FACTS并联储能系统（课堂PPT）

1、.1并联储能系统并联储能系统华北电力大学华北电力大学 谭伟璞谭伟璞.2一、并联储能系统一、并联储能系统 电力系统的发电、输电、配电与用电必须同时完电力系统的发电、输电、配电与用电必须同时完成，要求系统始终处于动态平衡状态中。成，要求系统始终处于动态平衡状态中。 如果出现瞬时的功率不平衡，就会造成系统安全如果出现瞬时的功率不平衡，就会造成系统安全稳定问题稳定问题。 储能系统可以平抑系统出现的储能系统可以平抑系统出现的瞬时功率不平衡，瞬时功率不平衡，起到能量的缓冲平衡作用，可有效提高系统的安全稳起到能量的缓冲平衡作用，可有效提高系统的安全稳定性。定性。 储能系统的容量越大，对系统储能系统的容量越大

2、，对系统提高安全稳定性的提高安全稳定性的作用越强。作用越强。 储能系统发挥作用，需与电网连接，连接是通过储能系统发挥作用，需与电网连接，连接是通过电力电子装置实现的。电力电子装置实现的。.3一、并联储能系统一、并联储能系统并联储能系统的作用：并联储能系统的作用： P2821. 削峰填谷，改善系统日负荷率，提高发电设备利用削峰填谷，改善系统日负荷率，提高发电设备利用率，提高电网整体运行效率率，提高电网整体运行效率。2.2.储能系统可作为应急备用电源迅速投入系统，提高储能系统可作为应急备用电源迅速投入系统，提高供电可靠性供电可靠性。3.3.适当控制的储能系统可以抑制电压的异常，提高供适当控制的储能

3、系统可以抑制电压的异常，提高供电质量电质量。4.4.将储能系统与电能转换控制技术相结合，可实现对将储能系统与电能转换控制技术相结合，可实现对电网的快速控制，改善电网的静态和动态特性。电网的快速控制，改善电网的静态和动态特性。.41.1 电力系统中的储能方式电力系统中的储能方式在电力系统中应用的储能方式：在电力系统中应用的储能方式： P281蓄电池储能蓄电池储能电容器储能电容器储能抽水储能抽水储能超导储能超导储能飞轮储能飞轮储能压缩空气储能压缩空气储能。 .51.2 各种储能方式的比较各种储能方式的比较 小型超导小型超导 超导超导 抽水储能抽水储能 压缩空气压缩空气/ /气体气体 电池储能电池储

4、能 飞轮储能飞轮储能 电容器电容器效率效率/%/%90 90 60 50 70 90 9090 90 60 50 70 90 90储能容量储能容量 低低 高高 高高 高高 中中/ /高高 中中 高高模块化模块化 是是 否否 否否 否否 是是 是是 是是循环寿命循环寿命无限无限 无限无限 数千次数千次 数千次数千次 百千次无限百千次无限 数千次数千次充电时间充电时间分钟分钟 小时小时 小时小时 小时小时 小时小时 分钟分钟 小时小时建设时间建设时间 周周 年年 年年 年年 月月 周周 月月环境影响环境影响良好良好 很好很好 极大极大 极大极大 大大 良好良好 大大电厂规模电厂规模 小小 大大 大

5、大 中中 大大 小小 大大可用性可用性 少少 开发开发 广泛广泛 有有 广泛广泛 示范示范 广泛广泛.6二、电池储能系统 Battery Energy Storage SystemsBattery Energy Storage Systems.7电池储能系统电池储能系统 STATCOMSTATCOM等等FACTSFACTS装置，多采用电压源型逆变器。装置，多采用电压源型逆变器。逆变器的直流单元如采用电容器，则电压源型逆变器逆变器的直流单元如采用电容器，则电压源型逆变器只能与系统进行无功交换，也就是在两个象限运行。只能与系统进行无功交换，也就是在两个象限运行。 如果电压源型逆变器与系统进行有功交

6、换，则逆如果电压源型逆变器与系统进行有功交换，则逆变器直流单元电容器的电压将伴随着吸收或送出有功变器直流单元电容器的电压将伴随着吸收或送出有功功率而上升或下降，这将给逆变器的控制带来困难、功率而上升或下降，这将给逆变器的控制带来困难、增加复杂性，更直接的结果是逆变器无法正常工作。增加复杂性，更直接的结果是逆变器无法正常工作。 如果电压源型逆变器的直流单元采用储能元件，如果电压源型逆变器的直流单元采用储能元件，则储能元件可以存储系统多余的有功功率，也可在系则储能元件可以存储系统多余的有功功率，也可在系统有功功率欠缺时送出其存储的能量统有功功率欠缺时送出其存储的能量。采用储能元件作直流单元的逆变器

7、，可四象限工作。采用储能元件作直流单元的逆变器，可四象限工作。系统中使用最多的储能元件是蓄电池租系统中使用最多的储能元件是蓄电池租电池储能电池储能系统。（系统。（Battery Energy Storage SystemsBattery Energy Storage Systems） P282.8电池储能系统电池储能系统电池储能系统电池储能系统( (BESS)BESS)是将直流电池组与交流电网联结是将直流电池组与交流电网联结起来的电压源型逆变器。它在电网中的作用象其他同起来的电压源型逆变器。它在电网中的作用象其他同步装置一样，即可给系统提供无功支持，又可与系统步装置一样，即可给系统提供无功支持

8、，又可与系统进行有功交换。进行有功交换。任何一个任何一个BESSBESS都必须通过一定的控制策略，控制电池都必须通过一定的控制策略，控制电池组的充放电周期以维持直流电源电压的恒定。组的充放电周期以维持直流电源电压的恒定。BESSBESS多用于平衡负荷变化及作为旋转能量储备，它有多用于平衡负荷变化及作为旋转能量储备，它有许多非常有益的作用效果，最突出的是提高输电的稳许多非常有益的作用效果，最突出的是提高输电的稳定性及给系统提供有力的有功支持。美国的研究结果定性及给系统提供有力的有功支持。美国的研究结果表明，在受到输电稳定极限限制的南加州输电线路上，表明，在受到输电稳定极限限制的南加州输电线路上，

