新能源節(jié)能技術(shù)-蓄電池

模塊五新能源節(jié)能技術(shù)項目4

蓄電池

光伏蓄電池——電能

化學(xué)能儲能技術(shù)儲能技術(shù)儲能產(chǎn)業(yè)是戰(zhàn)略性基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)智能電網(wǎng)風(fēng)能發(fā)電光伏發(fā)電電動車通信電源電子產(chǎn)品軍工產(chǎn)品儲能技術(shù)有什么用？儲能技術(shù)功率等級能量等級設(shè)備類型用戶舉例≤1WMWh便攜儲能設(shè)備電子表、手機(jī)1W～100WWh電子設(shè)備、電動工具≤500W≤500Wh移動儲能設(shè)備電動自行車10kW～200kW2kWh～200kWH節(jié)能與新能源汽車100kW～500kW～500kWh鐵路機(jī)車、城市軌道交通車1kW5kWh固定儲能設(shè)備家用儲能設(shè)備10kW～100kW30kWh小型工業(yè)和商業(yè)設(shè)施兆瓦吉瓦M(jìn)Wh、GWh級智能電網(wǎng)、風(fēng)能、光伏移峰填谷儲能電站儲能設(shè)備分類儲能技術(shù)儲能技術(shù)分類：機(jī)械儲能：抽水蓄能、壓縮空氣儲能、飛輪儲能化學(xué)儲能：鉛酸電池、鎳系電池、鋰系電池、液流電池、鈉硫電池電磁儲能：超導(dǎo)儲能、超級電容器儲能

機(jī)械儲能抽水儲能壓縮空氣儲能飛輪儲能機(jī)械儲能指電能通過轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的形態(tài)儲存起來，在需要時，可再由機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能為用電設(shè)備提供電能。機(jī)械儲能抽水儲能機(jī)械儲能抽水儲能機(jī)械儲能壓縮空氣儲能壓縮控制儲能（compressedairenergystorage，CAES）是一種類似于燃?xì)廨啺l(fā)電設(shè)備。需要儲能時，采用電動空氣壓縮設(shè)備，將空氣縮到大型儲氣設(shè)備中實現(xiàn)儲能。需要釋放能量時，利用壓縮空氣驅(qū)動氣輪發(fā)電機(jī)組發(fā)電，實現(xiàn)機(jī)械能與電能的轉(zhuǎn)換。機(jī)械儲能壓縮空氣儲能機(jī)械儲能壓縮空氣儲能

發(fā)展現(xiàn)狀：世界上第一個商業(yè)化CAES電站為1978年在德國建造，裝機(jī)容量為290MW，換能效率77%。美國在2009年將壓縮空氣儲能列為未來十大技術(shù)。美國電力研究協(xié)會（EPRI）建有220MW壓縮空氣試驗站。我國對壓縮空氣儲能技術(shù)尚處于初始研究階段。機(jī)械儲能飛輪儲能

飛輪儲能（FlywheelEnergyStorage）將能量以動能形式儲存在高速旋轉(zhuǎn)的飛輪中。由高強度合金和復(fù)合材料的轉(zhuǎn)子、高速軸承、雙饋電機(jī)，電力轉(zhuǎn)換器和真空安全罩組成。

電能驅(qū)動飛輪高速旋轉(zhuǎn)，電能變飛輪動能儲存，需要時，飛輪減速，電動機(jī)做發(fā)電機(jī)運行，飛輪的加速和減速實現(xiàn)了充電和放電。機(jī)械儲能飛輪儲能1999年歐洲UrencPower公司利用高強度碳纖維和玻璃纖維復(fù)合材料制作飛輪，轉(zhuǎn)速為42000rad/min，2001年1月系統(tǒng)投入運行，充當(dāng)UPS，儲能量達(dá)到18MJ機(jī)械儲能飛輪儲能機(jī)械儲能飛輪儲能化學(xué)儲能鉛酸電池鎳系電池鋰系電池液流電池鈉硫電池化學(xué)儲能——鉛酸電池構(gòu)成鉛蓄電池之主要成份如下：

陽極板(過氧化鉛.PbO2)--->活性物質(zhì)陰極板(海綿狀鉛.Pb)--->活性物質(zhì)電解液(稀硫酸)--->硫酸(H2SO4)+水(H2O)電池外殼隔離板其它(液口栓.蓋子等)化學(xué)儲能——鉛酸電池

原理：鉛蓄電池內(nèi)的陽極(PbO2)及陰極(Pb)浸到電解液(稀硫酸)中，兩極間會產(chǎn)生2V的電力。 放電狀態(tài)，陰陽極及電解液即會發(fā)生如下的變化：

(陽極)(電解液)(陰極)

PbO2+2H2SO4+Pb--->PbSO4+2H2O+PbSO4(放電反應(yīng))

(過氧化鉛)(硫酸)(海綿狀鉛)

蓄電池連接外部電路放電時，稀硫酸即會與陰、陽極板上的活性物質(zhì)產(chǎn)生反應(yīng),生成新化合物『硫酸鉛』。化學(xué)儲能——鉛酸電池

充電，則陰陽極及電解液即會發(fā)生如下的變化：

(陽極)(電解液)(陰極)

PbSO4+2H2O+PbSO4--->PbO2+2H2SO4+Pb(充電反應(yīng))

(硫酸鉛)(水)(硫酸鉛)

由于放電時在陽極板，陰極板上所產(chǎn)生的硫酸鉛會在充電時被分解還原成硫酸,鉛及過氧化鉛。充電到最后階段時，電流幾乎都用在水的電解，而陰極板就產(chǎn)生氫，陽極板則產(chǎn)生氧?；瘜W(xué)儲能——鉛酸電池襄樊駝峰電池生產(chǎn)設(shè)備化學(xué)儲能——鉛酸電池優(yōu)點：

1壽命長 2價格低 3可以大電流放電缺點：

1鉛的污染 2能量密度低，也就是說過于笨重化學(xué)儲能——鎳系電池優(yōu)點：

1良好的大電流放電特性 2耐過充放電能力強 3維護(hù)簡單缺點：

1鎘是有毒的，環(huán)境污染 2在充放電過程中如果處理不當(dāng)，會出現(xiàn)嚴(yán)重的“記憶效應(yīng)”，使得服務(wù)壽命大大縮短鎳鎘電池（Ni-Cd，Nickel-CadmiunBatteries,Ni-CdRechargeableBattery）是最早應(yīng)用于手機(jī)、筆記本電腦等設(shè)備的電池種類。

Cd+2NiO(OH)+2H2O=2Ni(OH)2+Cd(OH)2

化學(xué)儲能——鎳系電池鎳氫電池化學(xué)儲能——鎳系電池優(yōu)點：

具有能量密度高、充放電速度快、重量輕、壽命長、無環(huán)境污染等優(yōu)點 鎳氫電池能量密度比鎳鎘電池大二倍缺點：

1輕微記憶效應(yīng) 2鎳氫電池串連電池組的管理問題比較多，一旦發(fā)生過充電以后，就會形成單體電池隔板熔化的問題，導(dǎo)致整組電池迅速失效。鎳氫電池化學(xué)儲能——鎳系電池鋰電池所謂鋰離子電池是指分別用二個能可逆地嵌入與脫嵌鋰離子的化合物作為正負(fù)極構(gòu)成的二次電池。人們將這種靠鋰離子在正負(fù)極之間的轉(zhuǎn)移來完成電池充放電工作的，獨特機(jī)理的鋰離子電池形象地稱為“搖椅式電池”，俗稱“鋰電”。

化學(xué)儲能——鎳系電池優(yōu)點：

具有能量密度高、充放電速度快、重量輕、壽命長、無環(huán)境污染等優(yōu)點 循環(huán)壽命長,一般均可達(dá)到500次以上,甚至1000次

缺點：

鋰離子電池主要的問題是在過充電和過放電狀態(tài)電池會發(fā)生爆炸，手機(jī)電池都是使用的單體電池，再經(jīng)過良好的保護(hù)電路來配合使用，基本上杜絕了電池爆炸的問題。鋰電池化學(xué)儲能——鋰系電池鋰電池化學(xué)儲能——鋰系電池鋰電池化學(xué)儲能——液流電池化學(xué)儲能——液流電池1984年澳大利亞新南威爾士大學(xué)的MariaSkyllas-Kazacos教授提出概念;1993年日本住友電工(SEI)獲得相關(guān)專利，并對關(guān)鍵材料和設(shè)計進(jìn)行探索;1998年澳大利亞PinnacleVRB獲得新專利許可，并在1999年將專利授予日本住友電工和加拿大的Vanteck公司;2001年Vanteck公司控股pinnacleVRB，更名為VRBPowerSystems，并開始在大范圍內(nèi)推廣釩電池;我國于1995年開始VRB的研究工作，研究單位主要有中國工程物理研究院電子工程研究所、中科院大連化學(xué)物理所、中南大學(xué)以及清華大學(xué)。全釩液流電池研究現(xiàn)狀化學(xué)儲能——鈉硫電池鈉硫電池是美國福特（Ford）公司于1967年首先發(fā)明公布的

