1、17.3.2 光伏蓄电池光伏蓄电池23光伏系统光伏系统中中蓄电池蓄电池是用来储存电能的部是用来储存电能的部件。在蓄电池中，电能被转化为化学能件。在蓄电池中，电能被转化为化学能，这就是蓄电池充电的过程，这就是蓄电池充电的过程;当太阳能电当太阳能电池给蓄电池充电完毕，负载开始用电的池给蓄电池充电完毕，负载开始用电的时候，蓄电池中的化学能就开始转换为时候，蓄电池中的化学能就开始转换为电能，这就是蓄电池的放电过程。电能，这就是蓄电池的放电过程。45v目前最常用的是目前最常用的是铅铅-酸蓄电池酸蓄电池和和碱性镍碱性镍-镉蓄镉蓄电池电池.v 固定式铅固定式铅-酸蓄电池酸蓄电池性能稳定性能稳定,价格较低价格
2、较低,容量容量较大较大,所以使用相当广泛所以使用相当广泛.密封铅密封铅-酸蓄电池酸蓄电池由由于具有不泄漏酸液于具有不泄漏酸液,运输和维护方便等优点运输和维护方便等优点,在在中小型光伏系统中普遍使用中小型光伏系统中普遍使用.v 镍镍-镉蓄电池具有耐过充放镉蓄电池具有耐过充放,低温性能好低温性能好,循环循环寿命长等优点寿命长等优点,但是价格较高但是价格较高.所以一般只在为所以一般只在为重要负载供电的系统中使用重要负载供电的系统中使用.6789目前在光伏系统中常用的蓄电池基本上是目前在光伏系统中常用的蓄电池基本上是密封铅酸蓄密封铅酸蓄电池电池。为什么。为什么?因为这种电池非常便宜因为这种电池非常便宜
3、。但是，因为这种电池是密封。但是，因为这种电池是密封免维护的，与以往的开口式铅酸蓄电池相比，不能人免维护的，与以往的开口式铅酸蓄电池相比，不能人工加水、加酸工加水、加酸，并在线测试电池电解液的温度、比重、并在线测试电池电解液的温度、比重、电压来切实维护，所以这种铅酸密封免维蓄电池对电压来切实维护，所以这种铅酸密封免维蓄电池对充充电制度电制度和和放电制度放电制度要求极为精细严格，再也不能用过要求极为精细严格，再也不能用过去那种粗放式的简单充放电方法来管理蓄电池了，所去那种粗放式的简单充放电方法来管理蓄电池了，所以现在蓄电池技术专家们已经研究出更加科学安全的以现在蓄电池技术专家们已经研究出更加科学
4、安全的充放电制度来，比如充放电制度来，比如PWM(脉宽调制脉宽调制)充电技术，就充电技术，就非常好，而且充放电控制器也嵌入了单片计算机系统非常好，而且充放电控制器也嵌入了单片计算机系统对受控蓄电池组进行严密监控。对受控蓄电池组进行严密监控。1011温度自动控制的化成冷却水槽温度自动控制的化成冷却水槽122V 系列系列200AH单体单体13v储能电池及器件是太阳能光伏发电系统不可储能电池及器件是太阳能光伏发电系统不可缺少的存储电能的部件。缺少的存储电能的部件。v其主要功能其主要功能是存储光伏发电系统的电能，并是存储光伏发电系统的电能，并在日照量不足、夜间以及应急状态时为负载在日照量不足、夜间以及
5、应急状态时为负载供电。供电。v本章主要介绍太阳能光伏发电系统中常用的本章主要介绍太阳能光伏发电系统中常用的几种储能电池及器件，重点介绍在太阳能光几种储能电池及器件，重点介绍在太阳能光伏发电系统中大量使用的伏发电系统中大量使用的阀控型免维护铅酸阀控型免维护铅酸蓄电池蓄电池14151617太阳能光伏发电系统对所用蓄电池组的太阳能光伏发电系统对所用蓄电池组的基本要求如下基本要求如下 自放电率低。自放电率低。使用寿命长。使用寿命长。深放电能力强。深放电能力强。充电效率高。充电效率高。少维护或免维护。少维护或免维护。工作温度范围宽。工作温度范围宽。价格低廉。价格低廉。18 目前我国与太阳能光伏发电系统配
6、套使用目前我国与太阳能光伏发电系统配套使用的蓄电池主要是的蓄电池主要是铅酸蓄电池铅酸蓄电池。配套。配套200Ah200Ah以上以上的铅酸蓄电池，一般选用固定式或工业密封免的铅酸蓄电池，一般选用固定式或工业密封免维护铅酸蓄电池；配套维护铅酸蓄电池；配套200Ah200Ah以下的铅酸蓄电以下的铅酸蓄电池，一般选用小型密封免维护铅酸蓄电池。池，一般选用小型密封免维护铅酸蓄电池。19铅酸蓄电池的结构和工作原理铅酸蓄电池的结构和工作原理201铅酸蓄电池的基本概念铅酸蓄电池的基本概念(1)蓄电池充电。蓄电池充电是指通过外电路给蓄电池蓄电池充电。蓄电池充电是指通过外电路给蓄电池供电，使电池内发生化学反应，从
