对充电的基本要求PPT演示文稿

1、工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心2010-10全国信息专业技术人才知识更新工程培训全国信息专业技术人才知识更新工程培训蓄电池储能电源系统蓄电池储能电源系统第二讲第二讲蓄电池对充电和放电的基本要求蓄电池对充电和放电的基本要求工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心 要要 点点 蓄电池成组应用技术是蓄电池储能电源系统的蓄电池成组应用技术是蓄电池储能电源系统的技术关键。技术关键。 蓄电池应用技术，是蓄电池成组应用研究的依蓄电池应用技术，是蓄电池成组应用研究的依据。据。 蓄电池的充电和放电特性，是研究蓄电池应用蓄电池的充电和放电特性，是研究蓄

2、电池应用技术的基础。技术的基础。 本讲将对三种蓄电池充放电特性和对充电和放本讲将对三种蓄电池充放电特性和对充电和放电的基本要求进行讨论。电的基本要求进行讨论。工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心 当前，主要应用的蓄电池可以分为三类：当前，主要应用的蓄电池可以分为三类： （1）非密封富液蓄电池。）非密封富液蓄电池。 （2）密封和阀控密封）密封和阀控密封蓄电池蓄电池。 （3）高性能绿色新型蓄电池。）高性能绿色新型蓄电池。工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心 第第 1 类：非密封富液传统蓄电池：类：非密封富液传统蓄电池： 如铅蓄电池、如铅蓄

3、电池、 镉镍蓄电池等。镉镍蓄电池等。工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心这类蓄电池的显著特点是：这类蓄电池的显著特点是： 结构简单；结构简单； 优良的自动均衡功能；优良的自动均衡功能； 最简单的成组技术和成组应用技术；最简单的成组技术和成组应用技术； 最简单的充放电技术和设备要求；最简单的充放电技术和设备要求； 至今仍有大量应用。至今仍有大量应用。工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心这类蓄电池主要缺点是：这类蓄电池主要缺点是： 污染严重、污染严重、 储能储能效率低、效率低、 使用使用寿命短、寿命短、 维护工作量最大。维护工作量最大。

4、工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心 随技术发展，这类蓄随技术发展，这类蓄电池的应用，处于快速萎电池的应用，处于快速萎缩状态。缩状态。工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心 当前充放电技术和充放电设备，当前充放电技术和充放电设备，都是基于这类电池的特点和当时技术都是基于这类电池的特点和当时技术水平形成的。水平形成的。 其充放电控制方法的著特征是采用其充放电控制方法的著特征是采用 “基于单体电池基于单体电池”工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心 第第2类：密封和阀控密封技术类：密封和阀控密封技术的传统蓄电池：

5、的传统蓄电池： 阀控铅酸蓄电池、阀控铅酸蓄电池、 碱性密封蓄电池等碱性密封蓄电池等 这类蓄电池是第这类蓄电池是第 1 类蓄电池的类蓄电池的改进型产品。改进型产品。 工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心这类蓄电池的技术特点是：这类蓄电池的技术特点是： 采用氧循环技术；采用氧循环技术； 实现了蓄电池的密封或阀控密封。实现了蓄电池的密封或阀控密封。工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心与第与第1类蓄电池比，具有：类蓄电池比，具有： 少维护、少维护、 低污染、低污染、 储能储能高效率、高效率、 使用寿命长等显著特点，使用寿命长等显著特点， 已经

6、得到得到迅速推广。已经得到得到迅速推广。工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心 其中，阀控铅蓄电池是当前铅酸体系蓄其中，阀控铅蓄电池是当前铅酸体系蓄电池的主流产品。电池的主流产品。 但污染问题仍没有完全消除。但污染问题仍没有完全消除。 与锂离子蓄电池比：与锂离子蓄电池比： 制造成本低；制造成本低； 储能效率低储能效率低20%以上；以上； 生产能耗高生产能耗高34倍；倍； 全生命周期内使用成本高一倍左右；全生命周期内使用成本高一倍左右； 存在铅、酸污染。存在铅、酸污染。工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心蓄电池成组应用中，应注意：蓄电池成

7、组应用中，应注意： 阀控铅蓄电池与铅蓄电池的技术特点；阀控铅蓄电池与铅蓄电池的技术特点； 虽然同属于铅酸蓄电池体系，虽然同属于铅酸蓄电池体系， 铅蓄电池具有很强的自动均衡充电特性，宜采铅蓄电池具有很强的自动均衡充电特性，宜采用基于单体电池充电方法和恒流充电模式；用基于单体电池充电方法和恒流充电模式； 而阀控铅蓄电池自动均衡能力十分有限，不能而阀控铅蓄电池自动均衡能力十分有限，不能采用恒流充电模式，当前普遍采用的基于端电压的采用恒流充电模式，当前普遍采用的基于端电压的恒流限压充电模式，也不适用于蓄电池组的充电。恒流限压充电模式，也不适用于蓄电池组的充电。 两者成组应用技术存在巨大差异。两者成组应