鈉硫電池，是一種以金屬鈉為負(fù)極、硫為正極、陶瓷管為電解質(zhì)隔膜的二次電池。在一定的工作度下，鈉離子透過電解質(zhì)隔膜與硫之間發(fā)生的可逆反應(yīng)，形成能量的釋放和儲存。

基本的電池反應(yīng)是：2Na+xS=Na2Sx化學(xué)儲能——鈉硫電池國際：1976年美國福特(Ford)公司發(fā)明公布2002年日本東京電力公司(TEPCO)和日本NGK推出鈉硫電池產(chǎn)品目前只有東京電力和NGK下屬企業(yè)生產(chǎn)鈉硫電池國內(nèi)：2006年8月上海硅酸鹽研究所與市電力公司開始研發(fā)大容量鈉硫單體電池2007年1月650Ah單體電池試制成功，標(biāo)志我國掌握單體電池核心技術(shù)2007年8月上海硅酸鹽研究所與市電力公司攻克制備關(guān)鍵技術(shù)，建成中試線研究現(xiàn)狀電磁儲能超導(dǎo)磁儲能系統(tǒng)(superconductingmagneticenergystorage，SMES)利用超導(dǎo)體的電阻為零特性制成的儲存電能的裝置，其不僅可以在超導(dǎo)體電感線圈內(nèi)無損耗地儲存電能，還可以通過電力電子換流器與外部系統(tǒng)快速交換有功和無功功率，用于提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性、改善供電品質(zhì)電磁儲能超導(dǎo)儲能系統(tǒng)用快速充放電高溫超導(dǎo)磁體用于維持超導(dǎo)磁體低溫環(huán)境的低漏熱低溫杜瓦，將與外部的熱交換降至最低電磁儲能優(yōu)點：超導(dǎo)儲能系統(tǒng)由于其存儲的是電磁能，這就保證超導(dǎo)儲能系統(tǒng)能夠非常迅速以大功率形式與電網(wǎng)進(jìn)行能量交換。另外，超導(dǎo)儲能系統(tǒng)的功率規(guī)模和儲能規(guī)模可以做的很大，并具有系統(tǒng)效率高、技術(shù)較簡單、沒有旋轉(zhuǎn)機(jī)械部分、沒有動密封問題等優(yōu)點。缺點：

對材料要求高、結(jié)構(gòu)復(fù)雜。超級電容

超級電容是近幾年才批量生產(chǎn)的一種新型電力儲能器件，也稱為電化學(xué)電容。它既具有靜電電容器的高放電功率優(yōu)勢又像電池一樣具有較大電荷儲存能力，單體的容量目前已經(jīng)做到萬法拉級。

同時，超級電容還具有循環(huán)壽命長、功率密度大、充放電速度快、高溫性能好、容量配置靈活、環(huán)境友好免維護(hù)等優(yōu)點。超級電容儲能技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀：超級電容在微功率電子設(shè)備中已經(jīng)廣泛采用替代蓄電池。在電力系統(tǒng)中，可用于提供短時大功率的峰功率和短時大功率負(fù)載平滑，抑制短時脈沖功率等，如大功率直流電機(jī)的啟動功率補償、瞬態(tài)電壓恢復(fù)、抑制瞬態(tài)電壓跌落和瞬態(tài)騷擾等。儲能技術(shù)總結(jié)與發(fā)展第4章光伏蓄電池

光伏發(fā)電系統(tǒng)中，蓄電池是重要組成部件。由于太陽光變化無常，光伏發(fā)電系統(tǒng)的功率輸出也變化無常，因此光伏發(fā)電系統(tǒng)產(chǎn)生的電能需要蓄電池進(jìn)行儲存和調(diào)節(jié)。在日照不足發(fā)電很少或需要維修光伏發(fā)電系統(tǒng)時，蓄電池也能夠提供相對穩(wěn)定的電能。蓄電池的投資占系統(tǒng)總投資的20%~25%。蓄電池的合理選擇、正確使用和維護(hù)等，是光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計和運行、管理中至關(guān)重要的問題。

4.1光伏蓄電池概述4.1.1蓄電池簡介化學(xué)電池是將化學(xué)能轉(zhuǎn)換為電能的裝置，分為原電池和蓄電池兩大類。原電池的活性物質(zhì)只能利用一次，放完電后廢棄，又稱一次電池。蓄電池放電后可以用與放電電流相反的電流進(jìn)行充電，重新獲得復(fù)原而再次使用，又稱二次電池，能量轉(zhuǎn)換過程是可逆的。電能

化學(xué)能4.1光伏蓄電池概述4.1.1蓄電池簡介

蓄電池的分類：鉛酸蓄電池；鎘鎳（NiCd）蓄電池；氫鎳（NiMH）蓄電池；鋰離子（Liion）蓄電池。蓄電池的主要技術(shù)指標(biāo)：工作電壓，放電曲線上的平臺電壓；蓄電池容量，常用安時（A

h）或毫安時（mA

h）表示；工作溫區(qū)，正常放電溫度范圍；循環(huán)壽命，正常工作的充、放電次數(shù)。蓄電池的特性曲線：充電曲線；放電曲線；充放電循環(huán)曲線；溫度曲線；儲存曲線；等光伏發(fā)電系統(tǒng)使用最普遍的是閥控密封式鉛酸蓄電池（Valve-RegulatedLeadAcidBattery，VRLA）。

4.1光伏蓄電池概述4.1.2鉛酸蓄電池的基本概念（1）單體蓄電池單體蓄電池指蓄電池的最小單元（格）。（2）蓄電池組蓄電池組由單體蓄電池串聯(lián)和并聯(lián)組成，以滿足存儲大容量電能的需要。其作用是儲存太陽電池方陣發(fā)出的電能并隨時向負(fù)載供電。（3）電池充電電池充電是外電路給蓄電池供電，使電池內(nèi)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從而把電能轉(zhuǎn)化成化學(xué)能而儲藏起來的操作。（4）過充電過充電是對完全充電的蓄電池或蓄電池組繼續(xù)充電。4.1光伏蓄電池概述（5）熱失控?zé)崾Э厥侵感铍姵卦诤銐撼潆姇r充電電流和電池溫度發(fā)生一種積累性的增強作用并逐步損壞蓄電池現(xiàn)象。VRLA蓄電池過充時正極產(chǎn)生的大量氧氣在負(fù)極復(fù)合，復(fù)合反應(yīng)產(chǎn)生的熱使蓄電池溫度進(jìn)一步升高。溫度升高又使電池內(nèi)阻下降，導(dǎo)致浮充電流增大。這樣，增大的浮充電流使蓄電池溫度升高，升高的溫度又使浮充電流增大，如此反復(fù)形成惡性循環(huán)——熱失控。VRLA鉛酸蓄電池“熱失控”故障的原因：

電池失水；

單格電池提前失效故障；

充電器與鉛酸蓄電池組不匹配（充電電壓過高

）；

電池的氧循環(huán)氣路過于暢通。4.1光伏蓄電池概述（6）放電在規(guī)定的條件下，電池向外電路輸出電能的過程。

（7）活性物質(zhì)在電池放電時發(fā)生化學(xué)反應(yīng)從而產(chǎn)生電能的物質(zhì)，或者說是正極和負(fù)極儲存電能的物質(zhì)統(tǒng)稱為活性物質(zhì)。（8）板極硫化電池放電后未及時充電，或長時期處于半放電或充電不足，甚至過充電情況下或者長時間充電和放電都會形成難溶的PbSO4晶體（非海綿狀），無法恢復(fù)原來的狀態(tài)——板極硫化。板極硫化導(dǎo)致充電困難或電池失效。

4.1光伏蓄電池概述（9）容量容量是在規(guī)定的放電條件下電池輸出的電荷。其單位常用安時(A·h)表示。①能量和比能量

能量蓄電池的能量是指在一定放電制下，蓄電池所能給出的能量，通常用W表示，其單位為瓦時（W

h）。理論能量可以用理論容量和電動勢的乘積表示；實際能量為一定放電條件下的實際容量與平均工作電壓的乘積。

比能量蓄電池的比能量是單位體積或單位重量（質(zhì)量）的蓄電池所給出的能量，分別稱為體積比能量(W

h/L)和重量比能量（W

h/kg）。

4.1光伏蓄電池概述②功率和比功率

功率蓄電池的功率是指蓄電池在一定放電制下，在單位時間內(nèi)所給出的能量的大小，通常用P表示，單位為瓦（W）。理論功率為一定放電條件下的放電電流與蓄電池電動勢的乘積;實際功率為一定放電條件下的放電電流與平均工作電壓的乘積。

比功率是指單位體積或單位質(zhì)量的蓄電池輸出功率，分別稱為體積比功率（W/L）和質(zhì)量比功率（W/kg）。比功率是蓄電池的重要的技術(shù)性能指標(biāo)，蓄電池的比功率大，表示它承受大電流放電的能量強。4.1光伏蓄電池概述