7、而把电能转化成供电，使电池内发生化学反应，从而把电能转化成化学能而存储起来的操作过程。化学能而存储起来的操作过程。(2)过充电。过充电的意思是指对已经充满电的蓄电池过充电。过充电的意思是指对已经充满电的蓄电池或蓄电池组继续充电。或蓄电池组继续充电。(3)放电。放电是指在规定的条件下，蓄电池向外电路放电。放电是指在规定的条件下，蓄电池向外电路输出电能的过程。输出电能的过程。(4)自放电。蓄电池的能量未通过外电路放电而自行减自放电。蓄电池的能量未通过外电路放电而自行减少，这种能量损失的现象叫自放电。少，这种能量损失的现象叫自放电。21(5)活性物质。在蓄电池放电时发生化学反应从而产生活性物质。在蓄
8、电池放电时发生化学反应从而产生电能的物质，或者说是正极和负极存储电能的物质电能的物质，或者说是正极和负极存储电能的物质统称为活性物质。统称为活性物质。(6)放电深度。放电深度。v放电深度是指蓄电池在某一放电速率下，放电深度是指蓄电池在某一放电速率下，电池放电电池放电到终止电压时实际放出的有效容量与电池在该放电到终止电压时实际放出的有效容量与电池在该放电速率的额定容量速率的额定容量的的百分比百分比。v放电深度和电池循环使用次数关系很大放电深度和电池循环使用次数关系很大，放电深度，放电深度越大，循环使用次数越少；放电深度越小，循环使越大，循环使用次数越少；放电深度越小，循环使用次数越多。用次数越多
9、。v经常使电池深度放电，会缩短电池的使用寿命。经常使电池深度放电，会缩短电池的使用寿命。22(7)极板硫化。在使用铅酸蓄电池时要特别注意的是：极板硫化。在使用铅酸蓄电池时要特别注意的是：电池放电后要及时充电电池放电后要及时充电，如果蓄电池长时期处于亏，如果蓄电池长时期处于亏电状态，电状态，极板就会形成极板就会形成PbS04晶体晶体，这种大块晶体，这种大块晶体很难溶解，无法恢复原来的状态，将会导致很难溶解，无法恢复原来的状态，将会导致极板硫极板硫化无法充电化无法充电。(8)相对密度。相对密度。v相对密度是指相对密度是指电解液与水电解液与水的密度的比值。的密度的比值。v相对密度与温度变化有关，相对
10、密度与温度变化有关，25时，充满电的电池时，充满电的电池电解液相对密度值为电解液相对密度值为1.265 g/cm3，完全放电后降，完全放电后降至至1.120g/cm3。v每个电池的电解液密度都不相同，同一个电池在不每个电池的电解液密度都不相同，同一个电池在不同的季节，电解液密度也不一样。同的季节，电解液密度也不一样。v大部分铅酸蓄电池的密度在大部分铅酸蓄电池的密度在1.11.3 g/cm3范围内，范围内，充满电之后一般为充满电之后一般为1.23l.3g/cm3。2324 2铅酸蓄电池的基本结构铅酸蓄电池的基本结构v铅酸蓄电池主要由正极板、负极板、电解质、隔板、铅酸蓄电池主要由正极板、负极板、电
11、解质、隔板、电池槽、电池盖、跨桥、安全阀、接线端子等组成。电池槽、电池盖、跨桥、安全阀、接线端子等组成。v电池可组装成电池可组装成2V、6V、12V等形式，等形式，电池每电池每2V为一为一个单位。个单位。2526272829(1)正极板。正极板是指铅酸蓄电池的阳极板，是发正极板。正极板是指铅酸蓄电池的阳极板，是发生生氧化反应的电极氧化反应的电极。它是以结晶紧密、疏松多孔的。它是以结晶紧密、疏松多孔的二氧化铅二氧化铅作为存储电能的活性物质，正常颜色为红作为存储电能的活性物质，正常颜色为红褐色。铅酸蓄电池的每个单元也分为正极和负极，褐色。铅酸蓄电池的每个单元也分为正极和负极，阳极是放电时的负极，充
12、电时的正极。阳极是放电时的负极，充电时的正极。(2)负极板。负极板是铅酸蓄电池的阴极，是发生负极板。负极板是铅酸蓄电池的阴极，是发生还原还原反应的电极反应的电极。它是以海绵状的。它是以海绵状的金属铅金属铅作为存储电能作为存储电能的物质，正常颜色为深灰色。负极板是放电时的正的物质，正常颜色为深灰色。负极板是放电时的正极，充电时的负极。极，充电时的负极。30(3)电解质。铅酸蓄电池的电解液是电解质。铅酸蓄电池的电解液是稀硫酸溶液稀硫酸溶液；胶体蓄电池的电解质是胶体蓄电池的电解质是一定浓度的硫酸和硅凝一定浓度的硫酸和硅凝胶胶的胶体电解质。的胶体电解质。电解质在铅酸蓄电池中的作用电解质在铅酸蓄电池中的
13、作用是：参加电化是：参加电化学反应，传导溶液的正负离子，扩散极板在反学反应，传导溶液的正负离子，扩散极板在反应时产生的温度。应时产生的温度。电解质是影响电池容量和使用寿命的主要因素电解质是影响电池容量和使用寿命的主要因素。31(4)隔板。隔板分为玻璃纤维隔板、微孔橡胶隔板、隔板。隔板分为玻璃纤维隔板、微孔橡胶隔板、塑料隔板等。塑料隔板等。隔板的作用是吸收电解液，并将隔板的作用是吸收电解液，并将正负极板隔开而互不短路正负极板隔开而互不短路。隔板可以防止极板。隔板可以防止极板的弯曲和变形，防止活性物质的脱落，降低电的弯曲和变形，防止活性物质的脱落，降低电池的内阻。池的内阻。因此隔板材料要有足够的机