8、用技术存在巨大差异。工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心 第第 3 类，是绿色高性能新型蓄类，是绿色高性能新型蓄电池。电池。 这类蓄电池主要有：这类蓄电池主要有： 锰酸锂蓄电池、锰酸锂蓄电池、 磷酸亚铁锂蓄电池、磷酸亚铁锂蓄电池、 金属氢化物金属氢化物-镍蓄电池等。镍蓄电池等。工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心这类蓄电池显著特点是：这类蓄电池显著特点是： 绿色无污染、绿色无污染、 能量密度高、能量密度高、 功率密度高、功率密度高、 使用寿命长使、使用寿命长使、 储能效率高等。储能效率高等。工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能

9、电源系统工程师培训中心 其中，锂离子蓄电池是新型其中，锂离子蓄电池是新型蓄电池技术和产业发展的方向；蓄电池技术和产业发展的方向； 是节能与新能源产业技术和是节能与新能源产业技术和产业竞争的焦点；产业竞争的焦点；工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心 也是节能与新能源产业竞也是节能与新能源产业竞争的战略制高点。争的战略制高点。 掌握了新型储能产业关键掌握了新型储能产业关键技术，就掌握了节能与新能源技术，就掌握了节能与新能源产业竞争的主动权。产业竞争的主动权。工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心 蓄电池的成组技术和成组应用蓄电池的成组技术和

10、成组应用技术，是技术，是储能电源系统的技术关键。储能电源系统的技术关键。 是当前制约节能与新能源产业是当前制约节能与新能源产业的技术瓶颈。的技术瓶颈。工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心 蓄电池成组技术、成蓄电池成组技术、成组应用技术和设备研究，组应用技术和设备研究，是涉及多个技术领域和产是涉及多个技术领域和产业领域的技术密集型系统业领域的技术密集型系统工程。工程。工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心 蓄电池储能电源系统，是为蓄电蓄电池储能电源系统，是为蓄电池安全运行（即充电和放电）提供技池安全运行（即充电和放电）提供技术条件的相关设

11、备的集合。术条件的相关设备的集合。 了解蓄电池的充电和放电特性，了解蓄电池的充电和放电特性，及对充放电设备的要求，是蓄电池储及对充放电设备的要求，是蓄电池储能电源系统研究的基础。能电源系统研究的基础。工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心 下面将从蓄电池的充放电特性、充下面将从蓄电池的充放电特性、充放电方法及对充放电设备的基本要求入放电方法及对充放电设备的基本要求入手，讨论：手，讨论： 蓄电池充放电特性；蓄电池充放电特性； 蓄电池成组技术；蓄电池成组技术； 蓄电池成组应用技术；蓄电池成组应用技术； 对充放电设备的基本要求。对充放电设备的基本要求。工信部工信部 储能电

12、源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心2.3.1铅蓄电池对充电和放铅蓄电池对充电和放电的基本要求电的基本要求工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心铅蓄电池铅蓄电池 即是普通非密封富液铅蓄电池。即是普通非密封富液铅蓄电池。 这类蓄电池由于性能落后、酸污这类蓄电池由于性能落后、酸污染严重、使用寿命短、维护管理工作染严重、使用寿命短、维护管理工作量大，应用范围已经大幅萎缩，已不量大，应用范围已经大幅萎缩，已不是本关注的重点。是本关注的重点。工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心 为了认识充放电技术和设备为了认识充放电技术和设备的现状，便

13、于理解阀控铅蓄电池的现状，便于理解阀控铅蓄电池对充电和放电的要求。对充电和放电的要求。 仍有必要对铅蓄电池的充电仍有必要对铅蓄电池的充电和放电特性，及对充电和放电的和放电特性，及对充电和放电的基本要求讨论。基本要求讨论。工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心 铅蓄电池主要包括：铅蓄电池主要包括： 启动型铅蓄电池、启动型铅蓄电池、 动力型铅蓄电池、动力型铅蓄电池、 船用铅蓄电池、船用铅蓄电池、 固定型铅蓄电池固定型铅蓄电池 电动车辆用铅蓄电池等品种。电动车辆用铅蓄电池等品种。工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心2.3.1.1 铅蓄电池对充

14、电的要求铅蓄电池对充电的要求工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心 蓄电池产品技术文件中，对充电、蓄电池产品技术文件中，对充电、放电和维护都有具体要求。放电和维护都有具体要求。 相关标准中对技术要求、环境要求相关标准中对技术要求、环境要求等也有具体规定。等也有具体规定。 蓄电池的充电、放电和维护管理技蓄电池的充电、放电和维护管理技术要求，用户都可以从产品技术文件和术要求，用户都可以从产品技术文件和相关产品标准中详细了解。相关产品标准中详细了解。工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心值得注意的是：值得注意的是： 这些规定和要求都是对（单个）

15、蓄这些规定和要求都是对（单个）蓄电池的要求。电池的要求。 单体蓄电池的充电和放电方法，单体蓄电池的充电和放电方法，不不适用于成组蓄电池的充电和放电，也不适用于成组蓄电池的充电和放电，也不适用于成组蓄电池充放电设备的研究。适用于成组蓄电池充放电设备的研究。工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心 成组技术和成组应用技术研成组技术和成组应用技术研究，主要是研究在蓄电池成组应究，主要是研究在蓄电池成组应用时，满足蓄电池应用技术要求用时，满足蓄电池应用技术要求的方法和技术措施。的方法和技术措施。 下面的讨论，都首先对各种下面的讨论，都首先对各种蓄电池的不均衡性适应特性进行蓄电