（10）相對密度相對密度是指電解液與水的密度的比值，用來檢驗電解液的強度。相對密度與溫度變化有關(guān)。25℃時，滿充的電池電解液相對密度值為1.265。密封式電池，相對密度值無法測量。純酸溶液的密度為1.835g/cm3，完全放電后降至1.l20g/cm3。

大部分鉛酸電池的密度在1.1~1.3g/cm3范圍內(nèi)，滿充之后一般為1.23~1.3g/cm3。高溫或者低溫中的電池，相對密度也會受影響。4.1光伏蓄電池概述

（11）運行溫度溫度對電池性能影響很大。電池運行一段時間，就感到燙手，鉛酸電池具有很強的發(fā)熱性。當(dāng)運行溫度超過25℃，每升高10℃，鉛酸電池的使用壽命就減少50%。所以電池的最高運行溫度應(yīng)比外界低，運行溫度變化超過

5℃時應(yīng)帶溫度補償充電措施。電池溫度傳感器應(yīng)安裝在陽極上，且與外界絕緣。4.2鉛酸蓄電池結(jié)構(gòu)和工作原理4.2.1鉛酸蓄電池的結(jié)構(gòu)

結(jié)構(gòu)：鉛蓄電池由正極板、負(fù)極板、隔板、電槽及電解液組成。

活性物質(zhì)：正極，PbO2，負(fù)極，Pb；

電解液：H2SO4

電化學(xué)反應(yīng)同時，e、H＋、HSO4

不斷產(chǎn)生，不斷復(fù)合。2.2普通型蓄電池的結(jié)構(gòu)

蓄電池主要由正負(fù)極板、隔板、電解液和外殼四部分組成，如圖所示。

①負(fù)極板、②隔板、③正極板、④連接板、⑤極柱⑥極柱襯套、⑦外殼、⑧封料、⑨接線柱、⑩加液孔螺塞、⑾連接條1.極板1)極板的結(jié)構(gòu)如圖所示由柵架和活性物質(zhì)組成。2）柵架

由鉛銻合金澆鑄而成。普通柵架含銻量5%~7%；干荷電蓄電池柵架含銻量1.5%~2.3%。

柵架3）活性物質(zhì)

正極板上的活性物質(zhì)為二氧化鉛（PbO2），呈棕紅色。負(fù)極板上的活性物質(zhì)為海綿狀純鉛（Pb），呈青灰色。注意：因為正極板活性物質(zhì)較疏松和強度低，所以在單格電池中，負(fù)極板總比正極板多一片。使每一片正極板都處于兩片負(fù)極板之間，保持其放電均勻，防止變形脫落。

為了增大容量，一般將多片正極板（4~13片）和多片負(fù)極板（5~14片）分別并聯(lián)，組成正負(fù)極板組,如圖1-7所示。4)極板組的結(jié)構(gòu)

蓄電池構(gòu)造2.隔板作用：在正負(fù)極板間起絕緣作用，使電池結(jié)構(gòu)緊湊。特征：

（1）隔板有許多微孔，可使電解液暢通無阻。

（2）隔板一面平整，一面有溝槽，溝槽面對著正極板，且與底部垂直，使充放電時，電解液能通過溝槽及時供給正極板，當(dāng)正極板上的活性物質(zhì)PbO2脫落時能迅速通過溝槽沉入容器底部。

3.電解液由純硫酸與蒸餾水按一定比例配制（配制時應(yīng)將硫酸倒入蒸餾水中并不斷攪拌）而成，一般密度為1.24～1.30g/cm3，使用中應(yīng)根據(jù)地區(qū)、氣候條件和制造廠的要求而定。注意：不允許用工業(yè)硫酸和自來水、井水、河水等配制。因其雜質(zhì)多，易引起自放電，從而影響蓄電池壽命。

4.殼體

殼體用于盛裝電解液和極板組。外殼應(yīng)耐酸、耐熱、耐振動沖擊。

外殼由橡膠外殼和聚丙烯塑料兩種，普遍采用的是塑料外殼。外殼為整體式結(jié)構(gòu)，殼內(nèi)間壁分成3個或6個互不相通的單格。蓄電池單格電池之間均用鉛質(zhì)聯(lián)條串聯(lián)，如前圖所示。

注意：每個單格電池設(shè)有一個液孔，可以加注電解液或檢測電解液密度?？咨w上設(shè)有通氣孔，便于排出蓄電池內(nèi)部氣體，防止外殼漲裂，發(fā)生事故。1）鉛酸蓄電池充滿電未接外電路時：正極：PbO2+2H2O→Pb(OH)4

，OH-

在溶于電解液中，Pb4＋留在正極板上，缺少兩個電子變成Pb2＋負(fù)極：Pb

→Pb2＋+

2e，Pb2＋溶于電解液，2e留在負(fù)極板上，多兩個電子，2.3蓄電池工作原理2）蓄電池放電過程

外接電路后，蓄電池的化學(xué)能變成電能的過程稱放電過程。如圖所示。負(fù)極：Pb→Pb2＋＋2ePb2＋＋SO42-=PbSO4正極：Pb4＋＋2e=Pb2＋

Pb2＋＋SO42-=PbSO44H1＋＋4OH1-=2H2O電液：2H2SO4→4H1＋＋2SO42-蓄電池放電示意圖3）充電過程

蓄電池充電示意圖電能變成化學(xué)能，如圖所示。

負(fù)極：PbSO4→Pb2＋＋SO42-

Pb2＋＋2e

→

Pb

總反應(yīng)：PbSO4＋2e＋2H1＋→Pb＋H2SO4

正極：PbSO4→

Pb2＋＋SO42-

Pb2＋--2e

→

Pb4＋

Pb4＋＋4OH1-→PbOH4PbOH4

→PbO2＋2H2O電液：H2SO4＋2H2O

→H2SO4＋2H2＋O2蓄電池充放電過程中的化學(xué)反應(yīng)方程式為：

PbO2+2H2SO4+Pb2PbSO4+2H2O結(jié)論：

（1）具有可逆性。（2）充濃放稀。（3）正極板附近化學(xué)反應(yīng)較負(fù)極板附近化學(xué)反應(yīng)劇烈。

放電

充電4.2鉛酸蓄電池結(jié)構(gòu)和工作原理4.2.3鉛酸蓄電池的分類（1）按照電解液數(shù)量和電池槽結(jié)構(gòu)分類

傳統(tǒng)開口式鉛酸蓄電池：開口半密封式結(jié)構(gòu)，電解液處于富液狀態(tài)，使用過程中需要加水調(diào)節(jié)酸密度；

閥控密封式鉛酸蓄電池（Valve-RegulatedLeadAcidBattery，VRLA）：全密封式結(jié)構(gòu)，電解液為貧液狀態(tài)，使用過程中不需要進(jìn)行加水或加酸維護(hù)——“免維護(hù)”。

AGM電池：主要采用AGM（玻璃纖維）隔板，電解液被吸附在隔板孔隙內(nèi)；

GEL電池：主要采用PVC-SiO2隔板，電解質(zhì)為已經(jīng)凝膠的膠體電解質(zhì)。

4.2鉛酸蓄電池結(jié)構(gòu)和工作原理表4-1AGM電池與GEL電池結(jié)構(gòu)比較內(nèi)部結(jié)構(gòu)GEL電池AGM電池電解液固定方式電解質(zhì)由氣相二氧化硅和多種添加劑以膠體形式固定，注入時為液態(tài)，可充滿電池內(nèi)所有空間，充、放電后凝膠。電解液吸附在多孔的玻璃纖維板內(nèi)，而且必須是不飽和狀態(tài)，隔板內(nèi)93％左右的空間充滿電解液。電解液量準(zhǔn)富液設(shè)計，電解液容量比AGM電池量多。相對于富液電池和GEL電池的儲液量少，貧液設(shè)計。電解液密度密度為1.24g/cm3，對極板腐蝕輕密度為1.28~1.31g/cm3，對電極的腐蝕大正極板結(jié)構(gòu)制成管式或涂膏式極板制成涂膏式極板隔板PVC-SiO2隔板普通AGM隔板4.2鉛酸蓄電池結(jié)構(gòu)和工作原理表4-2AGM電池與GEL電池性能比較

性能特點GEL電池AGM電池浮充性能由于電解質(zhì)的量富余，其散熱性好，沒有熱失控事故發(fā)生，浮充壽命長。散熱性差，熱失控現(xiàn)象時有發(fā)生。循環(huán)性能100％DOD循環(huán)壽命600次以上。100％DOD循環(huán)壽命150次左右。自放電自放電率為2％/月，電池在常溫下可儲存2年。自放電率為(2~3)％/月，存放期超過6個月需補充充電。氣體復(fù)合效率初期復(fù)合效率較低，但循環(huán)數(shù)次后可以達(dá)到95％以上。氣體復(fù)合效率高達(dá)99％。電解液分層現(xiàn)象無硫酸濃度分層現(xiàn)象，電池可以豎直和水平安置。有電解液分層現(xiàn)象，高型電池只能水平放置。