14、械强度和多孔性；因此隔板材料要有足够的机械强度和多孔性；还要有良好的绝缘性能和耐酸性、亲水性。还要有良好的绝缘性能和耐酸性、亲水性。32(5)电池槽、盖。电池槽、盖就是蓄电泡的外壳。它为电池槽、盖。电池槽、盖就是蓄电泡的外壳。它为整体结构，整体结构，壳内由隔壁分成壳内由隔壁分成3个或个或6个互不相通的单个互不相通的单格，格子底部有突起的筋条，用来搁置极板组格，格子底部有突起的筋条，用来搁置极板组。筋。筋条间的空隙用来堆放从极板上脱落下来的活性物质，条间的空隙用来堆放从极板上脱落下来的活性物质，以防止极板短路。外壳材料要保证电池密封，有优以防止极板短路。外壳材料要保证电池密封，有优良的耐腐蚀、耐
15、热和耐机械力性能。一般选用硬橡良的耐腐蚀、耐热和耐机械力性能。一般选用硬橡胶或胶或ABS工程塑料。工程塑料。(6)跨桥。跨桥的作用是跨桥。跨桥的作用是并联电池单体的所有正负极板并联电池单体的所有正负极板，以确保电池的容量并传导电流。跨桥的材料是耐腐以确保电池的容量并传导电流。跨桥的材料是耐腐蚀铅合金。蚀铅合金。33(7)安全阀。安全阀的作用是维持电池正常的安全阀。安全阀的作用是维持电池正常的内部压力，防止外界空气和杂质的进入。安内部压力，防止外界空气和杂质的进入。安全阀一般用三元乙丙橡胶制作。全阀一般用三元乙丙橡胶制作。(8)接线端子。接线端子的作用是实现电池与外接线端子。接线端子的作用是实现
16、电池与外界的连接，传导电流。接线端子的材质一般界的连接，传导电流。接线端子的材质一般是铜材镀银。是铜材镀银。343.铅酸蓄电池的工作原理铅酸蓄电池的工作原理v铅酸蓄电池的工作过程就是通过电化学反应将电能铅酸蓄电池的工作过程就是通过电化学反应将电能转化为化学能，再将化学能转化为电能的过程，其转化为化学能，再将化学能转化为电能的过程，其电化学反应过程如下：电化学反应过程如下：v铅酸蓄电池在充电和放电过程中的可逆反应理论比铅酸蓄电池在充电和放电过程中的可逆反应理论比较复杂，目前公认的是较复杂，目前公认的是“双硫酸化理论双硫酸化理论”。该理论。该理论的含义为的含义为铅酸电池在放电后，两电极的活性物质和
17、铅酸电池在放电后，两电极的活性物质和硫酸发生作用，均转变为硫酸化合物硫酸发生作用，均转变为硫酸化合物硫酸铅：硫酸铅：充电时又恢复为原来的铅和二氧化铅。充电时又恢复为原来的铅和二氧化铅。35 VRLA蓄电池又称蓄电池又称“贫液蓄电池贫液蓄电池”。蓄电池采用负。蓄电池采用负极板富余容量设计极板富余容量设计,使氢气析出时电位提高使氢气析出时电位提高,使正极出使正极出现氧气先于负极出现氢气。充电时现氧气先于负极出现氢气。充电时,正极析出的氧气正极析出的氧气,通过玻璃纤维隔板传送到负极表面与氢气结合为水，通过玻璃纤维隔板传送到负极表面与氢气结合为水，从而有效控制水的电解从而有效控制水的电解,减少电解液的
18、消耗，因此失减少电解液的消耗，因此失水量很小，所以无需加水加酸。水量很小，所以无需加水加酸。3637电池容量电池容量：电池在一定条件下所能给出的电量称为电池的容量：电池在一定条件下所能给出的电量称为电池的容量 （符号：（符号：C 单位：单位：Ah/mAh )。额定容量额定容量也叫保证容量，按有关标准保证电池在一定放电条件也叫保证容量，按有关标准保证电池在一定放电条件下应该放出的最低限度容量下应该放出的最低限度容量 比容量比容量是单位体积或单位质量电池所能给出的电量，其单位为是单位体积或单位质量电池所能给出的电量，其单位为 Ah/Kg 或或 Ah/l。可以用于比较不同系列的电池。可以用于比较不同
19、系列的电池。电池内阻电池内阻 电池内阻包括：欧姆内阻和极化内阻。电池内阻包括：欧姆内阻和极化内阻。内阻内阻的存在使电池放电时的端电压的存在使电池放电时的端电压 电池的电动势和开路电压，电池的电动势和开路电压，充电时端电压高于电动势和开路电压。充电时端电压高于电动势和开路电压。内阻值不是常数。欧姆内阻遵守欧姆定律，极化内阻随电流密内阻值不是常数。欧姆内阻遵守欧姆定律，极化内阻随电流密度增加而非线性变大。度增加而非线性变大。3839电池的使用寿命电池的使用寿命 电池使用寿命电池使用寿命：在规定条件下，电池的有效寿命：在规定条件下，电池的有效寿命期限称为电池的使用寿命。期限称为电池的使用寿命。电池的