9、在新诺安装在新诺安装1010MWMW的的BESSBESS使亚利桑纳的输送能力提高了使亚利桑纳的输送能力提高了几百几百MWMW。.9电池储能系统电池储能系统电池储能系统电池储能系统( (BESS)BESS)的优点：的优点： P283P283BESSBESS的基本原理与模型：的基本原理与模型： P283P283BESSBESS的控制系统：的控制系统： P285P285电池储能系统的核心是储能元件。根据应用电池储能系统的核心是储能元件。根据应用场合、充放电特性、单元容量及运行维护等场合、充放电特性、单元容量及运行维护等因素，用作储能元件的电池有多种类型。因素，用作储能元件的电池有多种类型。.10电池

10、储能系统电池储能系统-0-0一、电池的种类：一、电池的种类：n锂电池锂电池 ：锂亚电池、锂锰电池：锂亚电池、锂锰电池 （相机等）（相机等）n镍氢电池镍氢电池 ：手机、手表：手机、手表n镍镉电池镍镉电池 ：手机、手表：手机、手表n碱锰电池碱锰电池 ：日常家用：日常家用n铅酸蓄电池（铅酸蓄电池（Valve Regulated Lead）： 工业广泛应用工业广泛应用.11电池储能系统电池储能系统-1-1锂亚电池产品特点：锂亚电池产品特点： 1.1. 锂亚硫酰氯电池额定电压锂亚硫酰氯电池额定电压3.6V3.6V，是目前锂电池系列中电，是目前锂电池系列中电压最高的；压最高的； 2.2. 锂亚硫酰氯电池是

11、实际使用电池中能量最高的一种电池锂亚硫酰氯电池是实际使用电池中能量最高的一种电池(500(500 wh/kg,1000wh/dm3);wh/kg,1000wh/dm3); 3.3. 常温中等电流密度放电时，放电曲线极为平坦常温中等电流密度放电时，放电曲线极为平坦,90%,90%的容的容量范围内工作平台保持不变；量范围内工作平台保持不变； 4.4. 电池可以在电池可以在-40-40C-+85C-+85C C范围内正常工作。范围内正常工作。-40-40C C时时的容量约为常温容量的的容量约为常温容量的50%50%，表现出极为优良的高低温性，表现出极为优良的高低温性能能; ; 5.5. 年自放电率年

12、自放电率=1%;=1%; 贮存寿命贮存寿命1010 年以上年以上; ; 主要用途：主要用途： 智能水表气表电表、实时时钟、后备记忆电源、各种仪器、智能水表气表电表、实时时钟、后备记忆电源、各种仪器、仪表、设备。高能量用于不同类型军事电子装置和通讯设备仪表、设备。高能量用于不同类型军事电子装置和通讯设备（便携式电台、夜视仪、导航用全球定位装置、数据终端设（便携式电台、夜视仪、导航用全球定位装置、数据终端设备、测距器），水下武器、声纳浮标、地雷、导弹、雷达等备、测距器），水下武器、声纳浮标、地雷、导弹、雷达等.12电池储能系统电池储能系统-2-2锂锰电池产品特点：锂锰电池产品特点： 电压高，单只工

13、作电压电压高，单只工作电压2.8V3.2V2.8V3.2V。 比能量高，比能量高，C C型电池可达到型电池可达到270Wh/kg270Wh/kg和和510Wh/L510Wh/L。 使用温度范围宽，可在使用温度范围宽，可在-40-40C+70C+70C C下工作。下工作。 性能稳定，储存期长，低率放电电压平稳，无电压滞性能稳定，储存期长，低率放电电压平稳，无电压滞后现象，自放电小。后现象，自放电小。 可以大电流放电。可以大电流放电。 安全性好，无公害。安全性好，无公害。 用途：用途： 锂锰柱式电池可应用在照相机、摄像机、收单锂锰柱式电池可应用在照相机、摄像机、收单机、袖珍录放机以及计算机的记忆电

14、机、袖珍录放机以及计算机的记忆电 路上。还可以应路上。还可以应用在许多民用、军用及通讯设备上。用在许多民用、军用及通讯设备上。 .13电池储能系统电池储能系统-3-3镍氢电池特征：镍氢电池特征：高容量，容量离散度小高容量，容量离散度小低内阻低内阻AA:AA: 15-2015-20 m;m; AAA:AAA: 20-2520-25 mm SC:3.5-4.0SC:3.5-4.0 mm长寿命，寿命可达长寿命，寿命可达500500次次自放电小，自放电小，50oC50oC静置静置7 7天，自放电小于天，自放电小于15%15% ；室温；室温2828天，自放电小于天，自放电小于20%20%大电流充放电，动

15、力电池大电流充放电，动力电池10C10C放电，性能达到放电，性能达到IECIEC标准。标准。耐过充，充电过程电池内压低。耐过充，充电过程电池内压低。.14电池储能系统电池储能系统-4-4镍镉电池特点：镍镉电池特点：耐高低温（耐高低温（4040度至度至5555度）。度）。寿命长（寿命长（10201020）年，少维护。）年，少维护。广泛应用于直流屏、变电站、内燃机车、广泛应用于直流屏、变电站、内燃机车、AGVAGV车、车、柴油机启动、发电机启动、电厂、备用电源等领柴油机启动、发电机启动、电厂、备用电源等领域。产品有域。产品有GNGN、GNZGNZ、GNCGNC系列。系列。 .15电池储能系统电池储

16、能系统-5-5铅酸蓄电池的发展历史和现状铅酸蓄电池的发展历史和现状 蓄电池是蓄电池是18591859年由普兰特年由普兰特(Plante)(Plante)发明的，至发明的，至今已有一百多年的历史。铅酸蓄电池自发明后，在今已有一百多年的历史。铅酸蓄电池自发明后，在化学电源中一直占有绝对优势。这是因为其价格低化学电源中一直占有绝对优势。这是因为其价格低廉、原材料易于获得，使用上有充分的可靠性，适廉、原材料易于获得，使用上有充分的可靠性，适用于大电流放电及广泛的环境温度范围等优点。用于大电流放电及广泛的环境温度范围等优点。 到到2020世纪初，铅酸蓄电池历经了许多重大的改世纪初，铅酸蓄电池历经了许多重