1859

Plante普蘭特

發(fā)明蓄電池1900開口式蓄電池

開始應(yīng)用

（OpenCell)1960-1975Gates公司發(fā)明：

Pb-Ca合金Gates公司獲得：

D型密封鉛酸電池專利

VRLA電池原型1979GNB發(fā)明MFX正極板柵專利合金GNB購買Gates專利GNB開始大量生產(chǎn)吸液式密封免維護(hù)鉛酸蓄電池1984-1996小范圍應(yīng)用迅速推廣VRLA正式取代免維護(hù)概念全面被認(rèn)可并大規(guī)模取代傳統(tǒng)富液式電池鉛酸電池發(fā)展里程碑事件4.2鉛酸蓄電池結(jié)構(gòu)和工作原理（2）按照電池的用途分類

循環(huán)和啟動使用電池：鐵路電池、汽車電池、太陽能電池、電動車電池、牽引電池等類型。

浮充使用電池：浮充電池主要是后備電池。（3）按照電池的使用環(huán)境分類

固定型電池：主要用于后備電源，廣泛用于郵電、電站和醫(yī)院等，最大要求是安全可靠，因其使用固定在一地方，重量不是關(guān)鍵問題。

移動型電池：主要有內(nèi)燃機(jī)車用電池、鐵路客車用電池、摩托車用電池、電動汽車及牽引車用電池等。4.2鉛酸蓄電池結(jié)構(gòu)和工作原理4.2.4蓄電池的性能參數(shù)（鉛酸蓄電池）

1.蓄電池的電壓（1）蓄電池電動勢（E）蓄電池的電動勢在數(shù)值上等于蓄電池達(dá)到穩(wěn)定時的開路電壓，它是由蓄電池電極的活性物質(zhì)與電解質(zhì)的電化學(xué)特性決定的。鉛酸蓄電池的電動勢與硫酸密度的關(guān)系如圖4-3所示。由圖可知，硫酸密度增加（在硫酸密度為1.05～1.300g/cm3范圍時），蓄電池電動勢的值也相應(yīng)增加，呈線性關(guān)系。

4.2鉛酸蓄電池結(jié)構(gòu)和工作原理

（1）蓄電池電動勢（E）蓄電池的電動勢可以從下面近似公式得出E＝0.85+d

（4-1）式中，0.85為VRLA蓄電池的電動勢常數(shù)；d為電解液的比重，單位采用g/cm3。

圖4-3蓄電池電動勢與硫酸密度的關(guān)系4.2鉛酸蓄電池結(jié)構(gòu)和工作原理

（2）開路電壓（Uk）蓄電池的開路電壓是蓄電池在開路狀態(tài)（無電流狀態(tài)）下的端電壓。Uk＝Ez

Ef

（4-2）式中，Ez為蓄電池正極電位；Ef為蓄電池負(fù)極電位。蓄電池達(dá)到穩(wěn)定時的開路電壓在數(shù)值上等于蓄電池的電動勢，也可由Uk＝E＝0.85+d近似得出。4.2鉛酸蓄電池結(jié)構(gòu)和工作原理

（3）工作電壓（U）蓄電池的工作電壓是指蓄電池接通負(fù)荷后在放電過程中顯示的端電壓，又稱負(fù)荷（載）電壓或放電電壓。工作電壓的大小是變化的，既與電池的放電電流有關(guān)，又與電池的內(nèi)阻有關(guān)。U=Uk

I(R0+Rj)

（4-3）式中，I為蓄電池放電電流；R0為蓄電池的歐姆電阻；Rj為蓄電池的極化電阻。（4）充電電壓蓄電池的充電電壓是指蓄電池在充電時，外電源加在蓄電池兩端的電壓。（5）初始電壓蓄電池的初始電壓是蓄電池在放電初始時的工作電壓。4.2鉛酸蓄電池結(jié)構(gòu)和工作原理（6）浮充電壓電池充電器對蓄電池進(jìn)行浮充電時設(shè)定的電壓值。鉛酸蓄電池的單體（格）電壓為2V/格，實際電壓隨充、放電情況而有變化，充電結(jié)束時電壓有2.5～2.7V/格，以后緩慢降到2.05V/格左右的穩(wěn)定狀態(tài)；放電時，電壓緩慢下降，低到1.7V時，便不能再繼續(xù)放電，否則會損壞蓄電池的極板。200A

h以上的鉛酸蓄電池每只為一單體，電壓為2V；200A

h以下的鉛酸蓄電池每只一般為6個單體（格）串聯(lián)，電壓為12V。VRLA蓄電池在25℃時浮充電壓U＝開路電壓+極化電壓=Uk＋（0.10~0.18）。

4.2鉛酸蓄電池結(jié)構(gòu)和工作原理（7）蓄電池的放電終止電壓放電終止電壓是指蓄電池放電時電壓下降到不宜再放電時的最低工作電壓。放電終止電壓隨放電率不同而變化。小于10h的小電流放電，終止電壓取值稍高；大于10h的大電流放電，終止電壓取值稍低。放電率對終止電壓的影如圖4-6所示。圖4-6放電率對終止電壓的影響

4.2鉛酸蓄電池結(jié)構(gòu)和工作原理2.蓄電池的容量蓄電池的容量是蓄電池儲存電能的能力。處于完全充電狀態(tài)的鉛酸蓄電池在一定的放電電流和一定的電解液溫度下，單格電池的電壓降到規(guī)定的終止電壓時所能提供的電量稱為電池容量，以符號C表示，通?？刹捎脙煞N表示方法：安時容量（A

h），瓦時容量（W·h）。當(dāng)蓄電池以恒定電流放電時，安時容量=放電電流

放電時間，瓦時容量=安時容量

平均放電電壓。目前鉛酸蓄電池產(chǎn)品容量可從1安時到幾千甚至上萬安時。4.2鉛酸蓄電池結(jié)構(gòu)和工作原理

理論容量是把蓄電池活性物質(zhì)的質(zhì)量按法拉第定律計算而得到的最高理論值。法拉第電解定律

：電解過程中，通過的電量相同，所析出或溶解出的不同物質(zhì)的物質(zhì)的量相同。也可以表述為：電解1mol的物質(zhì)，所需用的電量都是1個“法拉第”(F)，1F=26.8A

h=96500C。其中，1C=6.25

1018電子電量(e)；1e＝1.6021892

10

18C；1mol＝6.023

1023。

實際容量是指蓄電池在一定放電條件下所能輸出的電量，它等于放電電流與放電時間的乘積。實際容量小于理論容量。實際容量與理論容量之比叫做活性物質(zhì)的利用率。

4.2鉛酸蓄電池結(jié)構(gòu)和工作原理

額定容量（標(biāo)稱容量）是按照國家或有關(guān)部門頒布的標(biāo)準(zhǔn)，在電池設(shè)計時要求電池在一定的放電條件下（一般規(guī)定在25℃環(huán)境下以10小時率電流放電至終止電壓）應(yīng)該放出的最低限度的電量值。額定容量常用來標(biāo)定10小時率蓄電池的型號。為了比較不同系列的蓄電池，常用比容量的概念，即單位體積或單位質(zhì)量蓄電池所能給出的能量，分別稱為體積比容量和重量比容量，其單位分別為A

h/L或A

h/kg。

4.2鉛酸蓄電池結(jié)構(gòu)和工作原理（1）蓄電池容量與放電率的關(guān)系同一個電池放電率不同時，給出的容量也不同。放電率有小時率（時間率）和電流率（倍率）兩種不同的表示方法。①小時率（時間率）：是以一定的電流放完額定容量所需的時間，或以一定電流放電至規(guī)定終止電壓所經(jīng)歷的時間。標(biāo)識為20h、10h、5h、3h、1h、0.5h等。例如，某12V的蓄電池，如果用2A放電，5h降到10.5V（5小時率放電，則容量為C5=2A

5h=10A

h同樣是這個電池，如果用1.2A放電，10h降到10.5V（10小時率放電），則容量為C10=1.2A

10h＝l2A

h前者稱5小對放電率，容量用C5表示；后者稱10小時放電率，容量用C10表示；1小時放電率，容量用C表示；等。C的下腳標(biāo)就是小時率。4.2鉛酸蓄電池結(jié)構(gòu)和工作原理②電流率（倍率）：是指放電電流相當(dāng)于電池額定容量的倍數(shù)。例如，容量為100A

h的蓄電池，以100A

h/10h=10A電流放電，10h將全部電量放完，則電流率為0.1C10；若以100A電流放電，則1h將全部電量放完，則電流率為1C10，依此類推。蓄電池的額定容量按放電率標(biāo)定。國際標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：啟動型蓄電池，其額定容量以20h率標(biāo)定，表示為C20；固定型蓄電池，其額定容量以10h率標(biāo)定，表示為C10。光伏應(yīng)用一般采用20小時率容量。