20、使用寿命包括：电池的使用寿命包括：使用期限使用期限和和使用周期使用周期。使用期限使用期限指电池可供使用的时间，包括电池的指电池可供使用的时间，包括电池的存放时间。存放时间。使用周期使用周期是指蓄电池可供重复使用的次数。是指蓄电池可供重复使用的次数。402 铅酸蓄电池的型号识别铅酸蓄电池的型号识别v根据根据JB2599-85部颁标准的有关规定，铅酸蓄电池的名称由部颁标准的有关规定，铅酸蓄电池的名称由单体蓄电池的格数、型号、额定容量、电池功能和形状等组单体蓄电池的格数、型号、额定容量、电池功能和形状等组成。通常分为三段表示成。通常分为三段表示v第一段第一段为数字，表示单体电池的串联数。每一个单体蓄
21、电池为数字，表示单体电池的串联数。每一个单体蓄电池的标称电压为的标称电压为2V，当单体蓄电池串联数（格数）为，当单体蓄电池串联数（格数）为1时，第时，第一段可省略，一段可省略，6V、12V蓄电池分别用蓄电池分别用3和和6表示。表示。v第二段第二段为为24个汉语拼音字母，表示蓄电池的类型、功能个汉语拼音字母，表示蓄电池的类型、功能和用途等。和用途等。v第三段第三段表示电池的额定容量。表示电池的额定容量。41典型产品系列介绍典型产品系列介绍v产品型号组成及代表意义产品型号组成及代表意义 2 G F M X X X X1010小时率额定容量小时率额定容量密封密封阀控式阀控式固定型固定型单体个数单体个
22、数42v GFM-800表示为表示为1个单体电池，标称电压为个单体电池，标称电压为2V，固定式阀控密封型蓄电池，固定式阀控密封型蓄电池，10小时率额小时率额定容量为定容量为800Ah。v 6-GFMJ-120表示有表示有6个单体电池串联，标称个单体电池串联，标称电压为电压为12V，固定式阀控密封型胶体蓄电池，固定式阀控密封型胶体蓄电池，10小时率额定容量为小时率额定容量为120Ah。v虽然各蓄电池生产厂家的产品型号有不同的虽然各蓄电池生产厂家的产品型号有不同的解释，但产品型号中的基本含义不会改变，解释，但产品型号中的基本含义不会改变，通常都是用上述方法表示。通常都是用上述方法表示。433 铅酸
23、蓄电池常用技术术语铅酸蓄电池常用技术术语(1)蓄电池的容量蓄电池的容量:处于完全充电状态下的铅酸蓄电池处于完全充电状态下的铅酸蓄电池在一定的放电条件下，放电到规定的终止电压时所在一定的放电条件下，放电到规定的终止电压时所能给出的电量称为能给出的电量称为电池容量电池容量，以符号，以符号C表示。常用表示。常用单位是安时单位是安时(Ah)。v通常在通常在C的下角处标明放电时率，如的下角处标明放电时率，如Cl0表明是表明是10小小时率的放电容量，时率的放电容量，C60表明是表明是60小时率的放电容量。小时率的放电容量。v电池容量分为电池容量分为实际容量实际容量和和额定容量额定容量。实际容量实际容量是指
24、是指电池在一定放电条件下所能输出的电量。电池在一定放电条件下所能输出的电量。额定容量额定容量（标称容量）是按照国家或有关部门颁布的标准，（标称容量）是按照国家或有关部门颁布的标准，在电池设计时要求电池在一定的放电条件下（如在在电池设计时要求电池在一定的放电条件下（如在25环境下以环境下以10小时率电流放电到终止电压），应小时率电流放电到终止电压），应该放出的最低限度的电量值。该放出的最低限度的电量值。44(2)放电率放电率。根据蓄电池放电电流的大小，放电率分为。根据蓄电池放电电流的大小，放电率分为时间率和电流率时间率和电流率。v时间率是指在一定放电条件下，蓄电池放电到终了时间率是指在一定放电条
25、件下，蓄电池放电到终了电压时的时间长短。常用时率和倍率表示。根据电压时的时间长短。常用时率和倍率表示。根据IEC标准，放电的时间率有标准，放电的时间率有20小时率，小时率，10小时率，小时率，5小时率，小时率，3小时率，小时率，1小时率，小时率，0.5小时率，分别标小时率，分别标示为示为20h、10h、5h、3h、1h、0.5h等。等。v电池的放电倍率越高，放电电流越大，放电时间就电池的放电倍率越高，放电电流越大，放电时间就越短，放出的相应容量越少。越短，放出的相应容量越少。45(3)终止电压终止电压。v终止电压是指在蓄电池放电过程中，电压下降到终止电压是指在蓄电池放电过程中，电压下降到不不宜
