第3章 光伏蓄电 池

1、 光伏光伏蓄电池蓄电池电能电能化学化学能能 光伏发电发电系统统中，蓄电电池是重要组组成部件。由于太阳阳光变变化无常，光伏发电发电系统统的功率输输出也变变化无常，因此光伏发电发电系统产统产生的电电能需要蓄电电池进进行储储存和调节调节。 在日照不足发电发电很少或需要维维修光伏发电发电系统时统时，蓄电电池也能够够提供相对稳对稳定的电电能。蓄电电池的投资资占系统总统总投资资的20%25%。蓄电电池的合理选择选择、正确使用和维护维护等，是光伏发电发电系统设计统设计和运运行、管理中至关关重要的问题问题。 4.1 光伏蓄电池概述光伏蓄电池概述4.1.1 蓄电电池简简介 化学电学电池是将将化学学能转换为电转换

2、为电能的装置，分为为原电电池和蓄电电池两两大类类。 原电电池的活性物质质只能利用一次，放完电电后废废弃，又称称一次电电池。蓄电电池放电电后可以用与与放电电电电流相反的电电流进进行充电电，重新获获得复复原而再次使用，又称称二次电电池，能量转换转换过过程是可逆的。电电能 化学学能4.1 光伏蓄电池概述光伏蓄电池概述4.1.1 蓄电电池简简介 蓄电电池的分类类：铅铅酸蓄电电池；镉镍镉镍（NiCd）蓄电电池；氢氢镍镍（NiMH）蓄电电池；锂锂离子（Liion）蓄电电池。 蓄电电池的主要技术术指标标：1. 工作电压电压，放电电曲线线上的平台电压电压；2. 蓄电电池容量，常用安时时（A h）或毫安时时（m

3、A h）表示；3. 工作温区温区，正常放电温电温度范围围；4. 循环寿环寿命，正常工作的充、放电电次数数。 蓄电电池的特性曲线线：充电电曲线线；放电电曲线线；充放电电循环环曲线线；温温度曲线线；储储存曲线线；等 光伏发电发电系统统使用最普遍的是阀阀控密封式铅铅酸蓄电电池（Valve-Regulated Lead Acid Battery，VRLA）。 4.1 光伏蓄电池概述光伏蓄电池概述4.1.2 铅铅酸蓄电电池的基本概概念 （1）单单体蓄电电池单单体蓄电电池指蓄电电池的最小单单元（格）。 （2）蓄电电池组组 蓄电电池组组由单单体蓄电电池串联联和并联组并联组成，以满满足存储储大容量电电能的需要

4、。其作用是储储存太阳电阳电池方阵发阵发出的电电能并随时并随时向负载负载供电电。 （3）电电池充电电电电池充电电是外电电路给给蓄电电池供电电，使电电池内发内发生化学学反应应，从从而把电电能转转化成化学学能而储储藏起来来的操作。 （4）过过充电电过过充电电是对对完全充电电的蓄电电池或蓄电电池组继续组继续充电电。4.1 光伏蓄电池概述光伏蓄电池概述5）热热失控 热热失控是指蓄电电池在恒压压充电电时时充电电电电流和电电池温温度发发生一种种积积累性的增强作用并并逐步损损坏蓄电电池现现象。 VRLA蓄电电池过过充时时正极产极产生的大量氧气氧气在负极复负极复合，复复合反应产应产生的热热使蓄电电池温温度进进一

5、步升高。温温度升高又使电电池内内阻下降，导导致浮充电电流增大。这样这样，增大的浮充电电流使蓄电电池温温度升高，升高的温温度又使浮充电电流增大，如此反复复形成恶恶性循环环热热失控。 VRLA铅铅酸蓄电电池“热热失控”故障的原因： 电电池失水； 单单格电电池提前失效故障； 充电电器与铅与铅酸蓄电电池组组不匹配（充电电压过电电压过高 ）； 电电池的氧氧循环气环气路过过于畅畅通。4.1 光伏蓄电池概述光伏蓄电池概述（6）放电电在规规定的条条件下，电电池向外电电路输输出电电能的过过程。 （7）活性物质质在电电池放电时发电时发生化学学反应从应从而产产生电电能的物质质，或者说说是正极极和负极储负极储存电电能