4.2鉛酸蓄電池結(jié)構(gòu)和工作原理放電電流越大，蓄電池容量越小，放電率對蓄電池容量的影響見表4-6。

表4-6放電率對蓄電池容量的影響電池型號（Type）額定電壓(NomVoltage)/V各小時率容量（RatedCapacity）/(A

h)10.8V/20h10.8V/10h10.5V/5h10.5V/3h10.02V/1hDJM12401243.4403632.725.6DJM12501254504541.132DJM12651270.56558.553.341.6DJM12701276706358.245.5DJM12901298908073.857.6DJM12100121081009083.165DJM121501216215013512397.5DJM12200122162001801651304.2鉛酸蓄電池結(jié)構(gòu)和工作原理（2）蓄電池容量與溫度的關(guān)系鉛酸蓄電池電解液的溫度對蓄電池的容量有一定影響，溫度高時，電解液的黏度下降，電阻減小，擴(kuò)散速度增大，電池的化學(xué)反應(yīng)加強，這些都會使容量增大。但是溫度升高時，蓄電池的自放電會增加，電解液的消耗量也會增多。蓄電池在低溫下容量迅速下降，通用型蓄電池在溫度降到5℃時，容量會降到70%左右。低于

15℃容量將下降到不足60%，且在

10℃以下充電反應(yīng)非常緩慢，可能造成放電后難以恢復(fù)。放完電后若不能及時充電，在溫度低于

30℃時有凍壞的危險。4.2鉛酸蓄電池結(jié)構(gòu)和工作原理

3.蓄電池的使用壽命蓄電池壽命有三種評價方法（主要考慮前兩種）：

蓄電池經(jīng)歷一次充電和放電，稱為一次循環(huán)。在一定的放電條件下，電池使用至某一容量規(guī)定值之前，電池所能承受的循環(huán)次數(shù)，稱為循環(huán)壽命。

蓄電池的使用壽命（浮充壽命）是指蓄電池在規(guī)定的浮充電壓和環(huán)境溫度下，蓄電池壽命終止時浮充運行的總時間，以蓄電池的工作年限來衡量。

恒流過充電壽命是指采用一定的充電電流對蓄電池進(jìn)行連續(xù)過充電，一直到蓄電池壽命終止時所能承受的過充電時間。蓄電池壽命終止條件一般設(shè)定在容量低于10小時率額定容量的80%。

4.2鉛酸蓄電池結(jié)構(gòu)和工作原理

蓄電池的使用壽命與蓄電池本身質(zhì)量及工作條件、使用和維護(hù)情況等因素有很大關(guān)系。放電深度對蓄電池循環(huán)使用壽命的影響如圖所示。蓄電池放電深度與循環(huán)次數(shù)關(guān)系曲線4.2鉛酸蓄電池結(jié)構(gòu)和工作原理4.蓄電池的效率蓄電池在實際工作過程中有一定的能量損耗，通常用能量效率和安時效率來表示。

（1）能量效率：蓄電池放電時輸出的能量與充電時輸入的能量之比。影響能量效率的主要因素是蓄電池的內(nèi)阻。

（2）充電效率（也稱庫侖效率）：蓄電池放電時輸出的電量與充電時輸入的電量之比。影響充電效率的主要因素是蓄電池內(nèi)部的各種負(fù)反應(yīng)，如自放電。對于一般的離網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)，平均充電效率大約為80%～85%，在冬天可增加到90%～95%。4.2鉛酸蓄電池結(jié)構(gòu)和工作原理5.蓄電池的自放電在蓄電池不使用時，隨著放置時間的延長，儲電量會自動減少，這種現(xiàn)象稱為自放電。自放電與儲存時間關(guān)系曲線如圖所示。自放電與儲存時間關(guān)系曲線4.2鉛酸蓄電池結(jié)構(gòu)和工作原理自放電的主要原因是：（1）電解液中含有雜質(zhì)（其它金屬如銅、鐵等），或添加的不是純凈水，這些雜質(zhì)與蓄電池極板形成局部微小電池，從而使蓄電池形成自放回路。實驗表明，電解液中如含有1%的鐵，蓄電池充足電后會在24h之內(nèi)將電能全部放完。蓄電池極板成分不純，含有其它有害雜質(zhì)。雜質(zhì)與極板間或不同雜質(zhì)之間產(chǎn)生電位差，變成一個局部蓄電池，并通過電解液構(gòu)成回路，產(chǎn)生局部電流，從而形成自放電。（2）蓄電池電極間污垢較多，如泥土及水等均為導(dǎo)體，使蓄電池正、負(fù)電極間形成放電回路而自行放電。4.2鉛酸蓄電池結(jié)構(gòu)和工作原理（3）蓄電池負(fù)極板的自溶和正極板二氧化鉛的自動還原。負(fù)極板的海綿狀鉛在蓄電池擱置過程中會以鉛離子形式溶入電解液中，形成硫酸鉛，有效活性物質(zhì)含量下降。（4）電池長期放置不用，硫酸下沉，下部密度較上部大，極板上、下部發(fā)生電位差及溫度的變化都可引起自放電。

4.2鉛酸蓄電池結(jié)構(gòu)和工作原理

6.蓄電池的放電深度與荷電態(tài)

蓄電池放電深度（DepthofDischarge，DOD）是指從蓄電池使用過程中放出的有效容量占該電池額定容量的比值，通常以百分?jǐn)?shù)表示。17%～25%為淺循環(huán)放電；30%～50%為中等循環(huán)放電；60%～80%為深循環(huán)放電。

光伏發(fā)電系統(tǒng)中，DOD一般為30％～80％。

蓄電池的荷電態(tài)（Stateofcharger，SOC)，定義為

式中，Cr、Ct分別為某時刻蓄電池的剩余電量和總電量。4.2鉛酸蓄電池結(jié)構(gòu)和工作原理7.蓄電池內(nèi)阻電池內(nèi)阻有歐姆內(nèi)阻和極化內(nèi)阻兩部分：

歐姆內(nèi)阻主要由電極材料、隔膜、電解液、接線柱等構(gòu)成，也與電池尺寸、結(jié)構(gòu)及裝配有關(guān)。

極化內(nèi)阻是由電化學(xué)極化和濃差極化引起的，是電池放電或充電過程中兩電極進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)時極化產(chǎn)生的內(nèi)阻。極化內(nèi)阻除與電池制造工藝、電極結(jié)構(gòu)及活性物質(zhì)的活性有關(guān)外，還與電池工作電流大小和溫度等因素有關(guān)。電池內(nèi)阻嚴(yán)重影響電池工作電壓、工作電流和輸出能量，因而內(nèi)阻愈小的電池性能愈好。電池內(nèi)阻不是常數(shù)，在充放電過程中隨時間不斷變化，因為活性物質(zhì)組成、電解液濃度和溫度都在不斷變化。

由于電化學(xué)反應(yīng)速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于電子運動速度，進(jìn)而引起了正、負(fù)極板電荷累積，結(jié)果使鉛酸蓄電池端電壓出現(xiàn)升高的現(xiàn)象，把這種變化現(xiàn)象稱之為電化學(xué)極化。在充電過程的電化學(xué)極化，使得負(fù)極電位向負(fù)方向偏移，而正極電位朝正方向偏移。充電過程中，由于離子遷移速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于化學(xué)反應(yīng)的速度，表現(xiàn)出濃度差的現(xiàn)象，濃度差使離子發(fā)生擴(kuò)散運動，而完成擴(kuò)散過程需要一定時間，從而使極板表面的濃度仍比較高。因此，電解液中的濃度不同，這將必然導(dǎo)致電解液極化作用的產(chǎn)生而顯示出極化電壓，促使鉛酸蓄電池正、負(fù)極板的電極電位發(fā)生變化而偏離原來的平衡電位。蓄電池內(nèi)阻和容量關(guān)系4.2鉛酸蓄電池結(jié)構(gòu)和工作原理8.蓄電池的串聯(lián)和并聯(lián)將多只蓄電池的正極接負(fù)極依次連接稱為串聯(lián)，組成的蓄電池組的電壓為串聯(lián)的蓄電池電壓之和，容量不變。例如55只2V/250A·h的鉛酸蓄電池串聯(lián)，組成的串聯(lián)蓄電池組的電壓為110V，容量為250A

h。將多只蓄電池的正極和負(fù)極分別連接起來稱為并聯(lián)，組成的蓄電池組的電壓不變，容量為并聯(lián)的蓄電池容量之和。例如10只2V/250A·h鉛酸蓄電池并聯(lián)，組成的蓄電池組的電壓為2V，容量為2500A

h。蓄電池組也可以并聯(lián)，例如兩組110V/250A

h的蓄電池組并聯(lián)，組成的蓄電池組的電壓為110V，容量為500A

h。蓄電池串、并聯(lián)時應(yīng)盡可能保證每只蓄電池的性能一致。4.3VRLA蓄電池的充、放電特性4.3.1VRLA蓄電池的充電特性1.VRLA蓄電池的充電技術(shù)蓄電池保證使用壽命的技術(shù)指標(biāo)是在環(huán)境溫度為25℃下給出的。蓄電池特性與溫度密切相關(guān)：蓄電池電壓溫度系數(shù)約為-4mV/℃；溫度一定時，充電電壓略高（100mV）會導(dǎo)致蓄電池的熱失控和過充損壞，或略低（100mV）會導(dǎo)致蓄電池充電不足而損壞；