17、大的改进，提高了能量密度、循环寿命、高倍率放电等性进，提高了能量密度、循环寿命、高倍率放电等性能。然而，开口式铅酸蓄电池有两个主要缺点：能。然而，开口式铅酸蓄电池有两个主要缺点：充电末期水会分解为氢，氧气体析出，需经常加酸、充电末期水会分解为氢，氧气体析出，需经常加酸、加水，维护工作繁重；气体溢出时携带酸雾，腐加水，维护工作繁重；气体溢出时携带酸雾，腐蚀周围设备，并污染环境，限制了电池的应用。蚀周围设备，并污染环境，限制了电池的应用。 .16电池储能系统电池储能系统-6-619121912年年ThomasEdisonThomasEdison发表专利，提出在单体电池发表专利，提出在单体电池的上部

18、空间使用铂丝，在有电流通过时，铂被加的上部空间使用铂丝，在有电流通过时，铂被加热，成为氢、氧化合的催化剂，使析出的热，成为氢、氧化合的催化剂，使析出的H2H2与与O2O2重新化合，返回电解液中。但该专利未能付诸实重新化合，返回电解液中。但该专利未能付诸实现：铂催化剂很快失效；气体不是按氢现：铂催化剂很快失效；气体不是按氢2 2氧氧1 1的化学计量数析出，电池内部仍有气体发生；的化学计量数析出，电池内部仍有气体发生；存在爆炸的危险。存在爆炸的危险。 6060年代，美国年代，美国GatesGates公司发明铅钙合金，引起公司发明铅钙合金，引起了密封铅酸蓄电池开发热，世界各大电池公司投了密封铅酸蓄电

19、池开发热，世界各大电池公司投入大量人力物力进行开发。入大量人力物力进行开发。 19691969年，美国登月计划实施，密封阀控铅酸年，美国登月计划实施，密封阀控铅酸蓄电池和镉镍电池被列入月球车用动力电源，最蓄电池和镉镍电池被列入月球车用动力电源，最后镉镍电池被采用，但密封铅酸蓄电池技术从此后镉镍电池被采用，但密封铅酸蓄电池技术从此得到发展。得到发展。.17电池储能系统电池储能系统-6-6 1969-1970 1969-1970年，美国年，美国ECEC公司制造了大约公司制造了大约350,000350,000只小型密封铅酸蓄电池，该电池采用玻璃纤维棉隔只小型密封铅酸蓄电池，该电池采用玻璃纤维棉隔板，

20、贫液式系统，这是最早的商业用阀控式铅酸蓄板，贫液式系统，这是最早的商业用阀控式铅酸蓄电池，但当时尚未认识到其氧再化合原理。电池，但当时尚未认识到其氧再化合原理。 19751975年，年，GatesRutterGatesRutter公司在经过许多年努力并公司在经过许多年努力并付出高昂代价的情况下，获得了一项付出高昂代价的情况下，获得了一项D D型密封铅酸干型密封铅酸干电池的发明专利，成为今天电池的发明专利，成为今天VRLAVRLA的电池原型。的电池原型。 19791979年，年，GNBGNB公司在购买公司在购买GatesGates公司的专利后，公司的专利后，又发明了又发明了MFXMFX正板栅专利

21、合金，开始大规模宣传并生正板栅专利合金，开始大规模宣传并生产大容量吸液式密封免维护铅酸蓄电池。产大容量吸液式密封免维护铅酸蓄电池。 19841984年，年，VRLAVRLA电池在美国和欧洲得到小范围应电池在美国和欧洲得到小范围应用。用。 19871987年，随着电信业的飞速发展，年，随着电信业的飞速发展，VRLAVRLA电池在电池在电信部门得到迅速推广使用。电信部门得到迅速推广使用。 .18 电池储能系统电池储能系统 之之 工业主流产品工业主流产品铅酸蓄电池铅酸蓄电池 .19二、铅酸蓄电池二、铅酸蓄电池2.1 2.1 铅酸蓄电池的发展历史铅酸蓄电池的发展历史 蓄电池是蓄电池是18591859年

22、由普兰特年由普兰特(Plante)(Plante)发明的，至今发明的，至今已有一百多年的历史。铅酸蓄电池自发明后，在化学已有一百多年的历史。铅酸蓄电池自发明后，在化学电源中一直占有绝对优势。这是因为其价格低廉、原电源中一直占有绝对优势。这是因为其价格低廉、原材料易于获得，使用上有充分的可靠性，适用于大电材料易于获得，使用上有充分的可靠性，适用于大电流放电及广泛的环境温度范围等优点。流放电及广泛的环境温度范围等优点。 到到2020世纪初，铅酸蓄电池历经了许多重大的改进，世纪初，铅酸蓄电池历经了许多重大的改进，提高了能量密度、循环寿命、高倍率放电等性能。然提高了能量密度、循环寿命、高倍率放电等性能

23、。然而，开口式铅酸蓄电池有两个主要缺点：充电末期而，开口式铅酸蓄电池有两个主要缺点：充电末期水会分解为氢，氧气体析出，需经常加酸、加水，维水会分解为氢，氧气体析出，需经常加酸、加水，维护工作繁重；气体溢出时携带酸雾，腐蚀周围设备，护工作繁重；气体溢出时携带酸雾，腐蚀周围设备，并污染环境，限制了电池的应用。并污染环境，限制了电池的应用。 .202.1 2.1 铅酸蓄电池的发展历史铅酸蓄电池的发展历史19121912年年ThomasEdisonThomasEdison发表专利，提出在单体电池的上发表专利，提出在单体电池的上部空间使用铂丝，在有电流通过时，铂被加热，成为部空间使用铂丝，在有电流通过时