6、的物质统称为质统称为活性物质质。（8）板极极硫化电电池放电电后未及时时充电电，或长时长时期处处于半放电电或充电电不足，甚至过过充电电情况况下或者长时间长时间充电电和放电电都会会形成难难溶的PbSO4晶体，无法恢复复原来来的状态状态板极极硫化。板极极硫化导导致充电电困难难或电电池失效。 4.1 4.1 光伏蓄电池概述光伏蓄电池概述 （9）容量 容量是在规规定的放电条电条件下电电池输输出的电电荷。其单单位常用安时时(Ah)表示。 能量和比能量 能量 蓄电电池的能量是指在一定放电电制下，蓄电电池所能给给出的能量，通常用W表示，其单单位为为瓦时时（W h）。 理论论能量可以用理论论容量和电动势电动势的

7、乘积积表示； 实际实际能量为为一定放电条电条件下的实际实际容量与与平均工作电压电压的乘积积。 比能量 蓄电电池的比能量是单单位体积积或单单位重量（质质量）的蓄电电池所给给出的能量，分别称为别称为体积积比能量(W h/L)和重量比能量（W h/kg）。 4.1 光伏蓄电池概述光伏蓄电池概述 功率和比功率 功率 蓄电电池的功率是指蓄电电池在一定放电电制下，在单单位时间内时间内所给给出的能量的大小，通常用P表示，单单位为为瓦（W）。 理论论功率为为一定放电条电条件下的放电电电电流与与蓄电电池电动势电动势的乘积积; 实际实际功率为为一定放电条电条件下的放电电电电流与与平均工作电压电压的乘积积。 比功率

8、 是指单单位体积积或单单位质质量的蓄电电池输输出功率，分别称为别称为体积积比功率（W /L）和质质量比功率（W /kg）。 比功率是蓄电电池的重要的技术术性能指标标，蓄电电池的比功率大，表示它它承受大电电流放电电的能量强。4.1 光伏蓄电池概述光伏蓄电池概述 （10）相对对密度相对对密度是指电电解液与与水的密度的比值值，用来检验电来检验电解液的强度。相对对密度与温与温度变变化有关关。25时时，满满充的电电池电电解液相对对密度值为值为1.265。密封式电电池，相对对密度值值无法测测量。纯纯酸溶液的密度为为1.835g/cm3，完全放电电后降至1.l20g/cm3。 大部分铅铅酸电电池的密度在1.

9、11.3 g/cm3范围内围内，满满充之后一般为为1.231.3 g/cm3。 高温温或者低温温中的电电池，相对对密度也会会受影响响。4.1 光伏蓄电池概述光伏蓄电池概述 （11）运运行温温度 温温度对电对电池性能影响响很大。 电电池运运行一段时间时间，就感到烫烫手，铅铅酸电电池具有很强的发热发热性。当运当运行温温度超过过25，每升高10，铅铅酸电电池的使用寿寿命就减减少50%。所以电电池的最高运运行温温度应应比外界低，运运行温温度变变化超过过 5时应带时应带温温度补偿补偿充电电措施。电电池温温度传传感器应应安装在阳极阳极上，且与与外界绝缘绝缘。4.2 铅酸蓄电池结构和工作原理铅酸蓄电池结构和

10、工作原理4.2.1 铅铅酸蓄电电池的结构结构 结构结构：铅铅蓄电电池由正极极板、负极负极板、隔板、电电槽及电电解液组组成。 活性物质质： 正极极，PbO2， 负极负极，Pb； 电电解液：H2SO4 电电化学学反应应同时时， e、H、HSO4 不断产断产生，不断断复复合。图图4-1 VRLA蓄电池的基本结构蓄电池的基本结构4.2 铅酸蓄电池结构和工作原理铅酸蓄电池结构和工作原理 1.极极板极极板由板栅栅和活性物质组质组成。板栅栅是极极板的骨架，用于支撑活性物质质，传导电传导电流。 （1）正极极板(阳极阳极)阳极阳极指发发生氧氧化反应应的电极电极。铅铅酸蓄电电池的阳极阳极板就是正极极。它它是以结结

11、晶细细密、疏松多孔的二氧氧化铅铅作为储为储存电电能的活性物质质，正常为红为红褐色，铅铅酸蓄电电池的每个单个单元也分正极极和负极负极，阳极阳极是放电时电时的负极负极，充电时电时的正极极。（2）负极负极板(阴极阴极)负极负极指发发生还还原反应应的电极电极。负极负极板是放电时电时的正极极，充电时电时的负极负极。负极负极(阴极阴极板)是以海绵状绵状的金属铅属铅作为储为储存电电能的物质质，正常为为灰色。4.2 铅酸蓄电池结构和工作原理铅酸蓄电池结构和工作原理 2.隔板在电电池两极两极板组间插组间插入的隔离物，防止正、负极负极板相互接触触而发发生短路和活性物质脱质脱落。 隔板由防止渗透离子的材料制成，主要