26、再放电时（非损伤放电）的最低工作电压宜再放电时（非损伤放电）的最低工作电压。v为了防止电池不被过放电而损害极板，在各种标准为了防止电池不被过放电而损害极板，在各种标准中都规定了在不同放电倍率和温度下放电时电池的中都规定了在不同放电倍率和温度下放电时电池的终止电压。终止电压。v一般一般10小时率和小时率和3小时率放电的终止电压为每单体小时率放电的终止电压为每单体1.8V，1小时率的终止电压为每单体小时率的终止电压为每单体1.75V。46由于铅酸蓄电池本身的特性，即使由于铅酸蓄电池本身的特性，即使放电的终止电压放电的终止电压继续降继续降低，电池也低，电池也不会放出太多的容量不会放出太多的容量，但终
27、止电，但终止电压过低对电池的损伤极大，尤其当压过低对电池的损伤极大，尤其当放电达到放电达到0V而而又不能及时充电时将大大缩短蓄电池的寿命。又不能及时充电时将大大缩短蓄电池的寿命。对于太阳能光伏发电系统用的蓄电池，针对不同型对于太阳能光伏发电系统用的蓄电池，针对不同型号和用途，放电终止电压设计也不一样。号和用途，放电终止电压设计也不一样。终止电压视放电速率和需要而规定。通常，小于终止电压视放电速率和需要而规定。通常，小于10h的小电流放电，终止电压取值稍高一些；大于的小电流放电，终止电压取值稍高一些；大于10h的大电流放电，终止电压取值稍低一些。的大电流放电，终止电压取值稍低一些。47(4)电池
28、电动势电池电动势。v蓄电池的电动势在数值上等于蓄电池达到稳定时的蓄电池的电动势在数值上等于蓄电池达到稳定时的开路电压开路电压。v电池的开路电压电池的开路电压是无电流状态时的电池电压。是无电流状态时的电池电压。v当有电流通过电池时所测量的电池端电压的大小将当有电流通过电池时所测量的电池端电压的大小将是变化的，其电压值既与电池的电流有关，又与电是变化的，其电压值既与电池的电流有关，又与电池的内阻有关。池的内阻有关。(5)浮充寿命浮充寿命。蓄电池的浮充寿命是指蓄电池在规定的。蓄电池的浮充寿命是指蓄电池在规定的浮充电压和环境温度下，蓄电池寿命终止时浮充运浮充电压和环境温度下，蓄电池寿命终止时浮充运行的
29、总时间。行的总时间。48(6)循环寿命循环寿命。蓄电池经历一次充电和放电，称为。蓄电池经历一次充电和放电，称为一个循环（一个周期）。一个循环（一个周期）。v在一定的放电条件下，电池使用至某一容量规在一定的放电条件下，电池使用至某一容量规定值之前，电池所能承受的循环次数，定值之前，电池所能承受的循环次数，称为循称为循环寿命环寿命。v影响蓄电池循环寿命的因素是综合因素影响蓄电池循环寿命的因素是综合因素，不仅，不仅与产品的性能和质量有关，而且还与放电倍率与产品的性能和质量有关，而且还与放电倍率和深度、使用环境和温度及使用维护状况等外和深度、使用环境和温度及使用维护状况等外在因素有关。在因素有关。49
30、(7)过充电寿命过充电寿命。过充电寿命是指采用一定的充电电流对蓄电池过充电寿命是指采用一定的充电电流对蓄电池进行连续过充电，一直到蓄电池寿命终止时所进行连续过充电，一直到蓄电池寿命终止时所能承受的过充电时间。能承受的过充电时间。其其寿命终止条件寿命终止条件一般设定在容量低于一般设定在容量低于10小时率小时率额定容量的额定容量的80%。50(8)自放电率自放电率。蓄电池在开路状态下的储存期内，。蓄电池在开路状态下的储存期内，由于自放电而引起活性物质损耗，每天或每由于自放电而引起活性物质损耗，每天或每月容量降低的百分数称为月容量降低的百分数称为自放电率自放电率。自放电。自放电率指标可衡量蓄电池的储
31、存性能。率指标可衡量蓄电池的储存性能。51(9)电池内阻电池内阻。v电池的内阻不是常数，而是一个变化的量，它在电池的内阻不是常数，而是一个变化的量，它在充充放电的过程中随着时间不断的变化放电的过程中随着时间不断的变化，这是因为活性，这是因为活性物质的组成、电解液的浓度和温度都在不断变化。物质的组成、电解液的浓度和温度都在不断变化。v铅酸蓄电池的内阻很小，在铅酸蓄电池的内阻很小，在小电流放电时小电流放电时可以忽略，可以忽略，但在但在大电流放电大电流放电时，将会有数百毫伏的电压降损失，时，将会有数百毫伏的电压降损失，必须引起重视。必须引起重视。v电池内阻严重影响电池工作电压、工作电流和输出电池内阻