16、池的不均衡性适应特性进行重点讨论。重点讨论。工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心 铅酸蓄电池的特点是：铅酸蓄电池的特点是： 在充电过程中具有在充电过程中具有 良好的自动均衡能力良好的自动均衡能力。工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心图图2-5 铅蓄电池充电反应特性曲线铅蓄电池充电反应特性曲线有效充电反应有效充电反应工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心 在充电末期（电压上升到约在充电末期（电压上升到约2.4v)， pbso4 已经趋于全部转化为已经趋于全部转化为pbo2和和pb，充电过程电极反应已基本结束。

17、充电过程电极反应已基本结束。 由于超电势有限，由于超电势有限，h2o分解仍较弱。分解仍较弱。 工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心 若继续通过充电电流，若继续通过充电电流，超电势将继续升高，水的分超电势将继续升高，水的分解逐步加强。解逐步加强。 当充电完结后，充电电当充电完结后，充电电流将全部用于电解水。流将全部用于电解水。工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心 铅蓄电池充电特性可以简化为铅蓄电池充电特性可以简化为如图如图2-6的等效电路描述的等效电路描述。等效电路的电压电流曲线等效电路的电压电流曲线工信部工信部 储能电源系统工程师培训

18、中心储能电源系统工程师培训中心 铅蓄电池的充电铅蓄电池的充电电压特性曲线属于电压特性曲线属于如图如图2-1（a）。）。 当完全充电后，当完全充电后，蓄电池电压基本保持蓄电池电压基本保持在一个相对稳定的电在一个相对稳定的电压值，不再有明显升压值，不再有明显升高。高。充电时间电压/电流蓄 电 池 充 电 电 压充 电 电 流图图2-1 （a）工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心 当充电电流通过电阻当充电电流通过电阻r1向电容器向电容器c充电时，电容器充电时，电容器c上的电压将缓慢上的电压将缓慢上升。上升。 当电压上升到电水电解电位（等当电压上升到电水电解电位（等效为压

19、敏电阻效为压敏电阻r2的额定电压）后，的额定电压）后，充电电极反应剩余的电流，将被电解充电电极反应剩余的电流，将被电解水（等效压敏电阻水（等效压敏电阻r2）全部吸收。）全部吸收。并减缓电容器并减缓电容器c上电压上升速度。上电压上升速度。工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心 随充电电极反应电流逐渐减小，随充电电极反应电流逐渐减小，蓄电池充电电压继续上升。蓄电池充电电压继续上升。 当充电电极反应完全结束后，当充电电极反应完全结束后，充电电流将全部用于电解水，超电充电电流将全部用于电解水，超电势基本稳定，蓄电池充电电压基本势基本稳定，蓄电池充电电压基本稳定，等效稳压管稳

20、定，等效稳压管d的稳定电压值。的稳定电压值。工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心 铅蓄电池的水解反应可铅蓄电池的水解反应可消耗很大的电流，消耗很大的电流，使其具使其具有很好的自动均衡特性。有很好的自动均衡特性。 工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心 简单的恒流充电和两阶段恒流充电，即简单的恒流充电和两阶段恒流充电，即可满足铅蓄电池对充电的要求。（如图可满足铅蓄电池对充电的要求。（如图2-7）。）。工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心 恒流充电方法是铅蓄电池基本充电恒流充电方法是铅蓄电池基本充电方法。方法。

21、 该方法是，采用一个恒定的电流对该方法是，采用一个恒定的电流对蓄电池充电（图蓄电池充电（图2-7的的0-3区间）。区间）。 当蓄电池进入当蓄电池进入“沸腾状态沸腾状态”，且连，且连续两小时所有电池电压基本不再上升时续两小时所有电池电压基本不再上升时（图（图2-7的的3-4区间），充电结束。区间），充电结束。 工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心 这种充电方法简单，能够将所这种充电方法简单，能够将所有蓄电池完全充电。有蓄电池完全充电。 主要缺点是：主要缺点是： 充电效率很低，后期大量电能用充电效率很低，后期大量电能用于电解水；电极的腐蚀十分严重，于电解水；电极的腐蚀

22、十分严重，电池寿命短。电池寿命短。工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心 为了克服上述缺点，之后改为了克服上述缺点，之后改为两阶段恒流充电，一直延续到为两阶段恒流充电，一直延续到20世纪世纪90年代初。年代初。工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心 两阶段恒流充电方法是：两阶段恒流充电方法是： 先以恒流的方法进行充电（图先以恒流的方法进行充电（图2-72-7的的1-21-2区间）；区间）； 当蓄电池进入当蓄电池进入“沸腾状态沸腾状态”后（图后（图2-72-7的的2 2时刻），将充电电流减小到初始充电电流时刻），将充电电流减小到初始充电电流