24、，铂被加热，成为氢、氧化合的催化剂，使析出的氢、氧化合的催化剂，使析出的H2H2与与O2O2重新化合，返重新化合，返回电解液中。但该专利未能付诸实现：铂催化剂很回电解液中。但该专利未能付诸实现：铂催化剂很快失效；气体不是按氢快失效；气体不是按氢2 2氧氧1 1的化学计量数析出，电的化学计量数析出，电池内部仍有气体发生；存在爆炸的危险。池内部仍有气体发生；存在爆炸的危险。 6060年代，美国年代，美国GatesGates公司发明铅钙合金，引起了公司发明铅钙合金，引起了密封铅酸蓄电池开发热，世界各大电池公司投入大量密封铅酸蓄电池开发热，世界各大电池公司投入大量人力物力进行开发。人力物力进行开发。

25、19691969年，美国登月计划实施，密封阀控铅酸蓄电年，美国登月计划实施，密封阀控铅酸蓄电池和镉镍电池被列入月球车用动力电源，最后镉镍电池和镉镍电池被列入月球车用动力电源，最后镉镍电池被采用，但密封铅酸蓄电池技术从此得到发展。池被采用，但密封铅酸蓄电池技术从此得到发展。.212.1 2.1 铅酸蓄电池的发展历史铅酸蓄电池的发展历史 1969-19701969-1970年，美国年，美国ECEC公司制造了大约公司制造了大约350,000350,000只小型密封铅酸蓄电池，该电池采用玻璃纤维棉隔只小型密封铅酸蓄电池，该电池采用玻璃纤维棉隔板，贫液式系统，这是最早的商业用阀控式铅酸蓄板，贫液式系统，

26、这是最早的商业用阀控式铅酸蓄电池，但当时尚未认识到其氧再化合原理。电池，但当时尚未认识到其氧再化合原理。 19751975年，年，GatesRutterGatesRutter公司在经过许多年努力并公司在经过许多年努力并付出高昂代价的情况下，获得了一项付出高昂代价的情况下，获得了一项D D型密封铅酸干型密封铅酸干电池的发明专利，成为今天电池的发明专利，成为今天VRLAVRLA的电池原型。的电池原型。 19791979年，年，GNBGNB公司在购买公司在购买GatesGates公司的专利后，公司的专利后，又发明了又发明了MFXMFX正板栅专利合金，开始大规模宣传并生正板栅专利合金，开始大规模宣传并

27、生产大容量吸液式密封免维护铅酸蓄电池。产大容量吸液式密封免维护铅酸蓄电池。 19841984年，年，VRLAVRLA电池在美国和欧洲得到小范围应电池在美国和欧洲得到小范围应用。用。 19871987年，随着电信业的飞速发展，年，随着电信业的飞速发展，VRLAVRLA电池在电池在电信部门得到迅速推广使用。电信部门得到迅速推广使用。 .222.2 2.2 铅酸蓄电池的定义铅酸蓄电池的定义阀控式铅酸蓄电池的定义阀控式铅酸蓄电池的定义 阀控式铅酸蓄电池的英文名称为阀控式铅酸蓄电池的英文名称为Valve Valve Regulated Lead Regulated Lead Battery(Batter

28、y(简称简称VRLAVRLA电池电池) )，其基本特点是使，其基本特点是使用期间不用加酸加水维护，电池为密封结用期间不用加酸加水维护，电池为密封结构，不会漏酸，也不会排酸雾，电池盖子构，不会漏酸，也不会排酸雾，电池盖子上设有单向排气阀上设有单向排气阀( (也叫安全阀也叫安全阀) )，该阀的，该阀的作用是当电池内部气体量超过一定值作用是当电池内部气体量超过一定值( (通常通常用气压值表示用气压值表示) )，即当电池内部气压升高到，即当电池内部气压升高到一定值时，排气阀自动打开，排出气体，一定值时，排气阀自动打开，排出气体，然后自动关阀，防止空气进入电池内部。然后自动关阀，防止空气进入电池内部。.

29、232.3 2.3 铅酸蓄电池的分类铅酸蓄电池的分类阀控式铅酸蓄电池的分类阀控式铅酸蓄电池的分类阀控式铅酸蓄电池分为阀控式铅酸蓄电池分为AGMAGM和和GELGEL（胶体）（胶体）电池两种，电池两种，AGMAGM采用吸附式玻璃纤维棉采用吸附式玻璃纤维棉(Absorbed GlassMat)(Absorbed GlassMat)作隔膜，电解液吸附作隔膜，电解液吸附在极板和隔膜中，贫电液设计，电池内无在极板和隔膜中，贫电液设计，电池内无流动的电解液流动的电解液, ,电池可以立放工作，也可以电池可以立放工作，也可以卧放工作；胶体（卧放工作；胶体（GELGEL）SiOSiO2 2作凝固剂，电作凝固剂，

30、电解液吸附在极板和胶体内，一般立放工作。解液吸附在极板和胶体内，一般立放工作。目前文献和会议讨论的目前文献和会议讨论的VRLAVRLA电池除非特别电池除非特别指明，皆指指明，皆指AGMAGM电池。电池。.242.4 2.4 阀控式铅酸蓄电池的原理阀控式铅酸蓄电池的原理 阀控式铅酸蓄电池的电化学反应原理阀控式铅酸蓄电池的电化学反应原理 n阀控式铅酸蓄电池的电化学反应原理就是充阀控式铅酸蓄电池的电化学反应原理就是充电时将电能转化为化学能在电池内储存起来，电时将电能转化为化学能在电池内储存起来，放电时将化学能转化为电能供给外系统。其放电时将化学能转化为电能供给外系统。其充电和放电过程是通过电化学反应