32、严重影响电池工作电压、工作电流和输出能量，因而内阻越小的电池性能越好。能量，因而内阻越小的电池性能越好。52(10)比能量比能量。比能量是指电池单位质量或单位体积所能输出的电比能量是指电池单位质量或单位体积所能输出的电能，单位分别是能，单位分别是Wh/kg或或Wh/L。v比能量有理论比能量和实际比能量之分，前者指比能量有理论比能量和实际比能量之分，前者指1kg电池反应物质电池反应物质完全放电完全放电时理论上所能输出的能时理论上所能输出的能量，实际比能量为量，实际比能量为1kg电池反应物质所能输出的电池反应物质所能输出的实实际能量际能量，由于各种因素的影响，由于各种因素的影响，电池的实际比能量电
33、池的实际比能量远小于理论比能量远小于理论比能量。v比能量是综合性指标它反映了蓄电池的质量水平，比能量是综合性指标它反映了蓄电池的质量水平，也表明生产厂家的技术和管理水平，常用比能量来也表明生产厂家的技术和管理水平，常用比能量来比较不同厂家生产的蓄电池，该参数对于太阳能光比较不同厂家生产的蓄电池，该参数对于太阳能光伏发电系统的设计非常重要。伏发电系统的设计非常重要。534、VRLA蓄电池的充、放电特性蓄电池的充、放电特性541 电池的放电特性电池的放电特性电池的放电特性是一族曲线电池的放电特性是一族曲线(见图见图1)。在一定的环。在一定的环境温度下境温度下(图中为图中为25),随放电电流的不同随
34、放电电流的不同,电池端电池端电压与放电时间的关系称为放电曲线。由放电曲电压与放电时间的关系称为放电曲线。由放电曲线可以看出如下特性线可以看出如下特性:(1)放电时间最长的曲线放电时间最长的曲线,放电时间为放电时间为10小时小时,电流电流恒定恒定,我们称之为我们称之为10小时放电率曲线小时放电率曲线,由此测定的电由此测定的电池容量用池容量用C10表示表示C10=6A10h=60Ah如果用如果用1小时恒流放电来测定这同一只电池小时恒流放电来测定这同一只电池,则则C1=41.9A1h=41.9Ah由此可见电池的容量是在标定了放电制式之后才由此可见电池的容量是在标定了放电制式之后才是一个可比的确定值。
35、是一个可比的确定值。5556(2)无论放电电流大小无论放电电流大小,在放电的初始阶段都会使在放电的初始阶段都会使端电压下降较多端电压下降较多,然后略有回升的现象然后略有回升的现象,这是因为这是因为电池从充电状态转变为放电状态的瞬间电池从充电状态转变为放电状态的瞬间,电池极板电池极板附近的电荷快速释放出来附近的电荷快速释放出来,而离极板较远的电荷需而离极板较远的电荷需要逐渐运送到极板附近要逐渐运送到极板附近,然后才能释放出来然后才能释放出来,这个这个过程形成了电池端电压有较大的低谷。过程形成了电池端电压有较大的低谷。57(3)无论放电电流大小无论放电电流大小,电池端电压最终将出现急剧电池端电压最
36、终将出现急剧下降的拐点下降的拐点,以这些曲线的拐点连接得到的曲线就以这些曲线的拐点连接得到的曲线就称为称为安全工作时的终止电压曲线安全工作时的终止电压曲线,UPS的电池电压的电池电压工作终点都是设计在这条拐点曲线附近的。拐点工作终点都是设计在这条拐点曲线附近的。拐点之后的曲线具有电压急剧下降的趋势之后的曲线具有电压急剧下降的趋势,直到放电曲直到放电曲线的终点线的终点,这些终点连接得到的曲线称为这些终点连接得到的曲线称为最小终止最小终止电压曲线电压曲线,它表示放电电压低于此曲线后将造成电它表示放电电压低于此曲线后将造成电池的永久性失效池的永久性失效,即电池不能再恢复储电能力。由即电池不能再恢复储
37、电能力。由此可见此可见UPS中设计有防止电池深度放电的保护功中设计有防止电池深度放电的保护功能是极为必要的。能是极为必要的。582 UPS(Uninterruptible Power System)电池的充电特性电池的充电特性电池的充电特性曲线也是在电池的充电特性曲线也是在25温度下测量和标度的温度下测量和标度的(见图见图2)。充电曲线通常有三条。充电曲线通常有三条:59(1)充电电流曲线充电电流曲线:在充电开始阶段在充电开始阶段,充电电流是一个充电电流是一个恒定值恒定值,随着充电时间的推移随着充电时间的推移,充电电流逐渐下降充电电流逐渐下降,并并最终趋于最终趋于0。这是由于在放电过程中这是由
38、于在放电过程中,电池内的电荷大量流电池内的电荷大量流失失,由放电转变为充电时由放电转变为充电时,电荷的增长速度较快电荷的增长速度较快,化学化学反应将产生大量的气体和热量反应将产生大量的气体和热量,对于密封电池来说对于密封电池来说,即使通过安全阀可以将气体和热量排放掉即使通过安全阀可以将气体和热量排放掉,但氢离但氢离子和水将同时损失掉子和水将同时损失掉,使电池的储能下降使电池的储能下降,因此必须因此必须限定充电的电流值限定充电的电流值,随着电池容量的恢复随着电池容量的恢复,充电电流充电电流将自动下降。充电电流下降将自动下降。充电电流下降10mA/Ah以下时即认以下时即认为电池已基本充满为电池已基