蓄電池的容量與溫度有關(guān)，大約是溫度每降低1℃，容量將下降1%。由此，蓄電池充電器的充電技術(shù)不夠完善。4.3VRLA蓄電池的充、放電特性2.蓄電池的充電方法（1）恒壓充電法在充電過程中，充電電壓保持不變。這樣在剛開始充電時，能以較大的電流對蓄電池充電，隨著充電時間的增加，電流逐漸減少。然而充電電流太大會使電池壽命減少，而且容易造成電池溫度上升，因此需要額外加入限流電路及溫度補償電路。

（2）恒流充電法在充電過程中，充電電流保持不變。這樣可以避免恒壓充電法因電流太大而產(chǎn)生的問題。其缺點是恒流充電可能造成充電電壓過高而影響蓄電池的壽命。而且恒流充電不能像恒壓充電法那樣使電池保持在浮充狀態(tài)，因此無法將蓄電池完全充足電。4.3VRLA蓄電池的充、放電特性

（3）二階段充電法

二階段充電法=恒流充電法+恒壓充電法先以恒定電流對蓄電池充電，等蓄電池電壓達(dá)到氣化電壓后，再以恒定電壓充電，使蓄電池保持在浮充狀態(tài)。二階段充電法在蓄電池壽命和充電時間上已有很大改善。然而在恒壓充電階段，由于充電電流很小，因此必須消耗很長的時間對蓄電池充電，這是其不足之處。

（4）三階段充電法（*）

三階段充電法=恒流充電法+“充電吸收”+恒壓充電法第一階段是以恒定電流充電，第三階段是以恒定電壓充電，但在第一階段與第三階段之間加入稱為充電吸收”的第二階段。在第二階段中，充電電壓維持在氣化電壓以下，但充電電流緩慢下降，這樣可以大幅度縮短恒壓充電的時間。

（5）快速充電理論基礎(chǔ)上世紀(jì)60年代中期，美國科學(xué)家馬斯對開口蓄電池的充電過程作了大量的試驗研究，并提出了以最低出氣率為前提的，蓄電池可接受的充電曲線，如圖所示。實驗表明，如果充電電流按這條曲線變化，就可以大大縮短充電時間，并且對電池的容量和壽命也沒有影響。原則上把這條曲線稱為最佳充電曲線，從而奠定了快速充電方法的研究方向。4.3VRLA蓄電池的充、放電特性（5）浮充充電蓄電池充滿電后，改用小電流給電池繼續(xù)充電，此時就稱為浮充電，也稱為涓流充電。

浮充電的目的有三個：①保持電池的電壓處于浮充電壓范圍，此時電池的板柵（就是極板的導(dǎo)電骨架）腐蝕處于最慢的狀態(tài)，可延長電池壽命；②補充電池自放電造成的容量損失，保持電量充足；③抑制活性物質(zhì)重結(jié)晶造成硫酸鹽化（維持蓄電池的內(nèi)氧循環(huán)）。4.3VRLA蓄電池的充、放電特性（5）浮充充電

蓄電池的浮充電壓與其使用壽命之間也有密切的關(guān)系，總趨勢是：在同一溫度下工作，浮充電壓越高，使用壽命越短。

蓄電池的浮充電壓值要參考廠家對產(chǎn)品推薦的數(shù)值來確定，不同廠家的產(chǎn)品，推薦的浮充電壓值可能不同；就是同一廠家的不同系列產(chǎn)品，推薦的浮充電壓值也可能不同。例如某公司的XM系列和GM系列蓄電池，前者推薦的浮充電壓為2.275V/單體，后者推薦的浮充電壓為2.23V/單體（均為標(biāo)準(zhǔn)溫度下）4.3VRLA蓄電池的充、放電特性（5）浮充充電

蓄電池浮充狀態(tài)下的充電電壓和充電電流設(shè)置：在環(huán)境溫度為25℃時，標(biāo)準(zhǔn)型VRLA蓄電池的浮充電壓應(yīng)設(shè)置在2.25V/格，允許變化范圍為2.23～2.27V/格。實際運行時，還需要根據(jù)環(huán)境溫度的變化來調(diào)整浮充電壓，通常的調(diào)節(jié)系數(shù)為

4mV/℃。保證浮充電運行的VRLA蓄電池既不欠充電，也不過充電。補充作業(yè)：標(biāo)準(zhǔn)電壓為12V的VRLA，在25℃時的浮充電壓為多少？40℃時的浮充電壓又應(yīng)該為多少？4.3VRLA蓄電池的充、放電特性（6）均衡充電所謂均衡充電是把每個VRLA蓄電池單元并聯(lián)起來，用統(tǒng)一的充電電壓進(jìn)行的一種恒壓方式充電。

均衡充電的目的：確保蓄電池組中所有單體電池的電壓、比重達(dá)到均勻一致。均衡充電電流一般選0.3C或略小于0.3C；均衡充電電壓一般選2.35V/單體（額定電壓為2V的VRLA蓄電池）；均充時間不大于10小時。下列情況下蓄電池需要均衡充電：

市電停電后電池釋放的能量超過總?cè)萘康?5％；

蓄電池長期處于浮充狀態(tài)；

電池組中，出現(xiàn)了落后電池，在浮充狀態(tài)下單體電壓低于2.2V，更換新電池后。

4.3VRLA蓄電池的充、放電特性（7）循環(huán)應(yīng)用在循環(huán)應(yīng)用領(lǐng)域，VRLA蓄電池都采用薄極板設(shè)計來提高比能量和大電流性能。對于薄極板的VRLA蓄電池最好的充電方法是采用脈沖和電流遞減充電方式。脈沖充電方式可在短時間內(nèi)提高充電電流，縮短蓄電池充滿電時間，并具有很小的過充電；電流遞減充電方式具有同樣的優(yōu)點。蓄電池實現(xiàn)大電流快速充電的關(guān)鍵是蓄電池活性物質(zhì)的復(fù)合效率，蓄電池的極板薄、表面積大、極板間距小、充電效率高。當(dāng)蓄電池老化時，活性物質(zhì)的復(fù)合效率下降。

4.3VRLA蓄電池的充、放電特性3.充電限流

VRLA蓄電池放電后，初期充電電流過大，產(chǎn)生的熱量可能會將板柵豎筋、匯流條、端子等熔斷，正極板活性物質(zhì)PbO2顆粒之間的結(jié)合松弛、軟化、脫落，嚴(yán)重時會引發(fā)熱失控，使VRLA蓄電池變形、開裂而失效，所以需要對充電電流加以限定。4.恢復(fù)性充電對DOD較大的電池單元進(jìn)行預(yù)充，一般采用恒流充電電流的十分之一進(jìn)行涓流充電；達(dá)到設(shè)定閾值時進(jìn)入恒流充電狀態(tài)。4.3VRLA蓄電池的充、放電特性4.3.2VRLA蓄電池的放電特性1.放電試驗

VRLA蓄電池出廠前的容量試驗步驟：（1）先將被試驗VRLA蓄電池完全充電。（2）將被試驗VRLA蓄電池靜置1~24h，使蓄電池表面溫度達(dá)到25

5℃。（3）VRLA蓄電池采用0.1C10電流連續(xù)對負(fù)載恒流放電，在放電過程中定期測試VRLA蓄電池端電壓；VRLA蓄電池端電壓達(dá)到1.80V/單體時放電終止。最后累積放電量達(dá)到100％即為合格。

4.3VRLA蓄電池的充、放電特性2.放電使用

放電終止電壓設(shè)定：根基放電速率并結(jié)合環(huán)境溫度，精確地設(shè)定放電的終止電壓。放電速率為0.01~0.025C，終止電壓可設(shè)定為2.00V/單體；放電速率為0.025~0.25C，終止電壓可設(shè)定為1.80V/單體。

