池儲(chǔ)

4、能 飛輪儲(chǔ)能飛輪儲(chǔ)能 電容器電容器效率效率/%/%90 90 60 50 70 90 9090 90 60 50 70 90 90儲(chǔ)能容量?jī)?chǔ)能容量 低低 高高 高高 高高 中中/ /高高 中中 高高模塊化模塊化 是是 否否 否否 否否 是是 是是 是是循環(huán)壽命循環(huán)壽命無(wú)限無(wú)限 無(wú)限無(wú)限 數(shù)千次數(shù)千次 數(shù)千次數(shù)千次 百千次無(wú)限百千次無(wú)限 數(shù)千次數(shù)千次充電時(shí)間充電時(shí)間分鐘分鐘 小時(shí)小時(shí) 小時(shí)小時(shí) 小時(shí)小時(shí) 小時(shí)小時(shí) 分鐘分鐘 小時(shí)小時(shí)建設(shè)時(shí)間建設(shè)時(shí)間 周周 年年 年年 年年 月月 周周 月月環(huán)境影響環(huán)境影響良好良好 很好很好 極大極大 極大極大 大大 良好良好 大大電廠規(guī)模電廠規(guī)模 小小 大大 大

5、大 中中 大大 小小 大大可用性可用性 少少 開(kāi)發(fā)開(kāi)發(fā) 廣泛廣泛 有有 廣泛廣泛 示范示范 廣泛廣泛.6二、電池儲(chǔ)能系統(tǒng) Battery Energy Storage SystemsBattery Energy Storage Systems.7電池儲(chǔ)能系統(tǒng)電池儲(chǔ)能系統(tǒng) STATCOMSTATCOM等等FACTSFACTS裝置，多采用電壓源型逆變器。裝置，多采用電壓源型逆變器。逆變器的直流單元如采用電容器，則電壓源型逆變器逆變器的直流單元如采用電容器，則電壓源型逆變器只能與系統(tǒng)進(jìn)行無(wú)功交換，也就是在兩個(gè)象限運(yùn)行。只能與系統(tǒng)進(jìn)行無(wú)功交換，也就是在兩個(gè)象限運(yùn)行。 如果電壓源型逆變器與系統(tǒng)進(jìn)行有功交

6、換，則逆如果電壓源型逆變器與系統(tǒng)進(jìn)行有功交換，則逆變器直流單元電容器的電壓將伴隨著吸收或送出有功變器直流單元電容器的電壓將伴隨著吸收或送出有功功率而上升或下降，這將給逆變器的控制帶來(lái)困難、功率而上升或下降，這將給逆變器的控制帶來(lái)困難、增加復(fù)雜性，更直接的結(jié)果是逆變器無(wú)法正常工作。增加復(fù)雜性，更直接的結(jié)果是逆變器無(wú)法正常工作。 如果電壓源型逆變器的直流單元采用儲(chǔ)能元件，如果電壓源型逆變器的直流單元采用儲(chǔ)能元件，則儲(chǔ)能元件可以存儲(chǔ)系統(tǒng)多余的有功功率，也可在系則儲(chǔ)能元件可以存儲(chǔ)系統(tǒng)多余的有功功率，也可在系統(tǒng)有功功率欠缺時(shí)送出其存儲(chǔ)的能量統(tǒng)有功功率欠缺時(shí)送出其存儲(chǔ)的能量。采用儲(chǔ)能元件作直流單元的逆變器

7、，可四象限工作。采用儲(chǔ)能元件作直流單元的逆變器，可四象限工作。系統(tǒng)中使用最多的儲(chǔ)能元件是蓄電池租系統(tǒng)中使用最多的儲(chǔ)能元件是蓄電池租電池儲(chǔ)能電池儲(chǔ)能系統(tǒng)。（系統(tǒng)。（Battery Energy Storage SystemsBattery Energy Storage Systems） P282.8電池儲(chǔ)能系統(tǒng)電池儲(chǔ)能系統(tǒng)電池儲(chǔ)能系統(tǒng)電池儲(chǔ)能系統(tǒng)( (BESS)BESS)是將直流電池組與交流電網(wǎng)聯(lián)結(jié)是將直流電池組與交流電網(wǎng)聯(lián)結(jié)起來(lái)的電壓源型逆變器。它在電網(wǎng)中的作用象其他同起來(lái)的電壓源型逆變器。它在電網(wǎng)中的作用象其他同步裝置一樣，即可給系統(tǒng)提供無(wú)功支持，又可與系統(tǒng)步裝置一樣，即可給系統(tǒng)提供無(wú)功支持

8、，又可與系統(tǒng)進(jìn)行有功交換。進(jìn)行有功交換。任何一個(gè)任何一個(gè)BESSBESS都必須通過(guò)一定的控制策略，控制電池都必須通過(guò)一定的控制策略，控制電池組的充放電周期以維持直流電源電壓的恒定。組的充放電周期以維持直流電源電壓的恒定。BESSBESS多用于平衡負(fù)荷變化及作為旋轉(zhuǎn)能量?jī)?chǔ)備，它有多用于平衡負(fù)荷變化及作為旋轉(zhuǎn)能量?jī)?chǔ)備，它有許多非常有益的作用效果，最突出的是提高輸電的穩(wěn)許多非常有益的作用效果，最突出的是提高輸電的穩(wěn)定性及給系統(tǒng)提供有力的有功支持。美國(guó)的研究結(jié)果定性及給系統(tǒng)提供有力的有功支持。美國(guó)的研究結(jié)果表明，在受到輸電穩(wěn)定極限限制的南加州輸電線路上，表明，在受到輸電穩(wěn)定極限限制的南加州輸電線路上，

9、在新諾安裝在新諾安裝1010MWMW的的BESSBESS使亞利桑納的輸送能力提高了使亞利桑納的輸送能力提高了幾百幾百M(fèi)WMW。.9電池儲(chǔ)能系統(tǒng)電池儲(chǔ)能系統(tǒng)電池儲(chǔ)能系統(tǒng)電池儲(chǔ)能系統(tǒng)( (BESS)BESS)的優(yōu)點(diǎn)：的優(yōu)點(diǎn)： P283P283BESSBESS的基本原理與模型：的基本原理與模型： P283P283BESSBESS的控制系統(tǒng)：的控制系統(tǒng)： P285P285電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的核心是儲(chǔ)能元件。根據(jù)應(yīng)用電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的核心是儲(chǔ)能元件。根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)合、充放電特性、單元容量及運(yùn)行維護(hù)等場(chǎng)合、充放電特性、單元容量及運(yùn)行維護(hù)等因素，用作儲(chǔ)能元件的電池有多種類(lèi)型。因素，用作儲(chǔ)能元件的電池有多種類(lèi)型。.10電池

10、儲(chǔ)能系統(tǒng)電池儲(chǔ)能系統(tǒng)-0-0一、電池的種類(lèi)：一、電池的種類(lèi)：n鋰電池鋰電池 ：鋰亞電池、鋰錳電池：鋰亞電池、鋰錳電池 （相機(jī)等）（相機(jī)等）n鎳氫電池鎳氫電池 ：手機(jī)、手表：手機(jī)、手表n鎳鎘電池鎳鎘電池 ：手機(jī)、手表：手機(jī)、手表n堿錳電池堿錳電池 ：日常家用：日常家用n鉛酸蓄電池（鉛酸蓄電池（Valve Regulated Lead）： 工業(yè)廣泛應(yīng)用工業(yè)廣泛應(yīng)用.11電池儲(chǔ)能系統(tǒng)電池儲(chǔ)能系統(tǒng)-1-1鋰亞電池產(chǎn)品特點(diǎn)：鋰亞電池產(chǎn)品特點(diǎn)： 1.1. 鋰亞硫酰氯電池額定電壓鋰亞硫酰氯電池額定電壓3.6V3.6V，是目前鋰電池系列中電，是目前鋰電池系列中電壓最高的；壓最高的； 2.2. 鋰亞硫酰氯電池是