39、本充满,转入浮充电状态。电池放电越转入浮充电状态。电池放电越深深,则恒流充电的时间越长则恒流充电的时间越长,反之则较短。反之则较短。60(2)充电电压曲线充电电压曲线:在电池恒流充电阶段在电池恒流充电阶段,电池的电电池的电压始终是上升的压始终是上升的,因此有时又称为升压充电。当恒因此有时又称为升压充电。当恒流充电结束时流充电结束时,电池的电压基本保持不变电池的电压基本保持不变,称为恒压称为恒压充电。在恒压充电阶段充电。在恒压充电阶段,电池的电流逐渐减小电池的电流逐渐减小,并最并最终趋于终趋于0,结束恒压充电阶段结束恒压充电阶段,转入浮充电转入浮充电,以保持电以保持电池的储能池的储能,防止电池的
40、自放电。防止电池的自放电。61(3)充电容量曲线充电容量曲线:在恒流充电阶段在恒流充电阶段,电池的容量基本电池的容量基本呈线性增长呈线性增长;在恒压充电阶段在恒压充电阶段,容量增长的速度减慢容量增长的速度减慢;恒压充电结束后恒压充电结束后,容量基本恢复到容量基本恢复到100%大约需要大约需要24小时左右小时左右;转入浮充电后转入浮充电后,容量基本不再明显增长。容量基本不再明显增长。由充电曲线还可以看到一组虚线由充电曲线还可以看到一组虚线,是电池放电是电池放电50%后后的充电特性的充电特性,与与100%放电后的充电特性相比放电后的充电特性相比,恒流充恒流充电时间明显缩短电时间明显缩短,恒压充电恒
41、压充电9小时左右小时左右,容量基本恢复容量基本恢复到到100%。由以上可知。由以上可知:恒流充电是为了恢复电池的电压恒流充电是为了恢复电池的电压;恒压充电是为了恢复电池的储能恒压充电是为了恢复电池的储能;浮充电是为了抑制电池的自放电或保持储能。浮充电是为了抑制电池的自放电或保持储能。62UPS设计的电池放电容量通常为设计的电池放电容量通常为50%70%额定容额定容量量,一般放电后最好连续充电一般放电后最好连续充电24小时。无论小时。无论50%放电放电还是还是100%放电放电,恒流充电都是恒流充电都是0.1C10(6A),恒压充电恒压充电都是都是6.75V(2.25V/cell),这是在这是在2
42、5环境温度下进行环境温度下进行的。如果温度上升的。如果温度上升,则充电电压必须下降则充电电压必须下降;否则电池内否则电池内的化学反应会加强的化学反应会加强,产生大量的气体产生大量的气体,使电池内的压力使电池内的压力增加增加,并经减压阀将气体释放并经减压阀将气体释放,使电池内的电解液减少使电池内的电解液减少,将造成电池的提早老化将造成电池的提早老化,减少电池的使用寿命。许多减少电池的使用寿命。许多品牌品牌UPS正是根据这一原理正是根据这一原理,设计了浮充电压随温度设计了浮充电压随温度而变化的功能而变化的功能,以优化电池的使用寿命以优化电池的使用寿命636465选定蓄电池之后的设计：选定蓄电池之后
43、的设计：在确定电池组总容量的前提下，结合用户现场安装在确定电池组总容量的前提下，结合用户现场安装条件、负载使用情况设计：条件、负载使用情况设计：电池组的组数（并联一般不超过电池组的组数（并联一般不超过3组）。组）。选择使用电池箱或电池架承载电池。选择使用电池箱或电池架承载电池。电池列间、层间连接电缆或铜排截面积计算，确保电池列间、层间连接电缆或铜排截面积计算，确保安全载流量和导线压降。安全载流量和导线压降。1小时率大电流放电时，连接线压降小时率大电流放电时，连接线压降 896.1W)所以所以2组组S12V285电池并联可以满足要求电池并联可以满足要求 UPS电池配置为采用电池配置为采用S12V
44、285电池，电池，2组电池并联，每组组电池并联，每组40节串联。共使用节串联。共使用80节电池。节电池。735影响蓄电池寿命影响蓄电池寿命的几个因素的几个因素747576777879(1)深度放电深度放电 放电深度对蓄电池的循环寿命影响很大，放电深度对蓄电池的循环寿命影响很大，蓄电池如果经常深度放电，循环寿命将缩短。蓄电池如果经常深度放电，循环寿命将缩短。v因为同一额定容量的蓄电池深度放电就意味因为同一额定容量的蓄电池深度放电就意味着着经常采用大电流充电和放电经常采用大电流充电和放电，在大电流放，在大电流放电时或经常处于欠充状态又不能及时进行再电时或经常处于欠充状态又不能及时进行再充电，充电，