23、的一半继续进行充电。的一半继续进行充电。 当再次进入当再次进入“沸腾状态沸腾状态”，且连续两小，且连续两小时所有蓄电池电池充电电压不再升高时（图时所有蓄电池电池充电电压不再升高时（图2-72-7的的2-62-6区间），充电结束。区间），充电结束。工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心 这种充电方法与恒流充电比，充电效这种充电方法与恒流充电比，充电效率、蓄电池腐蚀问题得到有效改善，但只率、蓄电池腐蚀问题得到有效改善，但只是程度减轻而已。是程度减轻而已。 在汞整流器、硒整流器和硅二极管技在汞整流器、硒整流器和硅二极管技术时代，在只能采用可变电阻器或抽头变术时代，在只能采

24、用可变电阻器或抽头变压器、磁放大器调整电流的技术条件下，压器、磁放大器调整电流的技术条件下，已是最先进的充电技术和充电设备了。已是最先进的充电技术和充电设备了。工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心 上述两种充电方法的充电终结条件。上述两种充电方法的充电终结条件。 都是以所有蓄电池单体均处于都是以所有蓄电池单体均处于“沸沸腾状态腾状态”，且充电电压连续两小时不再，且充电电压连续两小时不再升高为充电结束条件。升高为充电结束条件。 即充分利用其足够大的即充分利用其足够大的“自动均衡自动均衡能力能力”，使全部蓄电池完全充电。，使全部蓄电池完全充电。工信部工信部 储能电源系

25、统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心 随电子技术和自动控制技术的发随电子技术和自动控制技术的发展，特别是可控硅新型大功率电力电展，特别是可控硅新型大功率电力电子器件的出现和大规模推广使用，充子器件的出现和大规模推广使用，充电设备的控制技术得到快速发展，为电设备的控制技术得到快速发展，为连续自动调整电压和电流成为现实，连续自动调整电压和电流成为现实，随之出现了控制技术更先进的多阶段随之出现了控制技术更先进的多阶段自动恒压充电方法和充电设备，自动自动恒压充电方法和充电设备，自动恒流限压充电方法和充电设备，实现恒流限压充电方法和充电设备，实现了调节自动电压和电流。了调节自动电压和电流。工信部工

26、信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心 恒流压限自动充电模式，恒压恒流压限自动充电模式，恒压值等于：值等于： 蓄电池的额定充电电压乘以串蓄电池的额定充电电压乘以串联蓄电池联蓄电池个数。个数。工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心 采用这种充电控制方法，则出现以下采用这种充电控制方法，则出现以下问题（如图问题（如图-8）：）： 当蓄电池组的端电压等于额定充电电当蓄电池组的端电压等于额定充电电压值，即平均电压等于恒压充电压值时，压值，即平均电压等于恒压充电压值时， 其中一部分电池充电电压等于或高于其中一部分电池充电电压等于或高于平均值，能够完全充电；

27、平均值，能够完全充电； 另一部分蓄电池充电电压将低于平均另一部分蓄电池充电电压将低于平均电压而不能实现完全充电；电压而不能实现完全充电； 由此产生了落后电池。由此产生了落后电池。 工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心恒流限压充电模式，不适用于铅蓄电池。恒流限压充电模式，不适用于铅蓄电池。 图图2-8 恒流限压充电模式蓄电池的电压恒流限压充电模式蓄电池的电压工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心 恒流充电方法恒流充电方法和分阶段恒流充电和分阶段恒流充电方方法的特点是，存法的特点是，存在严重的过充电。在严重的过充电。 过充电对铅蓄过充电对铅

28、蓄电池使用寿命有很电池使用寿命有很大影响（如图大影响（如图2-92-9） 过充电过充电7.6%7.6%时，时，充放电循环减少充放电循环减少30%30%左右。左右。 图图2-9 过充电系数与放电深度对过充电系数与放电深度对循环寿命的影响循环寿命的影响过充电系数过充电系数x：1-0；2-0.076 ;3-0.107工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心 主要原因是：主要原因是： （1 1）过充电时会产生大量气体）过充电时会产生大量气体析出析出, ,会冲刷活性物质会冲刷活性物质, ,造成活性物造成活性物质松软脱落。质松软脱落。 （2 2）过充电时正极板栅合金受）过充电时正

29、极板栅合金受到严重氧化而腐蚀。当过充电系数到严重氧化而腐蚀。当过充电系数为为10.7%10.7%时，循环寿命下降时，循环寿命下降40%40%以上。以上。 工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心 综上所述，铅蓄电池对充电的基本要综上所述，铅蓄电池对充电的基本要求是：求是： （1 1）充电电流应根据用户对性能的）充电电流应根据用户对性能的要求合理确定，但不应超过供应商提供的要求合理确定，但不应超过供应商提供的最大允许充电电流，一般应控制在最大允许充电电流，一般应控制在6 6i i2020范范左右，即可满足蓄电池性能要求。左右，即可满足蓄电池性能要求。 充电开始阶段应防止

30、电流过小。充电开始阶段应防止电流过小。工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心 （2 2）蓄电池温度对蓄电池使用蓄电池温度对蓄电池使用寿命和性能有很大影响，应根据实寿命和性能有很大影响，应根据实际需求和可能确定合理的工作温度际需求和可能确定合理的工作温度范围，但不应超过蓄电池供应商提范围，但不应超过蓄电池供应商提出的温度控制范围，一般不要超过出的温度控制范围，一般不要超过6060为宜。为宜。工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心 （3）恒压限流充电，不能实恒压限流充电，不能实现所有蓄电池完全充电，不适用于现所有蓄电池完全充电，不适用于铅蓄电