11、實(shí)際使用電池中能量最高的一種電池鋰亞硫酰氯電池是實(shí)際使用電池中能量最高的一種電池(500(500 wh/kg,1000wh/dm3);wh/kg,1000wh/dm3); 3.3. 常溫中等電流密度放電時(shí)，放電曲線極為平坦常溫中等電流密度放電時(shí)，放電曲線極為平坦,90%,90%的容的容量范圍內(nèi)工作平臺(tái)保持不變；量范圍內(nèi)工作平臺(tái)保持不變； 4.4. 電池可以在電池可以在-40-40C-+85C-+85C C范圍內(nèi)正常工作。范圍內(nèi)正常工作。-40-40C C時(shí)時(shí)的容量約為常溫容量的的容量約為常溫容量的50%50%，表現(xiàn)出極為優(yōu)良的高低溫性，表現(xiàn)出極為優(yōu)良的高低溫性能能; ; 5.5. 年自放電率年

12、自放電率=1%;=1%; 貯存壽命貯存壽命1010 年以上年以上; ; 主要用途：主要用途： 智能水表氣表電表、實(shí)時(shí)時(shí)鐘、后備記憶電源、各種儀器、智能水表氣表電表、實(shí)時(shí)時(shí)鐘、后備記憶電源、各種儀器、儀表、設(shè)備。高能量用于不同類(lèi)型軍事電子裝置和通訊設(shè)備儀表、設(shè)備。高能量用于不同類(lèi)型軍事電子裝置和通訊設(shè)備（便攜式電臺(tái)、夜視儀、導(dǎo)航用全球定位裝置、數(shù)據(jù)終端設(shè)（便攜式電臺(tái)、夜視儀、導(dǎo)航用全球定位裝置、數(shù)據(jù)終端設(shè)備、測(cè)距器），水下武器、聲納浮標(biāo)、地雷、導(dǎo)彈、雷達(dá)等備、測(cè)距器），水下武器、聲納浮標(biāo)、地雷、導(dǎo)彈、雷達(dá)等.12電池儲(chǔ)能系統(tǒng)電池儲(chǔ)能系統(tǒng)-2-2鋰錳電池產(chǎn)品特點(diǎn)：鋰錳電池產(chǎn)品特點(diǎn)： 電壓高，單只工

13、作電壓電壓高，單只工作電壓2.8V3.2V2.8V3.2V。 比能量高，比能量高，C C型電池可達(dá)到型電池可達(dá)到270Wh/kg270Wh/kg和和510Wh/L510Wh/L。 使用溫度范圍寬，可在使用溫度范圍寬，可在-40-40C+70C+70C C下工作。下工作。 性能穩(wěn)定，儲(chǔ)存期長(zhǎng)，低率放電電壓平穩(wěn)，無(wú)電壓滯性能穩(wěn)定，儲(chǔ)存期長(zhǎng)，低率放電電壓平穩(wěn)，無(wú)電壓滯后現(xiàn)象，自放電小。后現(xiàn)象，自放電小。 可以大電流放電?？梢源箅娏鞣烹?。 安全性好，無(wú)公害。安全性好，無(wú)公害。 用途：用途： 鋰錳柱式電池可應(yīng)用在照相機(jī)、攝像機(jī)、收單鋰錳柱式電池可應(yīng)用在照相機(jī)、攝像機(jī)、收單機(jī)、袖珍錄放機(jī)以及計(jì)算機(jī)的記憶電

14、機(jī)、袖珍錄放機(jī)以及計(jì)算機(jī)的記憶電 路上。還可以應(yīng)路上。還可以應(yīng)用在許多民用、軍用及通訊設(shè)備上。用在許多民用、軍用及通訊設(shè)備上。 .13電池儲(chǔ)能系統(tǒng)電池儲(chǔ)能系統(tǒng)-3-3鎳氫電池特征：鎳氫電池特征：高容量，容量離散度小高容量，容量離散度小低內(nèi)阻低內(nèi)阻AA:AA: 15-2015-20 m;m; AAA:AAA: 20-2520-25 mm SC:3.5-4.0SC:3.5-4.0 mm長(zhǎng)壽命，壽命可達(dá)長(zhǎng)壽命，壽命可達(dá)500500次次自放電小，自放電小，50oC50oC靜置靜置7 7天，自放電小于天，自放電小于15%15% ；室溫；室溫2828天，自放電小于天，自放電小于20%20%大電流充放電，動(dòng)

15、力電池大電流充放電，動(dòng)力電池10C10C放電，性能達(dá)到放電，性能達(dá)到IECIEC標(biāo)準(zhǔn)。標(biāo)準(zhǔn)。耐過(guò)充，充電過(guò)程電池內(nèi)壓低。耐過(guò)充，充電過(guò)程電池內(nèi)壓低。.14電池儲(chǔ)能系統(tǒng)電池儲(chǔ)能系統(tǒng)-4-4鎳鎘電池特點(diǎn)：鎳鎘電池特點(diǎn)：耐高低溫（耐高低溫（4040度至度至5555度）。度）。壽命長(zhǎng)（壽命長(zhǎng)（10201020）年，少維護(hù)。）年，少維護(hù)。廣泛應(yīng)用于直流屏、變電站、內(nèi)燃機(jī)車(chē)、廣泛應(yīng)用于直流屏、變電站、內(nèi)燃機(jī)車(chē)、AGVAGV車(chē)、車(chē)、柴油機(jī)啟動(dòng)、發(fā)電機(jī)啟動(dòng)、電廠、備用電源等領(lǐng)柴油機(jī)啟動(dòng)、發(fā)電機(jī)啟動(dòng)、電廠、備用電源等領(lǐng)域。產(chǎn)品有域。產(chǎn)品有GNGN、GNZGNZ、GNCGNC系列。系列。 .15電池儲(chǔ)能系統(tǒng)電池儲(chǔ)

16、能系統(tǒng)-5-5鉛酸蓄電池的發(fā)展歷史和現(xiàn)狀鉛酸蓄電池的發(fā)展歷史和現(xiàn)狀 蓄電池是蓄電池是18591859年由普蘭特年由普蘭特(Plante)(Plante)發(fā)明的，至發(fā)明的，至今已有一百多年的歷史。鉛酸蓄電池自發(fā)明后，在今已有一百多年的歷史。鉛酸蓄電池自發(fā)明后，在化學(xué)電源中一直占有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。這是因?yàn)槠鋬r(jià)格低化學(xué)電源中一直占有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。這是因?yàn)槠鋬r(jià)格低廉、原材料易于獲得，使用上有充分的可靠性，適廉、原材料易于獲得，使用上有充分的可靠性，適用于大電流放電及廣泛的環(huán)境溫度范圍等優(yōu)點(diǎn)。用于大電流放電及廣泛的環(huán)境溫度范圍等優(yōu)點(diǎn)。 到到2020世紀(jì)初，鉛酸蓄電池歷經(jīng)了許多重大的改世紀(jì)初，鉛酸蓄電池歷經(jīng)了許多重

17、大的改進(jìn)，提高了能量密度、循環(huán)壽命、高倍率放電等性進(jìn)，提高了能量密度、循環(huán)壽命、高倍率放電等性能。然而，開(kāi)口式鉛酸蓄電池有兩個(gè)主要缺點(diǎn)：能。然而，開(kāi)口式鉛酸蓄電池有兩個(gè)主要缺點(diǎn)：充電末期水會(huì)分解為氫，氧氣體析出，需經(jīng)常加酸、充電末期水會(huì)分解為氫，氧氣體析出，需經(jīng)常加酸、加水，維護(hù)工作繁重；氣體溢出時(shí)攜帶酸霧，腐加水，維護(hù)工作繁重；氣體溢出時(shí)攜帶酸霧，腐蝕周?chē)O(shè)備，并污染環(huán)境，限制了電池的應(yīng)用。蝕周?chē)O(shè)備，并污染環(huán)境，限制了電池的應(yīng)用。 .16電池儲(chǔ)能系統(tǒng)電池儲(chǔ)能系統(tǒng)-6-619121912年年ThomasEdisonThomasEdison發(fā)表專(zhuān)利，提出在單體電池發(fā)表專(zhuān)利，提出在單體電池的上部