31、完成的。充电和放电过程是通过电化学反应完成的。1.1.充电过程中存在水分解反应，当正极充电到充电过程中存在水分解反应，当正极充电到7070时，开始析出氧气，负极充电到时，开始析出氧气，负极充电到9090时时开始析出氢气，由于氢氧气的析出，如果反开始析出氢气，由于氢氧气的析出，如果反应产生的气体不能重新复合得用，电池就会应产生的气体不能重新复合得用，电池就会失水干涸。失水干涸。.25早期的传统式铅酸蓄电池，由于氢氧气的早期的传统式铅酸蓄电池，由于氢氧气的析出及从电池内部逸出，不能进行气体的析出及从电池内部逸出，不能进行气体的再复合，是需经常加酸加水维护的重要原再复合，是需经常加酸加水维护的重要原

32、因。因。阀控式铅酸蓄电池能在电池内部对氧气再阀控式铅酸蓄电池能在电池内部对氧气再复合利用，同时抑制氢气的析出，克服了复合利用，同时抑制氢气的析出，克服了传统式铅酸蓄电池的主要缺点。传统式铅酸蓄电池的主要缺点。 2.4 2.4 阀控式铅酸蓄电池的原理阀控式铅酸蓄电池的原理 .26 2.42.4.1 .1 阀控式铅酸蓄电池的氧循环原理阀控式铅酸蓄电池的氧循环原理阀控式铅酸蓄电池采用负极活性物质过量阀控式铅酸蓄电池采用负极活性物质过量设计，设计，AGAG或或GELGEL电解液吸附系统，正极在充电解液吸附系统，正极在充电后期产生的氧气通过电后期产生的氧气通过AGMAGM或或GELGEL空隙扩散空隙扩散

33、到负极，与负极海绵状铅发生反应变成水，到负极，与负极海绵状铅发生反应变成水，使负极处于去极化状态或充电不足状态，使负极处于去极化状态或充电不足状态，达不到析氢过电位，所以负极不会由于充达不到析氢过电位，所以负极不会由于充电而析出氢气，电池失水量很小，故使用电而析出氢气，电池失水量很小，故使用期间不需加酸加水维护。期间不需加酸加水维护。 .27 2.42.4.1 .1 阀控式铅酸蓄电池的氧循环原理阀控式铅酸蓄电池的氧循环原理在阀控式铅酸蓄电池中，负极起着双重作在阀控式铅酸蓄电池中，负极起着双重作用，即在充电末期或过充电时，一方面极用，即在充电末期或过充电时，一方面极板中的海绵状铅与正极产生的板中

34、的海绵状铅与正极产生的O O2 2反应而被反应而被氧化成一氧化铅，另一方面是极板中的硫氧化成一氧化铅，另一方面是极板中的硫酸铅又要接受外电路传输来的电子进行还酸铅又要接受外电路传输来的电子进行还原反应，由硫酸铅反应成海绵状铅。原反应，由硫酸铅反应成海绵状铅。在电池内部，若要使氧的复合反应能够进在电池内部，若要使氧的复合反应能够进行，必须使氧气从正极扩散到负极。氧的行，必须使氧气从正极扩散到负极。氧的移动过程越容易，氧循环就越容易建立。移动过程越容易，氧循环就越容易建立。 .28 2.42.4.1 .1 阀控式铅酸蓄电池的氧循环原理阀控式铅酸蓄电池的氧循环原理在阀控式蓄电池内部，氧以两种方式传输

35、：在阀控式蓄电池内部，氧以两种方式传输：一是溶解在电解液中的方式，即通过在液相一是溶解在电解液中的方式，即通过在液相中的扩散，到达负极表面；二是以气相的形中的扩散，到达负极表面；二是以气相的形式扩散到负极表面。传统富液式电池中，氧式扩散到负极表面。传统富液式电池中，氧的传输只能依赖于氧在正极区的传输只能依赖于氧在正极区H H2 2S0S04 4溶液中溶溶液中溶解，然后依靠在液相中扩散到负极。解，然后依靠在液相中扩散到负极。如果氧呈气相在电极间直接通过开放的通道如果氧呈气相在电极间直接通过开放的通道移动，那么氧的迁移速率就比单靠液相中扩移动，那么氧的迁移速率就比单靠液相中扩散大得多。散大得多。

36、.29 2.42.4.1 .1 阀控式铅酸蓄电池的氧循环原理阀控式铅酸蓄电池的氧循环原理充电末期正极析出氧气，在正极附近有轻充电末期正极析出氧气，在正极附近有轻微的过压，而负极化合了氧，产生一轻微微的过压，而负极化合了氧，产生一轻微的真空，于是正、负间的压差将推动气相的真空，于是正、负间的压差将推动气相氧经过电极间的气体通道向负极移动。阀氧经过电极间的气体通道向负极移动。阀控式铅蓄电池的设计提供了这种通道，从控式铅蓄电池的设计提供了这种通道，从而使阀控式电池在浮充所要求的电压范围而使阀控式电池在浮充所要求的电压范围下工作，而不损失水。下工作，而不损失水。 .302.42.4.1 .1 阀控式铅

37、酸蓄电池的氧循环原理阀控式铅酸蓄电池的氧循环原理对于氧循环反应效率，对于氧循环反应效率，AGMAGM电池具有良好的电池具有良好的密封反应效率，在贫液状态下氧复合效率密封反应效率，在贫液状态下氧复合效率可达可达9999以上；胶体电池氧再复合效率相以上；胶体电池氧再复合效率相对小些，在干裂状态下，可达对小些，在干裂状态下，可达70-9070-90；富；富液式电池几乎不建立氧再化合反应，其密液式电池几乎不建立氧再化合反应，其密封反应效率几乎为零。封反应效率几乎为零。 .312.5 2.5 阀控式铅酸蓄电池的性能参数阀控式铅酸蓄电池的性能参数 一、开路电压与工作电压：一、开路电压与工作电压：1 11