31、池。铅蓄电池。 若必须采用恒压限流充电，若必须采用恒压限流充电，应定期进行均衡化充电。铅蓄电池应定期进行均衡化充电。铅蓄电池均衡化处理可以采用分阶段恒流充均衡化处理可以采用分阶段恒流充电即可。电即可。工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心2.3.1.2 铅蓄电池对放电的要求铅蓄电池对放电的要求工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心 对铅蓄电池的寿命影响对铅蓄电池的寿命影响最大的是：最大的是： 放电电流大小；放电电流大小； 放电深度；放电深度； 蓄电池蓄电池温度。温度。工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心（1）

32、放电深度对寿命的影响）放电深度对寿命的影响 工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心 铅蓄电池放电深度对寿铅蓄电池放电深度对寿命影响很大，随放电深度的命影响很大，随放电深度的增加，适用寿命随之减小。增加，适用寿命随之减小。 正常使用的铅蓄电池，正常使用的铅蓄电池，额定放电深度为额定放电深度为80%80%。工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心图图2-10 铅蓄电池放电深度对循环寿命的影响铅蓄电池放电深度对循环寿命的影响工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心（2）放电电流）放电电流对容量和寿命的影响对容量和寿命的影

33、响工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心 放电电流对寿命也有重要影响。放电电流对寿命也有重要影响。 放电电流密度对放电电流密度对pbsopbso4 4在正极分布的影响如图在正极分布的影响如图2-2-1111。 图中可以看出图中可以看出, ,在电流小于在电流小于4 4i i2020时时,pbso,pbso4 4在整个在整个电极厚度内均匀分布。电极厚度内均匀分布。图图2-11 电流密度对电流密度对pbso4在正极分布的影响在正极分布的影响1: 1.4a/m2 1i20 2: 60a/m2 4 i20 3: 300a/m2 20i20 4: 1800a/m2 120i20

34、工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心 随放电电流增加，随放电电流增加，pbso4在电极厚在电极厚度内的分布不均匀度增大，在靠近电解度内的分布不均匀度增大，在靠近电解溶液两边的溶液两边的pbso4浓度较大，而电极厚浓度较大，而电极厚度的中部度的中部pbso4含量降低。含量降低。 主要原因是由于越靠近中心部位，主要原因是由于越靠近中心部位，电解液中电解液中h2so4越不能及时补充，反应越不能及时补充，反应速率下降，电化学产物减少。放电电流速率下降，电化学产物减少。放电电流密度越大，反应越趋于电极表面。密度越大，反应越趋于电极表面。工信部工信部 储能电源系统工程师培训中

35、心储能电源系统工程师培训中心 当放电电流较小时（当放电电流较小时（7 7i i2020），活），活性物质结晶细小、致密、分布均匀、结性物质结晶细小、致密、分布均匀、结合牢固，能较好地展现蓄电池的各项性合牢固，能较好地展现蓄电池的各项性能。能。工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心 随放电电流增大，活性随放电电流增大，活性物质结晶颗粒增大、疏松、物质结晶颗粒增大、疏松、容易脱落、在电极内分布不容易脱落、在电极内分布不均匀度增大，寿命缩短。均匀度增大，寿命缩短。工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心 不同放电不同放电率对容量的影率对容量的影响

36、如表响如表2-3。 放电电流放电电流对蓄电池性能对蓄电池性能影响是很大。影响是很大。 表表2-3 放电电流大小对容量的影响放电电流大小对容量的影响工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心（3）温度对寿命的影响）温度对寿命的影响工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心环境温度环境温度电解液的温度电解液的温度 达到的循环寿命达到的循环寿命0 011112.52.5124124室温室温37372.52.5266266室温室温20205 535235237.737.743433 3418418494947.347.33 3516516606058.3

37、58.33 3336336表表2-3 温度对铅蓄电池寿命的影响温度对铅蓄电池寿命的影响 工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心图图2-12 温度对牵引铅蓄电池寿命的影响温度对牵引铅蓄电池寿命的影响工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心 用于电动车辆的牵引型铅蓄电池用于电动车辆的牵引型铅蓄电池温度为温度为5060时使用寿命最高，时使用寿命最高，可达到可达到1万公里左右（万公里左右（100%），）， 温度超过温度超过70时，使用寿命低于时，使用寿命低于400公里（仅为公里（仅为4%左右）；左右）； 当温度低于当温度低于30，使用寿命低于，使用

38、寿命低于2000公里（仅为公里（仅为20%左右）左右） 。 工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心铅蓄电池对放电的要求：铅蓄电池对放电的要求： （1） 放电深度应控制在放电深度应控制在80%以内。以内。单体蓄电池最低放电电压不应低于产品单体蓄电池最低放电电压不应低于产品说明书的规定。说明书的规定。 （2） 放电电流不应超过蓄电池产品放电电流不应超过蓄电池产品说明书的规定。说明书的规定。 （3） 若需要提高蓄电池使用寿命，若需要提高蓄电池使用寿命，则应相应减小放电电流，或降低放电深则应相应减小放电电流，或降低放电深度。度。工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电