18、空間使用鉑絲，在有電流通過(guò)時(shí)，鉑被加的上部空間使用鉑絲，在有電流通過(guò)時(shí)，鉑被加熱，成為氫、氧化合的催化劑，使析出的熱，成為氫、氧化合的催化劑，使析出的H2H2與與O2O2重新化合，返回電解液中。但該專(zhuān)利未能付諸實(shí)重新化合，返回電解液中。但該專(zhuān)利未能付諸實(shí)現(xiàn)：鉑催化劑很快失效；氣體不是按氫現(xiàn)：鉑催化劑很快失效；氣體不是按氫2 2氧氧1 1的化學(xué)計(jì)量數(shù)析出，電池內(nèi)部仍有氣體發(fā)生；的化學(xué)計(jì)量數(shù)析出，電池內(nèi)部仍有氣體發(fā)生；存在爆炸的危險(xiǎn)。存在爆炸的危險(xiǎn)。 6060年代，美國(guó)年代，美國(guó)GatesGates公司發(fā)明鉛鈣合金，引起公司發(fā)明鉛鈣合金，引起了密封鉛酸蓄電池開(kāi)發(fā)熱，世界各大電池公司投了密封鉛酸蓄電

19、池開(kāi)發(fā)熱，世界各大電池公司投入大量人力物力進(jìn)行開(kāi)發(fā)。入大量人力物力進(jìn)行開(kāi)發(fā)。 19691969年，美國(guó)登月計(jì)劃實(shí)施，密封閥控鉛酸年，美國(guó)登月計(jì)劃實(shí)施，密封閥控鉛酸蓄電池和鎘鎳電池被列入月球車(chē)用動(dòng)力電源，最蓄電池和鎘鎳電池被列入月球車(chē)用動(dòng)力電源，最后鎘鎳電池被采用，但密封鉛酸蓄電池技術(shù)從此后鎘鎳電池被采用，但密封鉛酸蓄電池技術(shù)從此得到發(fā)展。得到發(fā)展。.17電池儲(chǔ)能系統(tǒng)電池儲(chǔ)能系統(tǒng)-6-6 1969-1970 1969-1970年，美國(guó)年，美國(guó)ECEC公司制造了大約公司制造了大約350,000350,000只小型密封鉛酸蓄電池，該電池采用玻璃纖維棉隔只小型密封鉛酸蓄電池，該電池采用玻璃纖維棉隔板，

20、貧液式系統(tǒng)，這是最早的商業(yè)用閥控式鉛酸蓄板，貧液式系統(tǒng)，這是最早的商業(yè)用閥控式鉛酸蓄電池，但當(dāng)時(shí)尚未認(rèn)識(shí)到其氧再化合原理。電池，但當(dāng)時(shí)尚未認(rèn)識(shí)到其氧再化合原理。 19751975年，年，GatesRutterGatesRutter公司在經(jīng)過(guò)許多年努力并公司在經(jīng)過(guò)許多年努力并付出高昂代價(jià)的情況下，獲得了一項(xiàng)付出高昂代價(jià)的情況下，獲得了一項(xiàng)D D型密封鉛酸干型密封鉛酸干電池的發(fā)明專(zhuān)利，成為今天電池的發(fā)明專(zhuān)利，成為今天VRLAVRLA的電池原型。的電池原型。 19791979年，年，GNBGNB公司在購(gòu)買(mǎi)公司在購(gòu)買(mǎi)GatesGates公司的專(zhuān)利后，公司的專(zhuān)利后，又發(fā)明了又發(fā)明了MFXMFX正板柵專(zhuān)利

21、合金，開(kāi)始大規(guī)模宣傳并生正板柵專(zhuān)利合金，開(kāi)始大規(guī)模宣傳并生產(chǎn)大容量吸液式密封免維護(hù)鉛酸蓄電池。產(chǎn)大容量吸液式密封免維護(hù)鉛酸蓄電池。 19841984年，年，VRLAVRLA電池在美國(guó)和歐洲得到小范圍應(yīng)電池在美國(guó)和歐洲得到小范圍應(yīng)用。用。 19871987年，隨著電信業(yè)的飛速發(fā)展，年，隨著電信業(yè)的飛速發(fā)展，VRLAVRLA電池在電池在電信部門(mén)得到迅速推廣使用。電信部門(mén)得到迅速推廣使用。 .18 電池儲(chǔ)能系統(tǒng)電池儲(chǔ)能系統(tǒng) 之之 工業(yè)主流產(chǎn)品工業(yè)主流產(chǎn)品鉛酸蓄電池鉛酸蓄電池 .19二、鉛酸蓄電池二、鉛酸蓄電池2.1 2.1 鉛酸蓄電池的發(fā)展歷史鉛酸蓄電池的發(fā)展歷史 蓄電池是蓄電池是18591859年

22、由普蘭特年由普蘭特(Plante)(Plante)發(fā)明的，至今發(fā)明的，至今已有一百多年的歷史。鉛酸蓄電池自發(fā)明后，在化學(xué)已有一百多年的歷史。鉛酸蓄電池自發(fā)明后，在化學(xué)電源中一直占有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。這是因?yàn)槠鋬r(jià)格低廉、原電源中一直占有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。這是因?yàn)槠鋬r(jià)格低廉、原材料易于獲得，使用上有充分的可靠性，適用于大電材料易于獲得，使用上有充分的可靠性，適用于大電流放電及廣泛的環(huán)境溫度范圍等優(yōu)點(diǎn)。流放電及廣泛的環(huán)境溫度范圍等優(yōu)點(diǎn)。 到到2020世紀(jì)初，鉛酸蓄電池歷經(jīng)了許多重大的改進(jìn)，世紀(jì)初，鉛酸蓄電池歷經(jīng)了許多重大的改進(jìn)，提高了能量密度、循環(huán)壽命、高倍率放電等性能。然提高了能量密度、循環(huán)壽命、高倍率放電等性能

23、。然而，開(kāi)口式鉛酸蓄電池有兩個(gè)主要缺點(diǎn)：充電末期而，開(kāi)口式鉛酸蓄電池有兩個(gè)主要缺點(diǎn)：充電末期水會(huì)分解為氫，氧氣體析出，需經(jīng)常加酸、加水，維水會(huì)分解為氫，氧氣體析出，需經(jīng)常加酸、加水，維護(hù)工作繁重；氣體溢出時(shí)攜帶酸霧，腐蝕周?chē)O(shè)備，護(hù)工作繁重；氣體溢出時(shí)攜帶酸霧，腐蝕周?chē)O(shè)備，并污染環(huán)境，限制了電池的應(yīng)用。并污染環(huán)境，限制了電池的應(yīng)用。 .202.1 2.1 鉛酸蓄電池的發(fā)展歷史鉛酸蓄電池的發(fā)展歷史19121912年年ThomasEdisonThomasEdison發(fā)表專(zhuān)利，提出在單體電池的上發(fā)表專(zhuān)利，提出在單體電池的上部空間使用鉑絲，在有電流通過(guò)時(shí)，鉑被加熱，成為部空間使用鉑絲，在有電流通過(guò)時(shí)

24、，鉑被加熱，成為氫、氧化合的催化劑，使析出的氫、氧化合的催化劑，使析出的H2H2與與O2O2重新化合，返重新化合，返回電解液中。但該專(zhuān)利未能付諸實(shí)現(xiàn)：鉑催化劑很回電解液中。但該專(zhuān)利未能付諸實(shí)現(xiàn)：鉑催化劑很快失效；氣體不是按氫快失效；氣體不是按氫2 2氧氧1 1的化學(xué)計(jì)量數(shù)析出，電的化學(xué)計(jì)量數(shù)析出，電池內(nèi)部仍有氣體發(fā)生；存在爆炸的危險(xiǎn)。池內(nèi)部仍有氣體發(fā)生；存在爆炸的危險(xiǎn)。 6060年代，美國(guó)年代，美國(guó)GatesGates公司發(fā)明鉛鈣合金，引起了公司發(fā)明鉛鈣合金，引起了密封鉛酸蓄電池開(kāi)發(fā)熱，世界各大電池公司投入大量密封鉛酸蓄電池開(kāi)發(fā)熱，世界各大電池公司投入大量人力物力進(jìn)行開(kāi)發(fā)。人力物力進(jìn)行開(kāi)發(fā)。