4.3VRLA蓄電池的充、放電特性3.放電要求（1）放電電流

VRLA蓄電池實際放出的容量與放電電流有關(guān)。放電電流越大，VRLA蓄電池的效率越低。例如，12V/24A·h的蓄電池當(dāng)放電電流為0.4C時，放電至終止電壓的時間是110min，實際輸出容量17.6A·h，效率為73.3%；當(dāng)放電電流為7C時，放電至終止電壓的時間僅為20s，實際輸出容量0.93A·h，效率為3.9％。使用中應(yīng)避免大電流放電，以提高VRLA蓄電池的效率。4.3VRLA蓄電池的充、放電特性（2）放電深度放電深度對VRLA蓄電池使用壽命的影響也很大，放電深度越深，其循環(huán)壽命越短。因為正極活性物質(zhì)PbO2本身的互相結(jié)合不牢，放電時生成PbSO4，充電時又恢復(fù)為PbO2。PbSO4的摩爾體積比PbO2大，則放電時活性物質(zhì)體積膨脹。若1molPbO2轉(zhuǎn)化為1molPbSO4，體積增加95%。這樣反復(fù)收縮和膨脹，就使PbO2顆粒之間的相互結(jié)合逐漸松弛，易于脫落。若1molPbO2的活性物質(zhì)只有20%放電，則收縮、膨脹的程度就大大降低，結(jié)合力破壞變緩慢，使用壽命延長。4.4VRLA蓄電池的使用與維護(hù)4.4.1VRLA蓄電池的正確使用

1.太陽能光伏發(fā)電用VRLA蓄電池的使用特點太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)蓄電池的使用模式、充電模式、失效模式和環(huán)境情況與一般的應(yīng)用差別較大。它放電電流較小，根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計富裕量不同，一般以25h率放電，放電深度為20%～50%。為了能夠高效地接受從發(fā)電系統(tǒng)中產(chǎn)生的電能，蓄電池通常處于不完全充電狀態(tài)，大多時候保持放電狀態(tài)；充電受氣候的影響，有時以過放電靜置。在太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)中，蓄電池充電由太陽電池直接提供，其充電電流和充電電壓隨著太陽輻照度的變化而變化，有時充電電壓偏低，有時充電電壓過高，由于蓄電池對充電方法特別敏感，易造成電池早期失效。

4.4VRLA蓄電池的使用與維護(hù)2.太陽能光伏發(fā)電用VRLA蓄電池的主要技術(shù)要求

（1）循環(huán)壽命要長太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)中，要求蓄電池組壽命應(yīng)達(dá)到5年以上。蓄電池應(yīng)是適用于循環(huán)應(yīng)用的長壽命電池。一般太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計蓄電池循環(huán)深度為50％，在此循環(huán)深度下，循環(huán)壽命應(yīng)達(dá)到1000次以上。（2）良好的低溫放電性能我國太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)使用地區(qū)，環(huán)境條件惡劣，室外氣溫的變化范圍為

35～+55℃，蓄電池的工作環(huán)境溫度為

10～+40℃，濕度為90%，最高海拔高度為5000m。要特別注意蓄電池的氣閥壓力范圍和高低溫放電性能。在

10℃時按10h率放電，要求放出實際容量80%以上。4.4VRLA蓄電池的使用與維護(hù)（3）良好的容量恢復(fù)性能太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)中蓄電池放電深度不穩(wěn)定，蓄電池過放電后的容量恢復(fù)性能是一項重要指標(biāo)，要求蓄電池100%放電到0V，擱置120h后，充電可恢復(fù)到實際容量的95%以上。（4）良好的均衡性

太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)用蓄電池處于循環(huán)使用，系統(tǒng)中電池數(shù)量較多，因此對整組電池容量的均衡性要求較高。參照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，配組的儲能蓄電池容量偏差要求小于5%，以提高整組蓄電池的循環(huán)壽命。

（5）對蓄電池還應(yīng)有防爆、阻燃、抗震的要求，其自放電應(yīng)小于4%/28d，恒流過充電壽命應(yīng)符合YD/T799-2002標(biāo)準(zhǔn)的要求。

4.4VRLA蓄電池的使用與維護(hù)3.VRLA蓄電池的使用蓄電池充電電壓的要求是非常嚴(yán)格的，必須嚴(yán)格遵守。

VRLA蓄電池在運行中不析出氣體是有條件的：VRLA蓄電池在存放期間內(nèi)應(yīng)無氣體析出；充電電壓在2.35V/單體（25℃）以下應(yīng)無氣體析出；放電期間內(nèi)應(yīng)無氣體析出。但當(dāng)充電電壓超過2.35V/單體時就有可能使氣體析出?？茖W(xué)合理地設(shè)置蓄電池的浮充電壓均衡充電電壓：（1）全浮充電壓定為2.23～2.25V/單體（25℃）較合適。

（2）均衡充電方法：

充電電壓調(diào)到2.33V/單體（25℃），充電30h；

充電電壓調(diào)到2.35V/單體（25℃），充電20h。控制蓄電池端電壓壓差的均勻一致性（<0.03V/單體）

4.4VRLA蓄電池的使用與維護(hù)3.VRLA蓄電池的使用加尾VRLA蓄電池的工作方式不可取。不能從整組VRLA蓄電池中抽出一部分VRLA蓄電池作其它電源用。在正常使用情況下，要經(jīng)常巡視、檢查、測試VRLA蓄電池，認(rèn)真做好VRLA蓄電池的運行記錄。應(yīng)使用性能良好、具有自動控制和監(jiān)測功能的充電裝置。當(dāng)負(fù)載在正常范圍內(nèi)變化時，充電設(shè)備應(yīng)達(dá)到

2%的穩(wěn)壓精度才能滿足VRLA蓄電池說明書中所規(guī)定的技術(shù)要求。

4.4VRLA蓄電池的使用與維護(hù)4.VRLA蓄電池擱置與放電盡量避免VRLA蓄電池長期閑置不用或使VRLA蓄電池長期處于浮充狀態(tài)而不放電。對長期擱置不用的VRLA蓄電池必須每隔一定時間充電一次，以達(dá)到激活VRLA蓄電池的目的，盡可能恢復(fù)VRLA蓄電池原有的容量。應(yīng)定期對每個VRLA蓄電池作充、放電測量，檢查VRLA蓄電池的蓄電能力和充、放電特性，對不合格的VRLA蓄電池，堅決給予更換。蓄電池進(jìn)行大容量放電后應(yīng)及時再充電，其間隔時間不應(yīng)超過24h。VRLA蓄電池的容量越大可靠性就越高的片面性。

4.4VRLA蓄電池的使用與維護(hù)4.4.2VRLA蓄電池的維護(hù)

1.維護(hù)工作的重要性

VRLA蓄電池的維護(hù)工作是保證VRLA蓄電池安全可靠運行的重要環(huán)節(jié)。據(jù)統(tǒng)計：VRLA蓄電池供電系統(tǒng)的故障有50%以上是因VRLA蓄電池組故障或因VRLA蓄電池維護(hù)不當(dāng)造成的。

造成VRLA蓄電池的使用壽命達(dá)不到設(shè)計要求的主要原因有：（1）VRLA蓄電池使用環(huán)境溫度變化大（

15℃～45℃）（2）大部分VRLA蓄電池放電終止電壓設(shè)置不準(zhǔn)造成VRLA蓄電池組的深度放電

4.4VRLA蓄電池的使用與維護(hù)（3）VRLA蓄電池組放電后沒有及時進(jìn)行充電，造成VRLA蓄電池極板硫化，使活性物質(zhì)不能還原，造成VRLA蓄電池容量嚴(yán)重下降。（4）系統(tǒng)采用的VRLA蓄電池的質(zhì)量和性能的一致性較差，使VRLA蓄電池供電系統(tǒng)的整體質(zhì)量和性能難以保證。（5）充電設(shè)備的性能不佳或功能不全。若僅采用恒壓充電方式，充電初期，VRLA蓄電池接受電荷能力強，充電電流過大，正極板上的活性物質(zhì)PbSO4還原成PbO2、負(fù)極板還原為Pb時體積變化過于劇烈，收縮太快且不均勻，導(dǎo)致VRLA蓄電池正極板彎曲膨脹、變形損壞。（6）浮充、均充點設(shè)置不合理，造成VRLA蓄電池欠充或過充。過充會導(dǎo)致VRLA蓄電池析氣、失水和變形。

4.4VRLA蓄電池的使用與維護(hù)2.VRLA蓄電池的技術(shù)維護(hù)

（1）日常維護(hù)VRLA蓄電池特性的變化是一個漸進(jìn)和積累的過程，為了保證VRLA蓄電池性能良好、確保VRLA蓄電池的使用壽命，應(yīng)對VRLA蓄電池進(jìn)行日常維護(hù)和定期檢查。

①日常管理周到、細(xì)致和規(guī)范，保證VRLA蓄電池及充電裝置處于良好的運行狀況，保證直流母線上的電壓和VRLA蓄電池處于正常運行范圍；盡可能地使VRLA蓄電池運行在最佳運行溫度范圍內(nèi)。4.4VRLA蓄電池的使用與維護(hù)

②VRLA蓄電池的日常維護(hù)中需經(jīng)常檢查的項目有：

檢測VRLA蓄電池的端電壓；

檢測VR以蓄電池的工作溫度；

檢測VRLA蓄電池連接處有無松動、腐蝕現(xiàn)象;檢測連接條的壓降；

檢測VRLA蓄電池外觀是否完好、有無外殼變形和滲漏；

檢測極柱、安全閥周圍是否有酸霧析出，保持VRLA蓄電池本身清潔。安裝好的VRLA蓄電池極柱應(yīng)涂上中性凡士林，防止腐蝕極柱。定期清潔，以防VRLA蓄電池絕緣性降低。4.4VRLA蓄電池的使用與維護(hù)