38、1开路电压：电池在开路状态下的端电压称为开路开路电压：电池在开路状态下的端电压称为开路电压。电池的开路电压等于电池的正极的电极电电压。电池的开路电压等于电池的正极的电极电势与负极电极电势之差。势与负极电极电势之差。1 12 2工作电压：工作电压指电池接通负载后在放电过工作电压：工作电压指电池接通负载后在放电过程中显示的电压，又称放电电压。在电池放电初程中显示的电压，又称放电电压。在电池放电初始的工作电压称为初始电压。始的工作电压称为初始电压。 电池在接通负载后，由于欧姆电阻和极化过电电池在接通负载后，由于欧姆电阻和极化过电位的存在，电池的工作电压低于开路电压。位的存在，电池的工作电压低于开路电

39、压。 .322.5 2.5 阀控式铅酸蓄电池的性能参数阀控式铅酸蓄电池的性能参数 二、容量：二、容量： 电池在一定放电条件下所能给出的电电池在一定放电条件下所能给出的电量称为电池的容量，以符号量称为电池的容量，以符号C C表示。常用的表示。常用的单位为安培小时，简称安时单位为安培小时，简称安时( (Ah)Ah)或毫安时或毫安时( (mAh)mAh)。电池的容量可以分为理论容量，额电池的容量可以分为理论容量，额定容量，实际容量。定容量，实际容量。 .332.5 2.5 阀控式铅酸蓄电池的性能参数阀控式铅酸蓄电池的性能参数 理论容量是把活性物质的质量按法拉第定律计算理论容量是把活性物质的质量按法拉

40、第定律计算而得的最高理论值。为了比较不同系列的电池，常用而得的最高理论值。为了比较不同系列的电池，常用比容量的概念，即单位体积或单位质量电池所能给出比容量的概念，即单位体积或单位质量电池所能给出的理论电量，单位为的理论电量，单位为Ah/1Ah/1或或Ah/kgAh/kg。 实际容量是指电池在一定条件下所能输出的电量。实际容量是指电池在一定条件下所能输出的电量。它等于放电电流与放电时间的乘积，单位为它等于放电电流与放电时间的乘积，单位为AhAh，其值其值小于理论容量。小于理论容量。 额定容量也叫保证容量，是按国家或有关部门颁额定容量也叫保证容量，是按国家或有关部门颁布的标准，保证电池在一定的放电

41、条件下应该放出的布的标准，保证电池在一定的放电条件下应该放出的最低限度的容量。最低限度的容量。.342.5 2.5 阀控式铅酸蓄电池的性能参数阀控式铅酸蓄电池的性能参数 三、内阻：电池内阻包括欧姆内阻和极化内阻，极化内三、内阻：电池内阻包括欧姆内阻和极化内阻，极化内阻又包括电化学极化与浓差极化。内阻的存在，使电阻又包括电化学极化与浓差极化。内阻的存在，使电池放电时的端电压低于电池电动势和开路电压，充电池放电时的端电压低于电池电动势和开路电压，充电时端电压高于电动势和开路电压。时端电压高于电动势和开路电压。 电池的内阻不是常数，在充放电过程中随时间不电池的内阻不是常数，在充放电过程中随时间不断变

42、化，因为活性物质的组成、电解液浓度和不断地断变化，因为活性物质的组成、电解液浓度和不断地改变。改变。 欧姆电阻遵守欧姆定律；极化电阻随电流密度增欧姆电阻遵守欧姆定律；极化电阻随电流密度增加而增大，但不是线性关系，常随电流密度和温度都加而增大，但不是线性关系，常随电流密度和温度都在不断地改变。在不断地改变。.352.5 2.5 阀控式铅酸蓄电池的性能参数阀控式铅酸蓄电池的性能参数 四、能量：四、能量： 电池的能量是指在一定放电制度下，蓄电池所能给电池的能量是指在一定放电制度下，蓄电池所能给出的电能，通常用瓦时出的电能，通常用瓦时( (Wh) )表示。表示。 电池的能量分为理论能量和实际能量。理论

43、能量电池的能量分为理论能量和实际能量。理论能量W理理可用理论容量和电动势可用理论容量和电动势( (E) )的乘积表示，即：的乘积表示，即： W理理= =C理理E 实际能量为一定放电条件下的实际容量实际能量为一定放电条件下的实际容量C实实与平均与平均工作电压工作电压U平平的乘积，即：的乘积，即： W实实= =C实实U平平.362.5 2.5 阀控式铅酸蓄电池的性能参数阀控式铅酸蓄电池的性能参数 常用比能量来比较不同的电池系统。比能量是指常用比能量来比较不同的电池系统。比能量是指电池单位质量或单位体积所能输出的电能，单位分电池单位质量或单位体积所能输出的电能，单位分别是别是Wh/ /kg或或Wh/

44、l/l。 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l lkg电池反应物质完全放电时理论上所能输出的能量。电池反应物质完全放电时理论上所能输出的能量。 实际比能量为实际比能量为l lkg电池反应物质所能输出的实际电池反应物质所能输出的实际能量。能量。 由于各种因素的影响，电池的实际比能量远小于由于各种因素的影响，电池的实际比能量远小于理论比能量。理论比能量。.372.5 2.5 阀控式铅酸蓄电池的性能参数阀控式铅酸蓄电池的性能参数 由于各种因素的影响，电池的实际比能量远小于由于各种因素的影响，电池的实际比能量远小于理论比能量。实际比能量和理论比能量的关

45、系可表示理论比能量。实际比能量和理论比能量的关系可表示为：为： W实实W理理KVKRKm 式中式中KV - -电压效率；电压效率；KR - -反应效率；反应效率；Km质量效率。质量效率。 电压效率是指电池的工作电压与电动势的比值。电压效率是指电池的工作电压与电动势的比值。电池放电时，由于电化学极化、浓差极化和欧姆压降，电池放电时，由于电化学极化、浓差极化和欧姆压降，工作电压小于电动势。反应效率表示活性物质的利用工作电压小于电动势。反应效率表示活性物质的利用率。率。 电池的比能量是综合性指标，反映电池的质量水平。电池的比能量是综合性指标，反映电池的质量水平。.382.5 2.5 阀控式铅酸蓄电池