25、19691969年，美國(guó)登月計(jì)劃實(shí)施，密封閥控鉛酸蓄電年，美國(guó)登月計(jì)劃實(shí)施，密封閥控鉛酸蓄電池和鎘鎳電池被列入月球車(chē)用動(dòng)力電源，最后鎘鎳電池和鎘鎳電池被列入月球車(chē)用動(dòng)力電源，最后鎘鎳電池被采用，但密封鉛酸蓄電池技術(shù)從此得到發(fā)展。池被采用，但密封鉛酸蓄電池技術(shù)從此得到發(fā)展。.212.1 2.1 鉛酸蓄電池的發(fā)展歷史鉛酸蓄電池的發(fā)展歷史 1969-19701969-1970年，美國(guó)年，美國(guó)ECEC公司制造了大約公司制造了大約350,000350,000只小型密封鉛酸蓄電池，該電池采用玻璃纖維棉隔只小型密封鉛酸蓄電池，該電池采用玻璃纖維棉隔板，貧液式系統(tǒng)，這是最早的商業(yè)用閥控式鉛酸蓄板，貧液式系統(tǒng)，

26、這是最早的商業(yè)用閥控式鉛酸蓄電池，但當(dāng)時(shí)尚未認(rèn)識(shí)到其氧再化合原理。電池，但當(dāng)時(shí)尚未認(rèn)識(shí)到其氧再化合原理。 19751975年，年，GatesRutterGatesRutter公司在經(jīng)過(guò)許多年努力并公司在經(jīng)過(guò)許多年努力并付出高昂代價(jià)的情況下，獲得了一項(xiàng)付出高昂代價(jià)的情況下，獲得了一項(xiàng)D D型密封鉛酸干型密封鉛酸干電池的發(fā)明專(zhuān)利，成為今天電池的發(fā)明專(zhuān)利，成為今天VRLAVRLA的電池原型。的電池原型。 19791979年，年，GNBGNB公司在購(gòu)買(mǎi)公司在購(gòu)買(mǎi)GatesGates公司的專(zhuān)利后，公司的專(zhuān)利后，又發(fā)明了又發(fā)明了MFXMFX正板柵專(zhuān)利合金，開(kāi)始大規(guī)模宣傳并生正板柵專(zhuān)利合金，開(kāi)始大規(guī)模宣傳并

27、生產(chǎn)大容量吸液式密封免維護(hù)鉛酸蓄電池。產(chǎn)大容量吸液式密封免維護(hù)鉛酸蓄電池。 19841984年，年，VRLAVRLA電池在美國(guó)和歐洲得到小范圍應(yīng)電池在美國(guó)和歐洲得到小范圍應(yīng)用。用。 19871987年，隨著電信業(yè)的飛速發(fā)展，年，隨著電信業(yè)的飛速發(fā)展，VRLAVRLA電池在電池在電信部門(mén)得到迅速推廣使用。電信部門(mén)得到迅速推廣使用。 .222.2 2.2 鉛酸蓄電池的定義鉛酸蓄電池的定義閥控式鉛酸蓄電池的定義閥控式鉛酸蓄電池的定義 閥控式鉛酸蓄電池的英文名稱為閥控式鉛酸蓄電池的英文名稱為Valve Valve Regulated Lead Regulated Lead Battery(Batter

28、y(簡(jiǎn)稱簡(jiǎn)稱VRLAVRLA電池電池) )，其基本特點(diǎn)是使，其基本特點(diǎn)是使用期間不用加酸加水維護(hù)，電池為密封結(jié)用期間不用加酸加水維護(hù)，電池為密封結(jié)構(gòu)，不會(huì)漏酸，也不會(huì)排酸霧，電池蓋子構(gòu)，不會(huì)漏酸，也不會(huì)排酸霧，電池蓋子上設(shè)有單向排氣閥上設(shè)有單向排氣閥( (也叫安全閥也叫安全閥) )，該閥的，該閥的作用是當(dāng)電池內(nèi)部氣體量超過(guò)一定值作用是當(dāng)電池內(nèi)部氣體量超過(guò)一定值( (通常通常用氣壓值表示用氣壓值表示) )，即當(dāng)電池內(nèi)部氣壓升高到，即當(dāng)電池內(nèi)部氣壓升高到一定值時(shí)，排氣閥自動(dòng)打開(kāi)，排出氣體，一定值時(shí)，排氣閥自動(dòng)打開(kāi)，排出氣體，然后自動(dòng)關(guān)閥，防止空氣進(jìn)入電池內(nèi)部。然后自動(dòng)關(guān)閥，防止空氣進(jìn)入電池內(nèi)部。.

29、232.3 2.3 鉛酸蓄電池的分類(lèi)鉛酸蓄電池的分類(lèi)閥控式鉛酸蓄電池的分類(lèi)閥控式鉛酸蓄電池的分類(lèi)閥控式鉛酸蓄電池分為閥控式鉛酸蓄電池分為AGMAGM和和GELGEL（膠體）（膠體）電池兩種，電池兩種，AGMAGM采用吸附式玻璃纖維棉采用吸附式玻璃纖維棉(Absorbed GlassMat)(Absorbed GlassMat)作隔膜，電解液吸附作隔膜，電解液吸附在極板和隔膜中，貧電液設(shè)計(jì)，電池內(nèi)無(wú)在極板和隔膜中，貧電液設(shè)計(jì)，電池內(nèi)無(wú)流動(dòng)的電解液流動(dòng)的電解液, ,電池可以立放工作，也可以電池可以立放工作，也可以臥放工作；膠體（臥放工作；膠體（GELGEL）SiOSiO2 2作凝固劑，電作凝固劑，

30、電解液吸附在極板和膠體內(nèi)，一般立放工作。解液吸附在極板和膠體內(nèi)，一般立放工作。目前文獻(xiàn)和會(huì)議討論的目前文獻(xiàn)和會(huì)議討論的VRLAVRLA電池除非特別電池除非特別指明，皆指指明，皆指AGMAGM電池。電池。.242.4 2.4 閥控式鉛酸蓄電池的原理閥控式鉛酸蓄電池的原理 閥控式鉛酸蓄電池的電化學(xué)反應(yīng)原理閥控式鉛酸蓄電池的電化學(xué)反應(yīng)原理 n閥控式鉛酸蓄電池的電化學(xué)反應(yīng)原理就是充閥控式鉛酸蓄電池的電化學(xué)反應(yīng)原理就是充電時(shí)將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能在電池內(nèi)儲(chǔ)存起來(lái)，電時(shí)將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能在電池內(nèi)儲(chǔ)存起來(lái)，放電時(shí)將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能供給外系統(tǒng)。其放電時(shí)將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能供給外系統(tǒng)。其充電和放電過(guò)程是通過(guò)電化學(xué)反應(yīng)

31、完成的。充電和放電過(guò)程是通過(guò)電化學(xué)反應(yīng)完成的。1.1.充電過(guò)程中存在水分解反應(yīng)，當(dāng)正極充電到充電過(guò)程中存在水分解反應(yīng)，當(dāng)正極充電到7070時(shí)，開(kāi)始析出氧氣，負(fù)極充電到時(shí)，開(kāi)始析出氧氣，負(fù)極充電到9090時(shí)時(shí)開(kāi)始析出氫氣，由于氫氧氣的析出，如果反開(kāi)始析出氫氣，由于氫氧氣的析出，如果反應(yīng)產(chǎn)生的氣體不能重新復(fù)合得用，電池就會(huì)應(yīng)產(chǎn)生的氣體不能重新復(fù)合得用，電池就會(huì)失水干涸。失水干涸。.25早期的傳統(tǒng)式鉛酸蓄電池，由于氫氧氣的早期的傳統(tǒng)式鉛酸蓄電池，由于氫氧氣的析出及從電池內(nèi)部逸出，不能進(jìn)行氣體的析出及從電池內(nèi)部逸出，不能進(jìn)行氣體的再?gòu)?fù)合，是需經(jīng)常加酸加水維護(hù)的重要原再?gòu)?fù)合，是需經(jīng)常加酸加水維護(hù)的重要原