39、源系统工程师培训中心 （4 4） 蓄电池的温度应控制在产蓄电池的温度应控制在产品说明书规定的范围内。品说明书规定的范围内。 （5 5） 放电后，应及时补充充电。放电后，应及时补充充电。 若放电深度过大，应尽快补充充若放电深度过大，应尽快补充充电，若超过电，若超过2424小没有补充充电，电极小没有补充充电，电极将产生不可逆硫酸盐化。将产生不可逆硫酸盐化。工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心 2.3.2 阀控铅蓄电池阀控铅蓄电池对充电和放电的基本要求对充电和放电的基本要求工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心 自自 1860 年铅酸蓄电池研

40、究成功以年铅酸蓄电池研究成功以来，经过来，经过 150年左右发展，技术性能得年左右发展，技术性能得到很大提高，至尽仍是应用最广泛的蓄到很大提高，至尽仍是应用最广泛的蓄电池产品。电池产品。 工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心 铅蓄电池存在两个主要缺点：铅蓄电池存在两个主要缺点： （1）充电过程中存在电解水过程，虽然具）充电过程中存在电解水过程，虽然具有自动均衡的正面作用，但同时使充电效率降有自动均衡的正面作用，但同时使充电效率降低，充电后期，超过低，充电后期，超过90%的充电电能用于电解的充电电能用于电解水，充电效率不到水，充电效率不到10%，不仅产生大量氢气和，

41、不仅产生大量氢气和氧气，造成不安全问题，而且水消耗量很大，氧气，造成不安全问题，而且水消耗量很大，需要经常补充水，电解液调整困难。需要经常补充水，电解液调整困难。 （2）排出的酸雾和溢漏的电解液造成的酸）排出的酸雾和溢漏的电解液造成的酸液腐蚀和污染十分严重。液腐蚀和污染十分严重。工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心 1912年年thomas edison 提出第一提出第一个在蓄电池上部安装铂丝或海棉状物，个在蓄电池上部安装铂丝或海棉状物，使充电过程电解水产生的氢和氧再化使充电过程电解水产生的氢和氧再化合成水返回电解液中。合成水返回电解液中。 到到1971年美国盖茨

42、公司研制出第一年美国盖茨公司研制出第一个园柱型密封铅蓄电池，其后个园柱型密封铅蓄电池，其后20年间，年间，阀控蓄电池技术得到快速发展。阀控蓄电池技术得到快速发展。工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心 阀控铅蓄电池不仅克服了阀控铅蓄电池不仅克服了铅蓄电池的两个主要缺点，性铅蓄电池的两个主要缺点，性能得到很大提高。能得到很大提高。工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心 阀控铅蓄电池虽仍属于铅酸体系蓄电池，阀控铅蓄电池虽仍属于铅酸体系蓄电池， 充电和放电电极反映机理仍与铅蓄电池相充电和放电电极反映机理仍与铅蓄电池相同，同， 其特点是，采用氧循

43、环技术和贫液技术，其特点是，采用氧循环技术和贫液技术，实现了阀控密封。具有使用寿命长、少维护、实现了阀控密封。具有使用寿命长、少维护、少酸污染等显著特点。少酸污染等显著特点。 结构、工作机理和特性发生了重大改变。结构、工作机理和特性发生了重大改变。工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心阀控铅蓄电池充特性简化等效电路如图阀控铅蓄电池充特性简化等效电路如图2-372-37。等效电路电流电压曲线工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心2.3.2.1 氧循环基本原理氧循环基本原理工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心表表

44、2-4 阀控蓄电池氧循环原理阀控蓄电池氧循环原理 从表中反应式看出，在碱性蓄电池中析从表中反应式看出，在碱性蓄电池中析o2消耗的消耗的oh-与在铅蓄电池中析与在铅蓄电池中析o2消耗的消耗的h2o，均在负极中获，均在负极中获得再生。得再生。工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心 一般认为，在密封蓄电池中，负一般认为，在密封蓄电池中，负极起着双重作用，即在充电末期或过极起着双重作用，即在充电末期或过充时，负极一方面与正极传输过来的充时，负极一方面与正极传输过来的o2起反应而被氧化，另一方面又接受起反应而被氧化，另一方面又接受外来电路传输来的电子进行还原。外来电路传输来的

45、电子进行还原。 这一反应在铅蓄电池和碱性蓄电这一反应在铅蓄电池和碱性蓄电池中是一致的。池中是一致的。工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心 上述上述氧循环的机理氧循环的机理称为称为化学机化学机理理，即负极活性物质与氧进行化学反应，即负极活性物质与氧进行化学反应的中间步骤。的中间步骤。阀控蓄电池氧循环原理阀控蓄电池氧循环原理 电化学机理电化学机理工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心 但也有认为是但也有认为是电化学机理电化学机理，即如表中最后净反应那样，氧直接即如表中最后净反应那样，氧直接在负极活性物质上进行还原。在负极活性物质上进行还原。