46、的性能参数阀控式铅酸蓄电池的性能参数 五、功率与比功率：五、功率与比功率： 功率是指电池在一定放电制度下，于单位时间内所功率是指电池在一定放电制度下，于单位时间内所给出能量的大小，单位为给出能量的大小，单位为W( (瓦瓦) )或或kW( (千瓦千瓦) )。 单位质量电池所能给出的功率称为比功率，单位为单位质量电池所能给出的功率称为比功率，单位为W/kg或或kW/kg。比功率是电池重要的性能指标之一。电比功率是电池重要的性能指标之一。电池的比功率大，表示它可以承受大电流放电。池的比功率大，表示它可以承受大电流放电。 蓄电池的比能量和比功率性能是电池选型时的重要蓄电池的比能量和比功率性能是电池选型

47、时的重要参数。因为电池要与用电的仪器、仪表、电动机器等互参数。因为电池要与用电的仪器、仪表、电动机器等互相配套，为了满足要求，首先要根据用电设备要求的功相配套，为了满足要求，首先要根据用电设备要求的功率大小来选择电池类型。率大小来选择电池类型。 最终确定选用电池的类型要综合考虑质量、体积，最终确定选用电池的类型要综合考虑质量、体积，比能量、使用的温度范围和价格等因素。比能量、使用的温度范围和价格等因素。.392.5 2.5 阀控式铅酸蓄电池的性能参数阀控式铅酸蓄电池的性能参数 六、电池的使用寿命：六、电池的使用寿命： 在规定条件下，电池的有效寿命期限称为电池的在规定条件下，电池的有效寿命期限称

48、为电池的使用寿命。使用寿命。 蓄电池发生内部短路或损坏而不能使用，以及容蓄电池发生内部短路或损坏而不能使用，以及容量达不到规范要求时蓄电池使用失效，这时电池的量达不到规范要求时蓄电池使用失效，这时电池的使用寿命终止。使用寿命终止。 蓄电池的使用寿命包括使用期限和使用周期。使蓄电池的使用寿命包括使用期限和使用周期。使用期限指蓄电池可供使用的时间，包括蓄电池的存用期限指蓄电池可供使用的时间，包括蓄电池的存放时间。使用周期指蓄电池可供重复使用的次数。放时间。使用周期指蓄电池可供重复使用的次数。.402.6 2.6 阀控式铅酸蓄电池的自放电阀控式铅酸蓄电池的自放电 1.1.自放电的原因：自放电的原因：

49、 自放电指电池在存储期间容量降低的现象。电池自放电指电池在存储期间容量降低的现象。电池开路时由于自放电使电池容量损失。开路时由于自放电使电池容量损失。 自放电通常主要在负极，因为负极活性物质为较自放电通常主要在负极，因为负极活性物质为较活泼的海绵状铅电极，在电解液中其电势比氢负，活泼的海绵状铅电极，在电解液中其电势比氢负，可发生置换反应。若在电极中存在着析氢过电位低可发生置换反应。若在电极中存在着析氢过电位低的金属杂质，这些杂质和负极活性物质能腐蚀电池，的金属杂质，这些杂质和负极活性物质能腐蚀电池，结果负极金属自溶解，并伴有氢气析出，从而容量结果负极金属自溶解，并伴有氢气析出，从而容量减少。在

50、电解液中杂质起着同样的有害作用。一般减少。在电解液中杂质起着同样的有害作用。一般正极的自放电不大。正极为强氧化剂，若在电解液正极的自放电不大。正极为强氧化剂，若在电解液中或隔膜上存在易于被氧化的杂质，也会引起正极中或隔膜上存在易于被氧化的杂质，也会引起正极活性物质的还原，从而减少容量。活性物质的还原，从而减少容量。.412.6 2.6 阀控式铅酸蓄电池的自放电阀控式铅酸蓄电池的自放电 2.2.自放电率自放电率 自放电率用单位时间容量降低的百分数表示。自放电率用单位时间容量降低的百分数表示。 式中：式中：Ca-Ca-电池存贮前的容量电池存贮前的容量( (Ah)Ah) Cb- Cb-电池存贮后的容

51、量电池存贮后的容量( (Ah)Ah) T T一电池贮存的时间，常用天、月计算。一电池贮存的时间，常用天、月计算。 00100TCCCaba.422.7 2.7 阀控式铅酸蓄电池的安全阀阀控式铅酸蓄电池的安全阀 安全阀是阀控电池的一个关键部件，安全阀质量的好坏直接影响电安全阀是阀控电池的一个关键部件，安全阀质量的好坏直接影响电池使用寿命，均匀性和安全性。根据有关标准和阀控电池的使用情况，池使用寿命，均匀性和安全性。根据有关标准和阀控电池的使用情况，安全阀应满足如下技术条件：安全阀应满足如下技术条件： 单向开阀；单向开阀； 单向密封，可防止空气进入电池内部；单向密封，可防止空气进入电池内部； 同一

52、组电池各安全阀之间的开闭压力之差不应超过平均值的同一组电池各安全阀之间的开闭压力之差不应超过平均值的2020； 寿命不应低于寿命不应低于1515年；年； 滤酸，可防止酸和酸雾从安全阀排气口排出；滤酸，可防止酸和酸雾从安全阀排气口排出； 隔爆，电池外部遇明火时电池内部不应引爆；隔爆，电池外部遇明火时电池内部不应引爆； 抗震，在运输和使用期间，安全阀不会因震动和多次开闭而松动失抗震，在运输和使用期间，安全阀不会因震动和多次开闭而松动失效；效； 耐酸；耐酸； 耐高、低温。耐高、低温。目前市场使用的安全阀主要有：柱式、帽式和伞形安全阀目前市场使用的安全阀主要有：柱式、帽式和伞形安全阀 .43 2.8