32、因。因。閥控式鉛酸蓄電池能在電池內(nèi)部對(duì)氧氣再閥控式鉛酸蓄電池能在電池內(nèi)部對(duì)氧氣再?gòu)?fù)合利用，同時(shí)抑制氫氣的析出，克服了復(fù)合利用，同時(shí)抑制氫氣的析出，克服了傳統(tǒng)式鉛酸蓄電池的主要缺點(diǎn)。傳統(tǒng)式鉛酸蓄電池的主要缺點(diǎn)。 2.4 2.4 閥控式鉛酸蓄電池的原理閥控式鉛酸蓄電池的原理 .26 2.42.4.1 .1 閥控式鉛酸蓄電池的氧循環(huán)原理閥控式鉛酸蓄電池的氧循環(huán)原理閥控式鉛酸蓄電池采用負(fù)極活性物質(zhì)過(guò)量閥控式鉛酸蓄電池采用負(fù)極活性物質(zhì)過(guò)量設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)，AGAG或或GELGEL電解液吸附系統(tǒng)，正極在充電解液吸附系統(tǒng)，正極在充電后期產(chǎn)生的氧氣通過(guò)電后期產(chǎn)生的氧氣通過(guò)AGMAGM或或GELGEL空隙擴(kuò)散空隙擴(kuò)散

33、到負(fù)極，與負(fù)極海綿狀鉛發(fā)生反應(yīng)變成水，到負(fù)極，與負(fù)極海綿狀鉛發(fā)生反應(yīng)變成水，使負(fù)極處于去極化狀態(tài)或充電不足狀態(tài)，使負(fù)極處于去極化狀態(tài)或充電不足狀態(tài)，達(dá)不到析氫過(guò)電位，所以負(fù)極不會(huì)由于充達(dá)不到析氫過(guò)電位，所以負(fù)極不會(huì)由于充電而析出氫氣，電池失水量很小，故使用電而析出氫氣，電池失水量很小，故使用期間不需加酸加水維護(hù)。期間不需加酸加水維護(hù)。 .27 2.42.4.1 .1 閥控式鉛酸蓄電池的氧循環(huán)原理閥控式鉛酸蓄電池的氧循環(huán)原理在閥控式鉛酸蓄電池中，負(fù)極起著雙重作在閥控式鉛酸蓄電池中，負(fù)極起著雙重作用，即在充電末期或過(guò)充電時(shí)，一方面極用，即在充電末期或過(guò)充電時(shí)，一方面極板中的海綿狀鉛與正極產(chǎn)生的板中

34、的海綿狀鉛與正極產(chǎn)生的O O2 2反應(yīng)而被反應(yīng)而被氧化成一氧化鉛，另一方面是極板中的硫氧化成一氧化鉛，另一方面是極板中的硫酸鉛又要接受外電路傳輸來(lái)的電子進(jìn)行還酸鉛又要接受外電路傳輸來(lái)的電子進(jìn)行還原反應(yīng)，由硫酸鉛反應(yīng)成海綿狀鉛。原反應(yīng)，由硫酸鉛反應(yīng)成海綿狀鉛。在電池內(nèi)部，若要使氧的復(fù)合反應(yīng)能夠進(jìn)在電池內(nèi)部，若要使氧的復(fù)合反應(yīng)能夠進(jìn)行，必須使氧氣從正極擴(kuò)散到負(fù)極。氧的行，必須使氧氣從正極擴(kuò)散到負(fù)極。氧的移動(dòng)過(guò)程越容易，氧循環(huán)就越容易建立。移動(dòng)過(guò)程越容易，氧循環(huán)就越容易建立。 .28 2.42.4.1 .1 閥控式鉛酸蓄電池的氧循環(huán)原理閥控式鉛酸蓄電池的氧循環(huán)原理在閥控式蓄電池內(nèi)部，氧以兩種方式傳輸

35、：在閥控式蓄電池內(nèi)部，氧以兩種方式傳輸：一是溶解在電解液中的方式，即通過(guò)在液相一是溶解在電解液中的方式，即通過(guò)在液相中的擴(kuò)散，到達(dá)負(fù)極表面；二是以氣相的形中的擴(kuò)散，到達(dá)負(fù)極表面；二是以氣相的形式擴(kuò)散到負(fù)極表面。傳統(tǒng)富液式電池中，氧式擴(kuò)散到負(fù)極表面。傳統(tǒng)富液式電池中，氧的傳輸只能依賴于氧在正極區(qū)的傳輸只能依賴于氧在正極區(qū)H H2 2S0S04 4溶液中溶溶液中溶解，然后依靠在液相中擴(kuò)散到負(fù)極。解，然后依靠在液相中擴(kuò)散到負(fù)極。如果氧呈氣相在電極間直接通過(guò)開(kāi)放的通道如果氧呈氣相在電極間直接通過(guò)開(kāi)放的通道移動(dòng)，那么氧的遷移速率就比單靠液相中擴(kuò)移動(dòng)，那么氧的遷移速率就比單靠液相中擴(kuò)散大得多。散大得多。

36、.29 2.42.4.1 .1 閥控式鉛酸蓄電池的氧循環(huán)原理閥控式鉛酸蓄電池的氧循環(huán)原理充電末期正極析出氧氣，在正極附近有輕充電末期正極析出氧氣，在正極附近有輕微的過(guò)壓，而負(fù)極化合了氧，產(chǎn)生一輕微微的過(guò)壓，而負(fù)極化合了氧，產(chǎn)生一輕微的真空，于是正、負(fù)間的壓差將推動(dòng)氣相的真空，于是正、負(fù)間的壓差將推動(dòng)氣相氧經(jīng)過(guò)電極間的氣體通道向負(fù)極移動(dòng)。閥氧經(jīng)過(guò)電極間的氣體通道向負(fù)極移動(dòng)。閥控式鉛蓄電池的設(shè)計(jì)提供了這種通道，從控式鉛蓄電池的設(shè)計(jì)提供了這種通道，從而使閥控式電池在浮充所要求的電壓范圍而使閥控式電池在浮充所要求的電壓范圍下工作，而不損失水。下工作，而不損失水。 .302.42.4.1 .1 閥控式鉛

37、酸蓄電池的氧循環(huán)原理閥控式鉛酸蓄電池的氧循環(huán)原理對(duì)于氧循環(huán)反應(yīng)效率，對(duì)于氧循環(huán)反應(yīng)效率，AGMAGM電池具有良好的電池具有良好的密封反應(yīng)效率，在貧液狀態(tài)下氧復(fù)合效率密封反應(yīng)效率，在貧液狀態(tài)下氧復(fù)合效率可達(dá)可達(dá)9999以上；膠體電池氧再?gòu)?fù)合效率相以上；膠體電池氧再?gòu)?fù)合效率相對(duì)小些，在干裂狀態(tài)下，可達(dá)對(duì)小些，在干裂狀態(tài)下，可達(dá)70-9070-90；富；富液式電池幾乎不建立氧再化合反應(yīng)，其密液式電池幾乎不建立氧再化合反應(yīng)，其密封反應(yīng)效率幾乎為零。封反應(yīng)效率幾乎為零。 .312.5 2.5 閥控式鉛酸蓄電池的性能參數(shù)閥控式鉛酸蓄電池的性能參數(shù) 一、開(kāi)路電壓與工作電壓：一、開(kāi)路電壓與工作電壓：1 11

38、1開(kāi)路電壓：電池在開(kāi)路狀態(tài)下的端電壓稱為開(kāi)路開(kāi)路電壓：電池在開(kāi)路狀態(tài)下的端電壓稱為開(kāi)路電壓。電池的開(kāi)路電壓等于電池的正極的電極電電壓。電池的開(kāi)路電壓等于電池的正極的電極電勢(shì)與負(fù)極電極電勢(shì)之差。勢(shì)與負(fù)極電極電勢(shì)之差。1 12 2工作電壓：工作電壓指電池接通負(fù)載后在放電過(guò)工作電壓：工作電壓指電池接通負(fù)載后在放電過(guò)程中顯示的電壓，又稱放電電壓。在電池放電初程中顯示的電壓，又稱放電電壓。在電池放電初始的工作電壓稱為初始電壓。始的工作電壓稱為初始電壓。 電池在接通負(fù)載后，由于歐姆電阻和極化過(guò)電電池在接通負(fù)載后，由于歐姆電阻和極化過(guò)電位的存在，電池的工作電壓低于開(kāi)路電壓。位的存在，電池的工作電壓低于開(kāi)路電

