单液流锌镍电池单体充放电性能测试.doc

单液流锌镍电池单体充放电性能测试一、 实验目的1、掌握单液流锌镍电池及测试平台的工作原理。2、通过实验，掌握单液流锌镍电池主要充放电方法及电池充放电参数变化过程。3、通过实验，了解表征单液流锌镍电池主要性能参数。二、 原理简介2.1 单液流锌镍电池工作原理及单体参数2.1.1 单液流锌镍电池工作原理正极采用二次电池使用的氧化镍电极，电解质为高浓度锌酸盐的碱性溶液，电解液为溶解于碱性物质的产物，负极采用惰性金属集流体，电解液由泵循环通过电池进行充放电。图2-1 单液流锌镍电池框图电池反应机理如下： 正极反应： 负极反应： 电池总反应： 理论输出电压： 2.1.2单液流锌镍电池210AH单体参数在此次锌镍液流电池充放电性能研究实验过程中，研究的对象为210AH单体电池，图2-2给出电池单体实物图。表2-1给出该单体电池部分项目参数。图2-2 210AH锌镍液流电池单体表2-1 210AH锌镍单液流电池单体部分项目参数序号项目单位要求参数备注1额定容量AH2102标称电压V1.7平均工作电压3充电方式 恒流4充电限制电压V2.25放电终止电压V1.26最大连续充电电流A2001C7最大连续放电电流A2001C8工作温度55以内从表2-1中可知，该锌镍单液流电池单体额定容量为210Ah、标称电压为1.7V、充电限制电压为2.2V、放电终止电压1.2V、最大连续充电电流为200A和最大连续放电电流为200A。就实验室而言，室内温度保持在20-30，满足电池工作温度要求。此外，电池容量，是指电池的蓄电能力。即在一定的放电条件下，充满电的电池放电至蓄电池的端电压达到规定的放电终止电压时，可以从蓄电池中获得的总电量来表示，单位为安时（Ah）。2.2电池充放电方法及平台2.2.1 充电方法选择 恒流充电恒流充电法是指蓄电池在充电过程中，充电电流始终保持不变，而电池两端的充电电压逐渐升高的充电方法。2 恒压充电恒压充电法是指蓄电池在充电过程中，充电电压始终保持不变，而电池两端的充电电压逐渐升高的充电方法。3 恒流恒压充电恒流恒压充电法，是指将恒流模式和恒压模式相结合的充电方式。首先，以恒流充电至设定的电压值，然后，改为恒压充电至结束。一般第二阶段的恒压值取两阶段之间的转化电压。该充电方式不仅避免了恒压充电方式前期的电流过大，又解决了恒流充电方式后期过充电的问题。4 充电方法的选择由于电池结构特殊性，以及从保护电池的角度出发，单液流锌镍电池采用恒流充电模式进行充电，最大充电电流不超过200A。并记录电池的端电压随充放电时间而改变的曲线及其数据。2.2.2 放电方法选择1 恒流放电恒流放电是指以恒定的电流对电池进行放电到一定的终止电压停止放电，放电期间，电流保持恒定不变。通过恒流放电，可以了解电池内部的容量，电池放电容量等于放电电流与放电时间的乘积，所以要了解电池的真实容量，需要对电池进行恒流放电控制。2 恒功率放电和恒电阻放电恒功率放电是指放电过程中电池的负载功率保持不变。根据P=U*I可知，放电后期，随着工作电压下降，放电电流会上升，而负载的功率始终不变。恒电阻放电是指在放电过程中电池的工作电压和放电电流均随着放电时间的延长而下降，但负载的电阻始终不变。3 放电方法的选择电池的放电性能受放电电流、环境温度、放电截止电压等多方面因素的影响。所以，在标注或讨论电池的放电性能时，一定要注明放电电流，或电放大倍率，以及放电截止电压的大小，也只有在相同条件下的放电测试结果才具有可比性。在日常生活中，常用到的MH-Ni电池、Cd-Ni电池和锂离子电池等蓄电池，往往采用连续恒电流放电法，记录放电过程中的电池电压随放电时间的变化。此次实验，采用恒流放电方式作为对锌镍液流电池研究的放电方法，保持放电电流大小不变，记录放电过程中的电池电压随放电时间的变化。