45、产生的硫酸盐颗粒大产生的硫酸盐颗粒大，极板活性物质，极板活性物质不能被充分利用，长此下去蓄电池的实际容不能被充分利用，长此下去蓄电池的实际容量将逐渐减小，影响蓄电池的正常工作；量将逐渐减小，影响蓄电池的正常工作；v由于太阳能光伏发电系统一般不太容易产生由于太阳能光伏发电系统一般不太容易产生过充电的情况，所以，过充电的情况，所以，长期处于亏电状态长期处于亏电状态是是太阳能光伏系统中蓄电池失效和寿命缩短的太阳能光伏系统中蓄电池失效和寿命缩短的主要原因。主要原因。80(2)放电速率放电速率v一般规定一般规定20小时放电率的容量为蓄电池的额定容量。小时放电率的容量为蓄电池的额定容量。若使用若使用低于规
46、定小时的放电率低于规定小时的放电率，则可得到高于额定值则可得到高于额定值的电池容量的电池容量：若：若使用高于规定小时的放电率使用高于规定小时的放电率，所放出所放出的容量要比蓄电池的额定容量小的容量要比蓄电池的额定容量小，同时放电速率也影同时放电速率也影响蓄电池的端电压值。响蓄电池的端电压值。v蓄电池在放电时，电化学反应电流优先分布在离主体蓄电池在放电时，电化学反应电流优先分布在离主体溶液最近的表面上，导致在电极表面形成硫酸铅而堵溶液最近的表面上，导致在电极表面形成硫酸铅而堵住多孔电极内部。在大电流放电时，上述问题更加突住多孔电极内部。在大电流放电时，上述问题更加突出，所以放电电流变大，蓄电池给
47、出的容量也就越小，出，所以放电电流变大，蓄电池给出的容量也就越小，端电压值下降速度加快，即端电压值下降速度加快，即放电终了电压值随着放电放电终了电压值随着放电电流的增大而降电流的增大而降低。低。v但另一方面，也并非放电速率越低越好，有研究表明，但另一方面，也并非放电速率越低越好，有研究表明，长期太小的放电速率会因硫酸铅分子生成量显著地增长期太小的放电速率会因硫酸铅分子生成量显著地增加，产生应力造成极板弯曲和活性物质脱落，也会降加，产生应力造成极板弯曲和活性物质脱落，也会降低蓄电池的使用寿命。低蓄电池的使用寿命。81(3)外界温度过高外界温度过高v蓄电池的额定容量是指蓄电池在蓄电池的额定容量是指
48、蓄电池在25时的数值，一般时的数值，一般认为阀控密封式铅酸蓄电池的工作温度在认为阀控密封式铅酸蓄电池的工作温度在2030范范围内工作较为理想。围内工作较为理想。v当电池温度过低时，表现为蓄电池的容量减小当电池温度过低时，表现为蓄电池的容量减小，因为，因为在低温条件下电解液不能很好地与极板的活性物质充在低温条件下电解液不能很好地与极板的活性物质充分反应。容量减少将不能够满足预期的后备使用时间分反应。容量减少将不能够满足预期的后备使用时间和保持在规定的放电深度内，很容易造成蓄电池的过和保持在规定的放电深度内，很容易造成蓄电池的过放电。放电。v从蓄电池的外部参数来看，电压与温度有很大关系，从蓄电池的
49、外部参数来看，电压与温度有很大关系，温度每升高温度每升高1，单格电池的电压将下降，单格电池的电压将下降3mV。也就。也就是说，是说，铅酸蓄电池的电压具有负温度系数铅酸蓄电池的电压具有负温度系数，其值，其值-3mV/。v由此可知，在环境温度为由此可知，在环境温度为25时，一只工作理想的充时，一只工作理想的充电控制器可以使蓄电池充足电，但当环境温度降到电控制器可以使蓄电池充足电，但当环境温度降到0时，使用同一个控制器给蓄电池充电，结果蓄电池就时，使用同一个控制器给蓄电池充电，结果蓄电池就不能充足电。不能充足电。82v同样的道理，当同样的道理，当环境温度升高时，将容易造成蓄电环境温度升高时，将容易造
50、成蓄电池过充电池过充电，电解液升温，会加快正极板的腐蚀速度，电解液升温，会加快正极板的腐蚀速度，蓄电池的工作温度升高严重时，会产生沸腾，上下蓄电池的工作温度升高严重时，会产生沸腾，上下翻滚的电解液冲刷着极板，使其铅粉脱落，时间久翻滚的电解液冲刷着极板，使其铅粉脱落，时间久了，脱落的铅粉越积越高，等高到碰铅板时，可产了，脱落的铅粉越积越高，等高到碰铅板时，可产生极板短路，从而使蓄电池报废。生极板短路，从而使蓄电池报废。v高温还会带来蓄电池失水、热失控现象。高温还会带来蓄电池失水、热失控现象。v所以，温度是影响蓄电池正常工作的一个主要因素。所以，温度是影响蓄电池正常工作的一个主要因素。在太阳能光伏