46、阀控蓄电池氧循环原理阀控蓄电池氧循环原理 化学机理化学机理工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心 铅蓄电池和碱性蓄电池铅蓄电池和碱性蓄电池虽然氧还原机理相同，但密虽然氧还原机理相同，但密封方式是有区别的。封方式是有区别的。工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心 在碱性蓄电池中，由于镉的平衡电势比在碱性蓄电池中，由于镉的平衡电势比氢正约氢正约100mv，所以不会析出氢气；，所以不会析出氢气； 而铅的平衡电势比氢负而铅的平衡电势比氢负350mv，充电态，充电态超过超过90%就有氢气析出的可能。就有氢气析出的可能。 为了安全，不能让氢气在电池中

47、积聚，为了安全，不能让氢气在电池中积聚，此外还考虑到有机物在正极氧化产生此外还考虑到有机物在正极氧化产生co2。 所以铅蓄电池采用阀控密封结构，而碱所以铅蓄电池采用阀控密封结构，而碱性蓄电池一般采用全密封结构。性蓄电池一般采用全密封结构。 工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心 认识氧循环机理，对研究认识氧循环机理，对研究阀控铅蓄电池成组应用技术阀控铅蓄电池成组应用技术具有有十分重要意义。具有有十分重要意义。工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心 2.3.2.2 贫液技术贫液技术工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培

48、训中心 若要使氧的复合反应能顺利进行，若要使氧的复合反应能顺利进行，必须使氧能够从正极移动到负极。必须使氧能够从正极移动到负极。 氧的移动越容易，越顺畅，氧的氧的移动越容易，越顺畅，氧的复合就越容易。复合就越容易。 单位时间内氧从正极向负极迁移单位时间内氧从正极向负极迁移的数量越多，允许充电的电流就越的数量越多，允许充电的电流就越大。大。工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心 氧的迁移有液相通道和气相通道。氧的迁移有液相通道和气相通道。 液相通道受液体扩散速度和隔板孔液相通道受液体扩散速度和隔板孔隙率及孔隙通道的限制，迁移数量十分隙率及孔隙通道的限制，迁移数量十分有

49、限。有限。 富液电池只能在液相中进行氧迁移，富液电池只能在液相中进行氧迁移，只能在很低的电流水平下进行氧的复合。只能在很低的电流水平下进行氧的复合。工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心 阀控铅蓄电池采用孔隙率达阀控铅蓄电池采用孔隙率达到到94%。 由大小不同孔径的超细硅硼钎由大小不同孔径的超细硅硼钎维制成的隔膜。维制成的隔膜。 其中小孔充满电解液，较大的其中小孔充满电解液，较大的孔留做气体通道，使氧可以在气相孔留做气体通道，使氧可以在气相状态迁移，可以实现很大的电流充状态迁移，可以实现很大的电流充电。电。工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培

50、训中心电解液的饱和度与复合电流的关系如图电解液的饱和度与复合电流的关系如图2-13 图图2-13 隔膜不同侵透率时的复合电流隔膜不同侵透率时的复合电流工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心 为了保持足够的气体通道，为了保持足够的气体通道， 必须严格限制电解液的加注量必须严格限制电解液的加注量（通常控制在（通常控制在60%90%之间的之间的贫液状态）。贫液状态）。 工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心 采用采用氧复合技术氧复合技术实现阀控密封；实现阀控密封； 为了提高充电电流，即在更大的充为了提高充电电流，即在更大的充电电流下仍具有高效氧

51、循环能力，电电流下仍具有高效氧循环能力， 阀控铅蓄电池采用阀控铅蓄电池采用贫液技术，贫液技术，使氧在气相态下迁移；使氧在气相态下迁移； 采用氧循环和贫液技术，采用氧循环和贫液技术，是阀控铅是阀控铅蓄电池的显著特点。蓄电池的显著特点。工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心 2.3.2.3影响氧复合的主要因素影响氧复合的主要因素 了解影响氧复合的主要因素，是研究阀控了解影响氧复合的主要因素，是研究阀控铅蓄电池充放电技术，正确使用阀控蓄电池的铅蓄电池充放电技术，正确使用阀控蓄电池的基础。基础。工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心 影响阀控铅蓄

52、电池氧复合的主要因素有影响阀控铅蓄电池氧复合的主要因素有: （1）超细玻璃钎维隔膜被电解液饱和的）超细玻璃钎维隔膜被电解液饱和的程度。程度。 电解液饱和程度决定了复合电流的大小。电解液饱和程度决定了复合电流的大小。 过度饱和变成了富液电池，氧只能在液过度饱和变成了富液电池，氧只能在液相态下迁移，氧复合能力很差，实现完全氧相态下迁移，氧复合能力很差，实现完全氧复合充电电流很小，对蓄电池的性能有很大复合充电电流很小，对蓄电池的性能有很大影响。影响。工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心 电解液饱和度过低，电解质和电解液饱和度过低，电解质和h h2 2soso4 4 的溶

53、解量过少，不能达到额的溶解量过少，不能达到额定容量。定容量。 图图2-142-14给出了电解液加注量与容给出了电解液加注量与容量和氧复合度的关系。量和氧复合度的关系。工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心 从图中可从图中可以看出，当饱以看出，当饱和度为和度为80%，充电电流为充电电流为1i20时，产生时，产生的氧可全部被的氧可全部被复合，可提供复合，可提供总容量的总容量的75%。图图2-14 阀控铅蓄电池电解液体积阀控铅蓄电池电解液体积对氧复合和容量的影响对氧复合和容量的影响工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心（2）氧分压对氧复合的影响