③平時每組VRLA蓄電池至少應(yīng)選擇幾只VRLA蓄電池作標(biāo)示，作為了解VRLA蓄電池組工作情況的參考，對標(biāo)示VRLA蓄電池應(yīng)定期測量并做好記錄。④當(dāng)在VRLA蓄電池組中發(fā)現(xiàn)有電壓反極性、壓降大、壓差大和酸霧泄漏現(xiàn)象的VRLA蓄電池時，應(yīng)及時采取相應(yīng)的方法恢復(fù)或修復(fù)，對不能恢復(fù)或修復(fù)的要更換，對壽命已過期的VRLA蓄電池組要及時更換。4.4VRLA蓄電池的使用與維護(hù)

（2）定期檢查①月度檢查和維護(hù)項目。保持VRLA蓄電池清潔衛(wèi)生，測量和記錄VRLA蓄電池的環(huán)境溫度；逐個檢查VRLA蓄電池的清潔度、端子的損傷痕跡、外殼及殼蓋的損壞或過熱痕跡；檢查殼蓋、極柱、安全閥周圍是否有滲液和酸霧析出；檢測VRLA蓄電池外殼和極柱溫度、單體和VRLA蓄電池組的浮充電壓、VRLA蓄電池組的浮充電流。4.4VRLA蓄電池的使用與維護(hù)②每半年檢查VRLA蓄電池組中各VRLA蓄電池的端電壓和內(nèi)阻，若單個VRLA蓄電池的端電壓低于其最低臨界電壓或VRLA蓄電池內(nèi)阻大于80m

時，應(yīng)及時更換或進(jìn)行均衡充電。同時應(yīng)檢查VRLA蓄電池連線牢固程度，主要防止由于VRLA蓄電池充放電過程中的溫度變化導(dǎo)致連線處松動或接觸電阻過大。③每年以實際負(fù)荷做一次核對性放電，放出額定容量的30%~40%，并作均充；每3年做一次容量試驗，放電深度為80％/C10，若該組VRLA蓄電池實放容量低于額定容量的80%，則認(rèn)為該VRLA蓄電池組壽命終止4.4VRLA蓄電池的使用與維護(hù)

（3）“三防、一及時”①防高溫；②防過充電：25℃時的浮充電壓U＝開路電壓+極化電壓＝Uk＋（0.10~0.18）或按蓄電池使用手冊中給出浮充電壓值設(shè)定；均、浮充電限流點可以按I充＝(0.1～0.125)C10進(jìn)行設(shè)定，最大充電電流不能大于10小時率充電電流的1.5倍，并要根據(jù)環(huán)境溫度的變化對浮充電壓進(jìn)行補償。

③防過放電；④及時充電。

4.4VRLA蓄電池的使用與維護(hù)（4）核對性容量試驗由于無法測量VRLA蓄電池的電解液密度，因此要準(zhǔn)確地了解容量，最有效的方法就是每年進(jìn)行一次核對性容量試驗。因落后VRLA蓄電池也只有在放電狀態(tài)下才能被正確判定，放電時一組VRLA蓄電池中電壓降低最快的一只就是落后VRLA蓄電池，在不脫離負(fù)載的情況下，可以對一只最差的VRLA蓄電池進(jìn)行放電，它的容量就代表該組VRLA蓄電池的有效容量。4.4VRLA蓄電池的使用與維護(hù)

（5）容量恢復(fù)試驗容量恢復(fù)試驗，讓VRLA蓄電池內(nèi)的活性物質(zhì)活化，以恢復(fù)蓄電池的容量。主要方法：將蓄電池組脫離充電裝置，在蓄電池組兩端加上可調(diào)負(fù)載，使蓄電池組的放電電流為額定容量的0.1倍，每半小時記錄一次蓄電池電壓，直到蓄電池電壓下降到1.8V/只（對于2V/只的單體蓄電池）或10.8V/只（對于12V/只的單體蓄電池）后停止放電，并記錄時間。靜置2h后，再用同樣大小的電流對蓄電池進(jìn)行恒流充電，使蓄電池電壓上升到2.35V/只或14.1V/只，保持該電壓對蓄電池進(jìn)行8h的均衡充電后，將恒壓充電電壓改為2.25V/只或13.5V/只，進(jìn)行浮充充電。4.4VRLA蓄電池的使用與維護(hù)

（6）治療性充、放電維護(hù)操作如果在半年內(nèi)，VRLA蓄電池組從未放過電，應(yīng)對蓄電池組進(jìn)行一次治療性充、放電維護(hù)操作。根據(jù)治療性充、放電過程，從放電容量和蓄電池電壓值判斷每只蓄電池的“健康情況”，因為在不同放電容量過程中，每只蓄電池的電壓變化就代表了該蓄電池的“健康”狀況，如有不合格蓄電池，應(yīng)采取補救措施。VRLA蓄電池端電壓的測量應(yīng)定期在放電狀態(tài)下進(jìn)行，而不能只在浮充狀態(tài)下進(jìn)行。4.5蓄電池充放電管理4.5.1蓄電池充電管理

1.蓄電池溫度充電→溫升，溫升過高，電池壽命縮短；溫度過低，蓄電池容量減少，容易過度放電，電池壽命縮短。使用狀態(tài)正常溫度范圍：15~55℃；

特殊情況，放電時不超過

15~55℃范圍，充電時不超過0~60℃范圍。放電終了，電解液溫度最好維持在40℃以下。

4.5蓄電池充放電管理4.5.1蓄電池充電管理

2.充電量蓄電池的充電量與放電量之比不能過高，若過高易使水分解，氣體產(chǎn)生，電解液明顯減少，會使充電時溫度上升，蓄電池壽命縮短。假設(shè)充電量為放電量120%時的電池，使用壽命有4年；當(dāng)電池的充電量與放電量之比達(dá)到150%時，該電池的壽命為4×120/150=3.2(年)充電不足又重復(fù)放電使用，則會嚴(yán)重影響電池壽命。

3.氣體充電場所必須通風(fēng)良好，注意遠(yuǎn)離火源，避免觸電。充電中產(chǎn)生的氣體是氧氣與氫氣，氫氣具有可燃性和爆炸性，若空氣中的氫氣達(dá)到3.8%以上，又離火源近，就會發(fā)生爆炸。4.5蓄電池充放電管理4.5.2放電時的管理電池放電→內(nèi)阻增大。完全放電時內(nèi)阻為完全充電時的2~3倍。嚴(yán)禁到達(dá)額定電壓時繼續(xù)放電，會縮短蓄電池壽命。若電池電壓達(dá)到廠家規(guī)定的最高電壓時，則應(yīng)停止使用，馬上充電。每日反復(fù)充放電以供使用時，則電池壽命將會因放電量的深淺，而受到影響。蓄電池的電解液比重幾乎與放電量成比例。測比重（兼測溫度，換算成20℃時的比重），推算（監(jiān)測）蓄電池的放電量。蓄電池放電量不得大于80%。4.5蓄電池充放電管理

1.放電狀態(tài)與內(nèi)部阻抗內(nèi)部阻抗會因放電量增加而加大，尤其放電終點時，阻抗最大，主要因為放電的進(jìn)行，使得極板內(nèi)產(chǎn)生電流的不良導(dǎo)體——硫酸鉛及電解液比重的下降，都導(dǎo)致內(nèi)部阻抗增強，故放電后，務(wù)必馬上充電，若任其持續(xù)放電狀態(tài)，則硫酸鉛形成安定的白色結(jié)晶后(即硫化現(xiàn)象)，即使充電，極板的活性物質(zhì)也無法恢復(fù)原狀，而將縮短電瓶的使用年限。

2.放電中的溫度當(dāng)電池過度放電，內(nèi)部阻抗即顯著增加，因此蓄電池溫度也會上升。放電時的溫度高，會提高充電完成時的溫度，因此，將放電終了時的溫度控制在40℃以下最好。4.5蓄電池充放電管理4.5.3蓄電池自放電蓄電池在開路不用時，其容量會自行逐漸下降，這就是自放電現(xiàn)象。蓄電池正極和負(fù)極在開路不用時都會產(chǎn)生自放電，究其原因如下：

1.正極的自放電原因①正極活性物質(zhì)中若存在二價的鐵離子，會被氧化為三價的鐵離子而造成正極活性物質(zhì)的還原。②正極板柵中金屬鉛、銻、銀等的氧化，造成的正極自放電。

PbO2＋Pb＋2H2SO4

＝2PbSO4

＋2H2OPbO2

＋2Ag＋2H2SO4＝PbSO4

＋Ag2SO4

＋2H2O5PbO2＋2Sb＋6H2SO4＝(SbO2)2SO4