2.2.3 电池测试系统1、新威BTS-5V200A电池测试系统新威电池检测系统是由新威公司多年来不断的创新，针对市场的需求，自主研发的新一代电池检测系统。该系统是基于网络版BTS上位机软件研发的升级版本，支持电池组单体电压和温度的测量功能、DCIR直流内阻测量功能、脉冲工步、恒功率、恒流、恒压等充放电模式等。本次实验所使用的新威5V200A型实验设备共4通道，检测过程4路分开，支持电池组单体电压和温度的测量功能；脉冲工步、恒功率、恒流、恒压等充放电模式；每通道电压检测范围：充电10mV5V，放电10mV5V，精度0.1%。每通道电流检测范围：充电400mA200A，放电400mA100A，精度0.1%。输出最大功率1000W。可以实现充放电过程的编程，通过串口上传数据，并可以记录到TXT或EXCEL文档中。 图2-1给出了新威BTS-5V200A电池测试系统实物图图2-1 新威BTS-5V200A电池测试系统2、新威BTS-80V100A电池检测系统本次实验使用的是BTS-80V100A型实验设备共2通道，检测过程2路分开，输入电源380V，每通道电压检测范围：充电160mV80V，放电160mV80V，精度0.1%。每通道电流检测范围：200mA100A，放电200mA100A，精度0.1%。输出最大功率8000W。可以实现充放电过程的编程，通过串口上传数据，并可以记录到TXT或EXCEL文档中，方便处理。图2-3给出BTS 7.5.X电池性能检测系统实物图。 图2-3 BTS 7.5.X电池性能检测系统三、 实验设备 单液流锌镍电池单体 1个 新威电池测试系统 2台 计算机 1台四、 实验内容及步骤磷酸铁锂电池充放电测量实验步骤：1、选择单液流电池单体、测试系统及计算机，确保测试系统软件安装完毕；2、把电池正负极与电池测试仪器进行连接（注意正极与测试仪器红线连接、负极与测试仪黑色线连接）并检查线路连接是否正确；3、开启电池测试仪器，打开计算机上测试系统软件，检测网络连接是否接通；4、在测试系统上进行参数设置，主要设置静置时间、恒流充电电流与截止电压、恒流放电电流及截止电压等参数；5、观察实验记录曲线及数据，及时保存测量数据；6、充放电完成后，关闭测试仪器、拆线、记录数据、关闭软件。设置过程及实验数据如下： 1. 工步设置：充电过程：电流：100A 充电截止电压：2.2V 充电容量：210AH放电过程：电流:100A 放电截止电压：1.2V2. 100A恒流充放电曲线红色电压曲线（V） 蓝色电流曲线(mA)上面为电压曲线，下面为电流曲线充入容量：210AH 放出容量：201.46AH 充电能量：422.355Wh 放电能量：308.48Wh五.实验数据及图像分析本次实验，我们采用恒流充电与恒流放电模式，这样做的目的是可以更好地研究电池的充放电效率以及电池的能量效率。更具充放电实验数据计算得：充放电效率=放出容量/充入容量=201.46AH/210AH=95.93%能量效率=放电能量/充电能量=308.48/422.355=73.03%由图像分析：由红色电压曲线得，电池的平均充电电压约为1.9v，放电电压约为1.6v，在放电初始和充电结束时电池的极化很大。放电过程中锌镀层进行溶解，充电过程中锌则重新生成。在不饱和的锌酸钾溶液中，负极于充电过程中发生的反应是金属锌的电沉淀过程，因而于此对应的恒流充电电压-时间曲线出现平台。该电池的使用寿命相对较长，根据数据测得其充放电效率及能量效率分别为95.93%和73.03%。单液流锌镍电池采用了流动电解液和不饱和锌酸钾等方法，从而大大提高了电池的工作效率。六.实验总结此次实验，我们在学长的指导与耐心讲解下，深刻了解了单液流锌镍电池的充放电