39、壓。 .322.5 2.5 閥控式鉛酸蓄電池的性能參數(shù)閥控式鉛酸蓄電池的性能參數(shù) 二、容量：二、容量： 電池在一定放電條件下所能給出的電電池在一定放電條件下所能給出的電量稱為電池的容量，以符號(hào)量稱為電池的容量，以符號(hào)C C表示。常用的表示。常用的單位為安培小時(shí)，簡(jiǎn)稱安時(shí)單位為安培小時(shí)，簡(jiǎn)稱安時(shí)( (Ah)Ah)或毫安時(shí)或毫安時(shí)( (mAh)mAh)。電池的容量可以分為理論容量，額電池的容量可以分為理論容量，額定容量，實(shí)際容量。定容量，實(shí)際容量。 .332.5 2.5 閥控式鉛酸蓄電池的性能參數(shù)閥控式鉛酸蓄電池的性能參數(shù) 理論容量是把活性物質(zhì)的質(zhì)量按法拉第定律計(jì)算理論容量是把活性物質(zhì)的質(zhì)量按法拉

40、第定律計(jì)算而得的最高理論值。為了比較不同系列的電池，常用而得的最高理論值。為了比較不同系列的電池，常用比容量的概念，即單位體積或單位質(zhì)量電池所能給出比容量的概念，即單位體積或單位質(zhì)量電池所能給出的理論電量，單位為的理論電量，單位為Ah/1Ah/1或或Ah/kgAh/kg。 實(shí)際容量是指電池在一定條件下所能輸出的電量。實(shí)際容量是指電池在一定條件下所能輸出的電量。它等于放電電流與放電時(shí)間的乘積，單位為它等于放電電流與放電時(shí)間的乘積，單位為AhAh，其值其值小于理論容量。小于理論容量。 額定容量也叫保證容量，是按國(guó)家或有關(guān)部門(mén)頒額定容量也叫保證容量，是按國(guó)家或有關(guān)部門(mén)頒布的標(biāo)準(zhǔn)，保證電池在一定的放電

41、條件下應(yīng)該放出的布的標(biāo)準(zhǔn)，保證電池在一定的放電條件下應(yīng)該放出的最低限度的容量。最低限度的容量。.342.5 2.5 閥控式鉛酸蓄電池的性能參數(shù)閥控式鉛酸蓄電池的性能參數(shù) 三、內(nèi)阻：電池內(nèi)阻包括歐姆內(nèi)阻和極化內(nèi)阻，極化內(nèi)三、內(nèi)阻：電池內(nèi)阻包括歐姆內(nèi)阻和極化內(nèi)阻，極化內(nèi)阻又包括電化學(xué)極化與濃差極化。內(nèi)阻的存在，使電阻又包括電化學(xué)極化與濃差極化。內(nèi)阻的存在，使電池放電時(shí)的端電壓低于電池電動(dòng)勢(shì)和開(kāi)路電壓，充電池放電時(shí)的端電壓低于電池電動(dòng)勢(shì)和開(kāi)路電壓，充電時(shí)端電壓高于電動(dòng)勢(shì)和開(kāi)路電壓。時(shí)端電壓高于電動(dòng)勢(shì)和開(kāi)路電壓。 電池的內(nèi)阻不是常數(shù)，在充放電過(guò)程中隨時(shí)間不電池的內(nèi)阻不是常數(shù)，在充放電過(guò)程中隨時(shí)間不斷變

42、化，因?yàn)榛钚晕镔|(zhì)的組成、電解液濃度和不斷地?cái)嘧兓驗(yàn)榛钚晕镔|(zhì)的組成、電解液濃度和不斷地改變。改變。 歐姆電阻遵守歐姆定律；極化電阻隨電流密度增歐姆電阻遵守歐姆定律；極化電阻隨電流密度增加而增大，但不是線性關(guān)系，常隨電流密度和溫度都加而增大，但不是線性關(guān)系，常隨電流密度和溫度都在不斷地改變。在不斷地改變。.352.5 2.5 閥控式鉛酸蓄電池的性能參數(shù)閥控式鉛酸蓄電池的性能參數(shù) 四、能量：四、能量： 電池的能量是指在一定放電制度下，蓄電池所能給電池的能量是指在一定放電制度下，蓄電池所能給出的電能，通常用瓦時(shí)出的電能，通常用瓦時(shí)( (Wh) )表示。表示。 電池的能量分為理論能量和實(shí)際能量。理論

43、能量電池的能量分為理論能量和實(shí)際能量。理論能量W理理可用理論容量和電動(dòng)勢(shì)可用理論容量和電動(dòng)勢(shì)( (E) )的乘積表示，即：的乘積表示，即： W理理= =C理理E 實(shí)際能量為一定放電條件下的實(shí)際容量實(shí)際能量為一定放電條件下的實(shí)際容量C實(shí)實(shí)與平均與平均工作電壓工作電壓U平平的乘積，即：的乘積，即： W實(shí)實(shí)= =C實(shí)實(shí)U平平.362.5 2.5 閥控式鉛酸蓄電池的性能參數(shù)閥控式鉛酸蓄電池的性能參數(shù) 常用比能量來(lái)比較不同的電池系統(tǒng)。比能量是指常用比能量來(lái)比較不同的電池系統(tǒng)。比能量是指電池單位質(zhì)量或單位體積所能輸出的電能，單位分電池單位質(zhì)量或單位體積所能輸出的電能，單位分別是別是Wh/ /kg或或Wh/

44、l/l。 比能量有理論比能量和實(shí)際比能量之分。前者指比能量有理論比能量和實(shí)際比能量之分。前者指l lkg電池反應(yīng)物質(zhì)完全放電時(shí)理論上所能輸出的能量。電池反應(yīng)物質(zhì)完全放電時(shí)理論上所能輸出的能量。 實(shí)際比能量為實(shí)際比能量為l lkg電池反應(yīng)物質(zhì)所能輸出的實(shí)際電池反應(yīng)物質(zhì)所能輸出的實(shí)際能量。能量。 由于各種因素的影響，電池的實(shí)際比能量遠(yuǎn)小于由于各種因素的影響，電池的實(shí)際比能量遠(yuǎn)小于理論比能量。理論比能量。.372.5 2.5 閥控式鉛酸蓄電池的性能參數(shù)閥控式鉛酸蓄電池的性能參數(shù) 由于各種因素的影響，電池的實(shí)際比能量遠(yuǎn)小于由于各種因素的影響，電池的實(shí)際比能量遠(yuǎn)小于理論比能量。實(shí)際比能量和理論比能量的關(guān)

45、系可表示理論比能量。實(shí)際比能量和理論比能量的關(guān)系可表示為：為： W實(shí)實(shí)W理理KVKRKm 式中式中KV - -電壓效率；電壓效率；KR - -反應(yīng)效率；反應(yīng)效率；Km質(zhì)量效率。質(zhì)量效率。 電壓效率是指電池的工作電壓與電動(dòng)勢(shì)的比值。電壓效率是指電池的工作電壓與電動(dòng)勢(shì)的比值。電池放電時(shí)，由于電化學(xué)極化、濃差極化和歐姆壓降，電池放電時(shí)，由于電化學(xué)極化、濃差極化和歐姆壓降，工作電壓小于電動(dòng)勢(shì)。反應(yīng)效率表示活性物質(zhì)的利用工作電壓小于電動(dòng)勢(shì)。反應(yīng)效率表示活性物質(zhì)的利用率。率。 電池的比能量是綜合性指標(biāo)，反映電池的質(zhì)量水平。電池的比能量是綜合性指標(biāo)，反映電池的質(zhì)量水平。.382.5 2.5 閥控式鉛酸蓄電池

46、的性能參數(shù)閥控式鉛酸蓄電池的性能參數(shù) 五、功率與比功率：五、功率與比功率： 功率是指電池在一定放電制度下，于單位時(shí)間內(nèi)所功率是指電池在一定放電制度下，于單位時(shí)間內(nèi)所給出能量的大小，單位為給出能量的大小，單位為W( (瓦瓦) )或或kW( (千瓦千瓦) )。 單位質(zhì)量電池所能給出的功率稱為比功率，單位為單位質(zhì)量電池所能給出的功率稱為比功率，單位為W/kg或或kW/kg。比功率是電池重要的性能指標(biāo)之一。電比功率是電池重要的性能指標(biāo)之一。電池的比功率大，表示它可以承受大電流放電。池的比功率大，表示它可以承受大電流放電。 蓄電池的比能量和比功率性能是電池選型時(shí)的重要蓄電池的比能量和比功率性能是電池選型