53、2.8 对阀控式铅酸蓄电池容量的影响因素对阀控式铅酸蓄电池容量的影响因素1 1、放电率对电池容量的影响：、放电率对电池容量的影响： 铅酸蓄电池的容量随放电倍率增大而降低。铅酸蓄电池的容量随放电倍率增大而降低。 在考虑铅酸蓄电池的容量时，必须指明放电的时率在考虑铅酸蓄电池的容量时，必须指明放电的时率或倍率。电池容量随放电时率或倍率不同而不同。或倍率。电池容量随放电时率或倍率不同而不同。 放电倍率越高，放电电流密度越大，电流在电极上放电倍率越高，放电电流密度越大，电流在电极上分布越不均匀，电流优先分布在离主体电解液最近的表分布越不均匀，电流优先分布在离主体电解液最近的表面上，从而在电极的最外表面优

54、先生成面上，从而在电极的最外表面优先生成PbSO4。于是放电于是放电产物硫酸铅堵塞多孔电极的孔口，电解液不能充分供应产物硫酸铅堵塞多孔电极的孔口，电解液不能充分供应电极内部反应的需要，电极内部物质不能得到充分利用，电极内部反应的需要，电极内部物质不能得到充分利用，因而高倍率放电时容量降低。因而高倍率放电时容量降低。 .44 2.8 2.8 对阀控式铅酸蓄电池容量的影响因素对阀控式铅酸蓄电池容量的影响因素2 2、 温度对电池容量的影响温度对电池容量的影响 环境温度对电池的容量影响很大，随着环境温度的环境温度对电池的容量影响很大，随着环境温度的降低容量减小。环境温度变化降低容量减小。环境温度变化1

55、1时的电池容量变化称为时的电池容量变化称为容量的温度系数。容量的温度系数。 根据国家标准，如环境温度不是根据国家标准，如环境温度不是2525，则需将实测，则需将实测容量按以下公式换算成容量按以下公式换算成2525基准温度基准温度 时的实际容量时的实际容量Ce，其值应符合标准。其值应符合标准。 公式中：公式中：t是放电时的环境温度是放电时的环境温度 K是温度系数，是温度系数，1010hr的容量实验时的容量实验时K=0.006/=0.006/，3 3hr的的容量实验时容量实验时K=0.008/=0.008/，1 1hr的容量实验时的容量实验时K=0.01/=0.01/CtKCCte0251.45

56、2.9 2.9 阀控式铅酸蓄电池的安装注意事项阀控式铅酸蓄电池的安装注意事项1 1、不能将容量、性能和新旧程度不同的电池连在一起使用。、不能将容量、性能和新旧程度不同的电池连在一起使用。2 2、连接螺丝必须拧紧，脏污和松散的连接会引起电池打火、连接螺丝必须拧紧，脏污和松散的连接会引起电池打火爆炸，因此要仔细检查。爆炸，因此要仔细检查。3 3、安装末端连接线和导通电池系统前，应再次检查系统的、安装末端连接线和导通电池系统前，应再次检查系统的总电压和极性连接，以保证正确接线。总电压和极性连接，以保证正确接线。4 4、由于电池组电压较高，存在着电击的危险，因此装卸、由于电池组电压较高，存在着电击的危

57、险，因此装卸、连接时应使用绝缘工具与防护，防止短路。连接时应使用绝缘工具与防护，防止短路。5 5、电池不要安装在密闭的设备和房间内，应有良好通风，、电池不要安装在密闭的设备和房间内，应有良好通风，最好安装空调。电池要远离热源和易产生火花的地方；要最好安装空调。电池要远离热源和易产生火花的地方；要避免阳光直射。避免阳光直射。.46 2.10 2.10 阀控式铅酸蓄电池的其他问题阀控式铅酸蓄电池的其他问题1 1、运行充电：、运行充电：蓄电池荷电出厂，由于自放电，投运前要作补充。蓄电池荷电出厂，由于自放电，投运前要作补充。 2 2、浮充充电：、浮充充电：蓄电池在现场的工作方式主要是浮充工作制，在使用

58、蓄电池在现场的工作方式主要是浮充工作制，在使用中将蓄电池组和整流器设备并接在负载回路。中将蓄电池组和整流器设备并接在负载回路。3 3、均充电压和频率：、均充电压和频率：当电池浮充电压偏低或电池放电后需要再充当电池浮充电压偏低或电池放电后需要再充电或电池组容量不足时，需要对电池组进行均衡充电，合适的均电或电池组容量不足时，需要对电池组进行均衡充电，合适的均充电压和均充频率是保证电池长寿命的基础。充电压和均充频率是保证电池长寿命的基础。4 4、蓄电池充电注意事项：、蓄电池充电注意事项：电池在安装后及放电后应及时进行充电，电池在安装后及放电后应及时进行充电，避免过放电或欠充而造成容量下降。避免过放电

59、或欠充而造成容量下降。 5 5、相比同类产品的优势：、相比同类产品的优势：(1) (1) 技术领先技术领先 (2) (2)安全可靠安全可靠 结构、体积比能量结构、体积比能量 、重量比能量、寿命、重量比能量、寿命 正常浮充寿命大于正常浮充寿命大于1010年，北京市话局、上海市话局、内蒙元宝年，北京市话局、上海市话局、内蒙元宝山电厂已使用十年以上，目前容量仍达山电厂已使用十年以上，目前容量仍达100100。 .47三、超导磁储能系统三、超导磁储能系统 Superconducting Magnetic Energy Storage.48三、超导磁储能系统三、超导磁储能系统超导磁储能超导磁储能（SME

60、S）是）是利用超导磁体储利用超导磁体储存能量时所具有的低损耗和快速响应存能量时所具有的低损耗和快速响应（100ms100ms）的能力，通过电力电子变流）的能力，通过电力电子变流器与电力系统连接，组成既能储存电能器与电力系统连接，组成既能储存电能（整流方式）又能释放电能（逆变方式）（整流方式）又能释放电能（逆变方式）的快速响应装置。的快速响应装置。SMES是把电能存储在超导线圈中并以磁是把电能存储在超导线圈中并以磁场能形式储存的储能设备。场能形式储存的储能设备。.493.1 SMES的优点的优点 SMESSMES具备的优点：具备的优点：可长期无损耗地重复储存能量，转换效率可可长期无损耗地重复储存