54、）氧分压对氧复合的影响工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心 从图从图2-15可以看出，可以看出，氧分压与氧复合电流氧分压与氧复合电流大小有直接关系。提大小有直接关系。提高氧分压，可以提高高氧分压，可以提高氧复合效率。但为了氧复合效率。但为了安全，氧分压不能过安全，氧分压不能过高。国家标准对氧分高。国家标准对氧分压有明确规定，在修压有明确规定，在修改铁路用阀控铅蓄电改铁路用阀控铅蓄电池时，为了提高氧复池时，为了提高氧复合效合效率，提高了氧分率，提高了氧分压。压。 图图2-15 氧分压对氧复合能力的影响氧分压对氧复合能力的影响电解液密度电解液密度1.310g/cm3，

55、隔膜饱和度，隔膜饱和度93%，负极面积负极面积0.218m2,充电电压充电电压2.34v工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心 表表2-5 是铁路机车用阀控铅蓄电池在不是铁路机车用阀控铅蓄电池在不同温度下，用不同浮充电电压时，氧分压数同温度下，用不同浮充电电压时，氧分压数值。值。表表2-5 2-5 不同温度时不同浮充电电压时的氧分压不同温度时不同浮充电电压时的氧分压kpakpa工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心（3）隔膜的压缩率）隔膜的压缩率 对氧复合的影响对氧复合的影响工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中

56、心 超细玻璃钎维隔膜必须与电极超细玻璃钎维隔膜必须与电极紧密接触，使电极与隔膜的孔隙紧密接触，使电极与隔膜的孔隙小于超细玻璃钎维隔膜中的大孔。小于超细玻璃钎维隔膜中的大孔。若隔膜与电极间隙过大，正极产若隔膜与电极间隙过大，正极产生的氧将由该空隙向上排泻到电生的氧将由该空隙向上排泻到电池顶部空腔内，而不能迁移到负池顶部空腔内，而不能迁移到负极进行氧复合。极进行氧复合。工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心 一般压缩率在一般压缩率在15%20%最好，最好，10%30%还能保证性能。若电池还能保证性能。若电池变形，使隔膜压缩率降低，将严重变形，使隔膜压缩率降低，将严重影响

57、氧符合。影响氧符合。 防止电池变形造成隔膜的压缩防止电池变形造成隔膜的压缩率减小，对防止阀控铅蓄电池早期率减小，对防止阀控铅蓄电池早期失效有重要作用。失效有重要作用。工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心（4）充电电流对氧复合的影响）充电电流对氧复合的影响工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心 在充电时，在充电时，正极上的析氧正极上的析氧速率与施加的速率与施加的充电电流成正充电电流成正比（如图比（如图2-16），即充电），即充电电流越大、单电流越大、单位时间内析出位时间内析出的氧越多。的氧越多。图图2-16 充电电流与复合率的关系充电电流

58、与复合率的关系工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心 受氧由正极传输到负极，并在受氧由正极传输到负极，并在负极表面液膜中进行还原的速度的负极表面液膜中进行还原的速度的限制，即氧复合的速度慢于氧析出限制，即氧复合的速度慢于氧析出的速度，充电电流必须限制的合理的速度，充电电流必须限制的合理水平。水平。 若充电电流大于可接受充电电若充电电流大于可接受充电电流，氧复合效率会显著降低。流，氧复合效率会显著降低。工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心可接受充电电流：可接受充电电流： 一般规定初始充电电流不应大于一般规定初始充电电流不应大于6 6i i

59、2020左右。左右。 不同蓄电池和同一蓄电池在充电过程中的不同蓄电池和同一蓄电池在充电过程中的不同时刻的可接受充电电流是不同的。不同时刻的可接受充电电流是不同的。 蓄电池产品说明书中规定的充电电流值，蓄电池产品说明书中规定的充电电流值，仅是参考值。仅是参考值。 实际应用中，确定蓄电池组实际可接受充实际应用中，确定蓄电池组实际可接受充电电流是一个十分复杂的技术问题。电电流是一个十分复杂的技术问题。工信部工信部 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心 在在1987年，第二炮兵研究成功了一种根据超电年，第二炮兵研究成功了一种根据超电势判定充电电流大小充电控制方法，取得了良好的势判定充电

60、电流大小充电控制方法，取得了良好的效果。效果。 该充电控制方法的原理是，充电过程中，不断该充电控制方法的原理是，充电过程中，不断监测蓄电池超电势大小，并将超电势限制在一定的监测蓄电池超电势大小，并将超电势限制在一定的范围内。范围内。 若超电势过大，说明氧符合率不能满足充电电若超电势过大，说明氧符合率不能满足充电电流的要求，应减小充电电流。流的要求，应减小充电电流。 相反，若超电势过小，说明充电电流过小，没相反，若超电势过小，说明充电电流过小，没有充分发挥氧复合的能力，可增大充电电流。有充分发挥氧复合的能力，可增大充电电流。 上述方法当时定义为智能充电方法。上述方法当时定义为智能充电方法。工信部