47、時(shí)的重要參數(shù)。因?yàn)殡姵匾c用電的儀器、儀表、電動(dòng)機(jī)器等互參數(shù)。因?yàn)殡姵匾c用電的儀器、儀表、電動(dòng)機(jī)器等互相配套，為了滿足要求，首先要根據(jù)用電設(shè)備要求的功相配套，為了滿足要求，首先要根據(jù)用電設(shè)備要求的功率大小來(lái)選擇電池類(lèi)型。率大小來(lái)選擇電池類(lèi)型。 最終確定選用電池的類(lèi)型要綜合考慮質(zhì)量、體積，最終確定選用電池的類(lèi)型要綜合考慮質(zhì)量、體積，比能量、使用的溫度范圍和價(jià)格等因素。比能量、使用的溫度范圍和價(jià)格等因素。.392.5 2.5 閥控式鉛酸蓄電池的性能參數(shù)閥控式鉛酸蓄電池的性能參數(shù) 六、電池的使用壽命：六、電池的使用壽命： 在規(guī)定條件下，電池的有效壽命期限稱為電池的在規(guī)定條件下，電池的有效壽命期限稱

48、為電池的使用壽命。使用壽命。 蓄電池發(fā)生內(nèi)部短路或損壞而不能使用，以及容蓄電池發(fā)生內(nèi)部短路或損壞而不能使用，以及容量達(dá)不到規(guī)范要求時(shí)蓄電池使用失效，這時(shí)電池的量達(dá)不到規(guī)范要求時(shí)蓄電池使用失效，這時(shí)電池的使用壽命終止。使用壽命終止。 蓄電池的使用壽命包括使用期限和使用周期。使蓄電池的使用壽命包括使用期限和使用周期。使用期限指蓄電池可供使用的時(shí)間，包括蓄電池的存用期限指蓄電池可供使用的時(shí)間，包括蓄電池的存放時(shí)間。使用周期指蓄電池可供重復(fù)使用的次數(shù)。放時(shí)間。使用周期指蓄電池可供重復(fù)使用的次數(shù)。.402.6 2.6 閥控式鉛酸蓄電池的自放電閥控式鉛酸蓄電池的自放電 1.1.自放電的原因：自放電的原因：

49、 自放電指電池在存儲(chǔ)期間容量降低的現(xiàn)象。電池自放電指電池在存儲(chǔ)期間容量降低的現(xiàn)象。電池開(kāi)路時(shí)由于自放電使電池容量損失。開(kāi)路時(shí)由于自放電使電池容量損失。 自放電通常主要在負(fù)極，因?yàn)樨?fù)極活性物質(zhì)為較自放電通常主要在負(fù)極，因?yàn)樨?fù)極活性物質(zhì)為較活潑的海綿狀鉛電極，在電解液中其電勢(shì)比氫負(fù)，活潑的海綿狀鉛電極，在電解液中其電勢(shì)比氫負(fù)，可發(fā)生置換反應(yīng)。若在電極中存在著析氫過(guò)電位低可發(fā)生置換反應(yīng)。若在電極中存在著析氫過(guò)電位低的金屬雜質(zhì)，這些雜質(zhì)和負(fù)極活性物質(zhì)能腐蝕電池，的金屬雜質(zhì)，這些雜質(zhì)和負(fù)極活性物質(zhì)能腐蝕電池，結(jié)果負(fù)極金屬自溶解，并伴有氫氣析出，從而容量結(jié)果負(fù)極金屬自溶解，并伴有氫氣析出，從而容量減少。在

50、電解液中雜質(zhì)起著同樣的有害作用。一般減少。在電解液中雜質(zhì)起著同樣的有害作用。一般正極的自放電不大。正極為強(qiáng)氧化劑，若在電解液正極的自放電不大。正極為強(qiáng)氧化劑，若在電解液中或隔膜上存在易于被氧化的雜質(zhì)，也會(huì)引起正極中或隔膜上存在易于被氧化的雜質(zhì)，也會(huì)引起正極活性物質(zhì)的還原，從而減少容量?；钚晕镔|(zhì)的還原，從而減少容量。.412.6 2.6 閥控式鉛酸蓄電池的自放電閥控式鉛酸蓄電池的自放電 2.2.自放電率自放電率 自放電率用單位時(shí)間容量降低的百分?jǐn)?shù)表示。自放電率用單位時(shí)間容量降低的百分?jǐn)?shù)表示。 式中：式中：Ca-Ca-電池存貯前的容量電池存貯前的容量( (Ah)Ah) Cb- Cb-電池存貯后的容

51、量電池存貯后的容量( (Ah)Ah) T T一電池貯存的時(shí)間，常用天、月計(jì)算。一電池貯存的時(shí)間，常用天、月計(jì)算。 00100TCCCaba.422.7 2.7 閥控式鉛酸蓄電池的安全閥閥控式鉛酸蓄電池的安全閥 安全閥是閥控電池的一個(gè)關(guān)鍵部件，安全閥質(zhì)量的好壞直接影響電安全閥是閥控電池的一個(gè)關(guān)鍵部件，安全閥質(zhì)量的好壞直接影響電池使用壽命，均勻性和安全性。根據(jù)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和閥控電池的使用情況，池使用壽命，均勻性和安全性。根據(jù)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和閥控電池的使用情況，安全閥應(yīng)滿足如下技術(shù)條件：安全閥應(yīng)滿足如下技術(shù)條件： 單向開(kāi)閥；單向開(kāi)閥； 單向密封，可防止空氣進(jìn)入電池內(nèi)部；單向密封，可防止空氣進(jìn)入電池內(nèi)部； 同一

52、組電池各安全閥之間的開(kāi)閉壓力之差不應(yīng)超過(guò)平均值的同一組電池各安全閥之間的開(kāi)閉壓力之差不應(yīng)超過(guò)平均值的2020； 壽命不應(yīng)低于壽命不應(yīng)低于1515年；年； 濾酸，可防止酸和酸霧從安全閥排氣口排出；濾酸，可防止酸和酸霧從安全閥排氣口排出； 隔爆，電池外部遇明火時(shí)電池內(nèi)部不應(yīng)引爆；隔爆，電池外部遇明火時(shí)電池內(nèi)部不應(yīng)引爆； 抗震，在運(yùn)輸和使用期間，安全閥不會(huì)因震動(dòng)和多次開(kāi)閉而松動(dòng)失抗震，在運(yùn)輸和使用期間，安全閥不會(huì)因震動(dòng)和多次開(kāi)閉而松動(dòng)失效；效； 耐酸；耐酸； 耐高、低溫。耐高、低溫。目前市場(chǎng)使用的安全閥主要有：柱式、帽式和傘形安全閥目前市場(chǎng)使用的安全閥主要有：柱式、帽式和傘形安全閥 .43 2.8

53、2.8 對(duì)閥控式鉛酸蓄電池容量的影響因素對(duì)閥控式鉛酸蓄電池容量的影響因素1 1、放電率對(duì)電池容量的影響：、放電率對(duì)電池容量的影響： 鉛酸蓄電池的容量隨放電倍率增大而降低。鉛酸蓄電池的容量隨放電倍率增大而降低。 在考慮鉛酸蓄電池的容量時(shí)，必須指明放電的時(shí)率在考慮鉛酸蓄電池的容量時(shí)，必須指明放電的時(shí)率或倍率。電池容量隨放電時(shí)率或倍率不同而不同?；虮堵省ｋ姵厝萘侩S放電時(shí)率或倍率不同而不同。 放電倍率越高，放電電流密度越大，電流在電極上放電倍率越高，放電電流密度越大，電流在電極上分布越不均勻，電流優(yōu)先分布在離主體電解液最近的表分布越不均勻，電流優(yōu)先分布在離主體電解液最近的表面上，從而在電極的最外表面優(yōu)

54、先生成面上，從而在電極的最外表面優(yōu)先生成PbSO4。于是放電于是放電產(chǎn)物硫酸鉛堵塞多孔電極的孔口，電解液不能充分供應(yīng)產(chǎn)物硫酸鉛堵塞多孔電極的孔口，電解液不能充分供應(yīng)電極內(nèi)部反應(yīng)的需要，電極內(nèi)部物質(zhì)不能得到充分利用，電極內(nèi)部反應(yīng)的需要，電極內(nèi)部物質(zhì)不能得到充分利用，因而高倍率放電時(shí)容量降低。因而高倍率放電時(shí)容量降低。 .44 2.8 2.8 對(duì)閥控式鉛酸蓄電池容量的影響因素對(duì)閥控式鉛酸蓄電池容量的影響因素2 2、 溫度對(duì)電池容量的影響溫度對(duì)電池容量的影響 環(huán)境溫度對(duì)電池的容量影響很大，隨著環(huán)境溫度的環(huán)境溫度對(duì)電池的容量影響很大，隨著環(huán)境溫度的降低容量減小。環(huán)境溫度變化降低容量減小。環(huán)境溫度變化1

55、1時(shí)的電池容量變化稱為時(shí)的電池容量變化稱為容量的溫度系數(shù)。容量的溫度系數(shù)。 根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，如環(huán)境溫度不是根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，如環(huán)境溫度不是2525，則需將實(shí)測(cè)，則需將實(shí)測(cè)容量按以下公式換算成容量按以下公式換算成2525基準(zhǔn)溫度基準(zhǔn)溫度 時(shí)的實(shí)際容量時(shí)的實(shí)際容量Ce，其值應(yīng)符合標(biāo)準(zhǔn)。其值應(yīng)符合標(biāo)準(zhǔn)。 公式中：公式中：t是放電時(shí)的環(huán)境溫度是放電時(shí)的環(huán)境溫度 K是溫度系數(shù)，是溫度系數(shù)，1010hr的容量實(shí)驗(yàn)時(shí)的容量實(shí)驗(yàn)時(shí)K=0.006/=0.006/，3 3hr的的容量實(shí)驗(yàn)時(shí)容量實(shí)驗(yàn)時(shí)K=0.008/=0.008/，1 1hr的容量實(shí)驗(yàn)時(shí)的容量實(shí)驗(yàn)時(shí)K=0.01/=0.01/CtKCCte0251.45

56、2.9 2.9 閥控式鉛酸蓄電池的安裝注意事項(xiàng)閥控式鉛酸蓄電池的安裝注意事項(xiàng)1 1、不能將容量、性能和新舊程度不同的電池連在一起使用。、不能將容量、性能和新舊程度不同的電池連在一起使用。2 2、連接螺絲必須擰緊，臟污和松散的連接會(huì)引起電池打火、連接螺絲必須擰緊，臟污和松散的連接會(huì)引起電池打火爆炸，因此要仔細(xì)檢查。爆炸，因此要仔細(xì)檢查。3 3、安裝末端連接線和導(dǎo)通電池系統(tǒng)前，應(yīng)再次檢查系統(tǒng)的、安裝末端連接線和導(dǎo)通電池系統(tǒng)前，應(yīng)再次檢查系統(tǒng)的總電壓和極性連接，以保證正確接線?？傠妷汉蜆O性連接，以保證正確接線。4 4、由于電池組電壓較高，存在著電擊的危險(xiǎn)，因此裝卸、由于電池組電壓較高，存在著電擊的危

57、險(xiǎn)，因此裝卸、連接時(shí)應(yīng)使用絕緣工具與防護(hù)，防止短路。連接時(shí)應(yīng)使用絕緣工具與防護(hù)，防止短路。5 5、電池不要安裝在密閉的設(shè)備和房間內(nèi)，應(yīng)有良好通風(fēng)，、電池不要安裝在密閉的設(shè)備和房間內(nèi)，應(yīng)有良好通風(fēng)，最好安裝空調(diào)。電池要遠(yuǎn)離熱源和易產(chǎn)生火花的地方；要最好安裝空調(diào)。電池要遠(yuǎn)離熱源和易產(chǎn)生火花的地方；要避免陽(yáng)光直射。避免陽(yáng)光直射。.46 2.10 2.10 閥控式鉛酸蓄電池的其他問(wèn)題閥控式鉛酸蓄電池的其他問(wèn)題1 1、運(yùn)行充電：、運(yùn)行充電：蓄電池荷電出廠，由于自放電，投運(yùn)前要作補(bǔ)充。蓄電池荷電出廠，由于自放電，投運(yùn)前要作補(bǔ)充。 2 2、浮充充電：、浮充充電：蓄電池在現(xiàn)場(chǎng)的工作方式主要是浮充工作制，在使用

58、蓄電池在現(xiàn)場(chǎng)的工作方式主要是浮充工作制，在使用中將蓄電池組和整流器設(shè)備并接在負(fù)載回路。中將蓄電池組和整流器設(shè)備并接在負(fù)載回路。3 3、均充電壓和頻率：、均充電壓和頻率：當(dāng)電池浮充電壓偏低或電池放電后需要再充當(dāng)電池浮充電壓偏低或電池放電后需要再充電或電池組容量不足時(shí)，需要對(duì)電池組進(jìn)行均衡充電，合適的均電或電池組容量不足時(shí)，需要對(duì)電池組進(jìn)行均衡充電，合適的均充電壓和均充頻率是保證電池長(zhǎng)壽命的基礎(chǔ)。充電壓和均充頻率是保證電池長(zhǎng)壽命的基礎(chǔ)。4 4、蓄電池充電注意事項(xiàng)：、蓄電池充電注意事項(xiàng)：電池在安裝后及放電后應(yīng)及時(shí)進(jìn)行充電，電池在安裝后及放電后應(yīng)及時(shí)進(jìn)行充電，避免過(guò)放電或欠充而造成容量下降。避免過(guò)放電

59、或欠充而造成容量下降。 5 5、相比同類(lèi)產(chǎn)品的優(yōu)勢(shì)：、相比同類(lèi)產(chǎn)品的優(yōu)勢(shì)：(1) (1) 技術(shù)領(lǐng)先技術(shù)領(lǐng)先 (2) (2)安全可靠安全可靠 結(jié)構(gòu)、體積比能量結(jié)構(gòu)、體積比能量 、重量比能量、壽命、重量比能量、壽命 正常浮充壽命大于正常浮充壽命大于1010年，北京市話局、上海市話局、內(nèi)蒙元寶年，北京市話局、上海市話局、內(nèi)蒙元寶山電廠已使用十年以上，目前容量仍達(dá)山電廠已使用十年以上，目前容量仍達(dá)100100。 .47三、超導(dǎo)磁儲(chǔ)能系統(tǒng)三、超導(dǎo)磁儲(chǔ)能系統(tǒng) Superconducting Magnetic Energy Storage.48三、超導(dǎo)磁儲(chǔ)能系統(tǒng)三、超導(dǎo)磁儲(chǔ)能系統(tǒng)超導(dǎo)磁儲(chǔ)能超導(dǎo)磁儲(chǔ)能（SME

60、S）是）是利用超導(dǎo)磁體儲(chǔ)利用超導(dǎo)磁體儲(chǔ)存能量時(shí)所具有的低損耗和快速響應(yīng)存能量時(shí)所具有的低損耗和快速響應(yīng)（100ms100ms）的能力，通過(guò)電力電子變流）的能力，通過(guò)電力電子變流器與電力系統(tǒng)連接，組成既能儲(chǔ)存電能器與電力系統(tǒng)連接，組成既能儲(chǔ)存電能（整流方式）又能釋放電能（逆變方式）（整流方式）又能釋放電能（逆變方式）的快速響應(yīng)裝置。的快速響應(yīng)裝置。SMES是把電能存儲(chǔ)在超導(dǎo)線圈中并以磁是把電能存儲(chǔ)在超導(dǎo)線圈中并以磁場(chǎng)能形式儲(chǔ)存的儲(chǔ)能設(shè)備。場(chǎng)能形式儲(chǔ)存的儲(chǔ)能設(shè)備。.493.1 SMES的優(yōu)點(diǎn)的優(yōu)點(diǎn) SMESSMES具備的優(yōu)點(diǎn)：具備的優(yōu)點(diǎn)：可長(zhǎng)期無(wú)損耗地重復(fù)儲(chǔ)存能量，轉(zhuǎn)換效率可可長(zhǎng)期無(wú)損耗地重復(fù)儲(chǔ)存