12、有AGM（超细细玻璃纤维纤维）隔板和PVC-SiO2隔板两类两类 3.容器容器用于盛装电电解液和支撑极极板， 硬橡胶胶式及塑料槽。4.电电解液含有可移动动离子，具有离子导电导电性的液体或固体物质质叫做电电解液。一般为为稀硫酸，有一部分做成胶胶体。 电电解液在铅铅酸蓄电电池中的作用是：参参加电电化学学反应应；溶液正、负负离子的传导传导体；极极板温温升的热扩热扩散体。4.2 铅酸蓄电池结构和工作原理铅酸蓄电池结构和工作原理4.2.2铅铅酸蓄电电池的工作原理铅铅酸蓄电电池由两组极两组极板插插入稀硫酸溶液中构构成。电极电极在完成充电电后，正极极板为为二氧氧化铅铅，负极负极板为为海绵状铅绵状铅。放电电后

13、，在两极两极板上都产产生细细小而松软软的硫酸铅铅，充电电后又恢复为复为原来来物质质。 铅铅酸蓄电电池在充电电和放电过电过程中的可逆反应应理论论比较复杂较复杂，目前公认认的是“双双硫酸化理论论”，其含义义：放电时电时，两电极两电极的有效物质质和硫酸发发生作用，均转转化为为硫酸化合物硫酸铅铅；充电时电时，又恢复为复为原来来的铅铅和二氧氧化铅铅，如图图4-1（b）所示。 4.2 铅酸蓄电池结构和工作原理铅酸蓄电池结构和工作原理 1.铅铅酸蓄电电池电动势电动势的产产生铅铅酸蓄电电池充电电后，正极极板的PbO2在硫酸溶液中水分子的作用下，少量与与水生成可离解的不稳稳定物质质氢氧氢氧化铅铅(Pb(OH)4

14、)，氢氧氢氧根离子在溶液中，铅铅离子（Pb4+ ）留在正极极板上，因此正极极板上缺少电电子。同时负极时负极板的Pb与电与电解液中的H2SO4发发生反应应，变变成铅铅离子（Pb2+），铅铅离子转转移到电电解液中，负极负极板上留下多余的两个电两个电子(2e)。可见见，在未接通外电电路时时（电电池开开路），由于化学学作用，正极极板上缺少电电子，负极负极板上多余电电子，两极两极板间间就产产生了一定的电电位差，这这就是电电池的电动势电动势。铅铅酸蓄电电池单单体（格）的电动势为电动势为2.0V。4.2 铅酸蓄电池结构和工作原理铅酸蓄电池结构和工作原理 2.铅铅酸蓄电电池充、放电过电过程的电电化学学反应应

15、蓄电电池充、放电时电时，正极极、负极负极活性物质质和电电解液同时时参参加化学学反应应。铅铅酸蓄电电池充、放电电化学学反应应的方程式如下: 正极极 电电解液 负极负极 正极极 水 负极负极放电过电过程：PbO2 + 2H2SO4 + Pb PbSO4+2H2O+PbSO4充电过电过程：PbO2 + 2H2SO4 + Pb PbSO4+2H2O+PbSO4 化学学反应应的同时时，有电电子和离子的产产生。 正极极：PbO2+H2SO4PbSO4+H2O 负极负极：Pb+H2SO4PbSO4+H2 总总反应应：PbO2+2H2SO4+Pb 2PbSO4+2H2O 4.2 铅酸蓄电池结构和工作原理铅酸蓄

16、电池结构和工作原理 铅铅酸蓄电电池在充、放电过电过程伴随随着的副反应为应为2H2O 2H2+ O22Pb+ O2 2PbOPbO+H2SO4 PbSO4 +H2O 该该反应应使电电池中水分逐渐损渐损失，需不断补断补充纯纯水才能保持正常使用。 4.2 铅酸蓄电池结构和工作原理铅酸蓄电池结构和工作原理4.2.3 铅铅酸蓄电电池的分类类和命名 1.铅铅酸蓄电电池的分类类 （1）按照电电解液数数量和电电池槽结构结构分类类 传统开传统开口式铅铅酸蓄电电池：开开口半密封式结构结构，电电解液处处于富液状态状态，使用过过程中需要加水调节调节酸密度； 阀阀控密封式铅铅酸蓄电电池（Valve-Regulated

17、Lead Acid Battery，VRLA）：全密封式结构结构，电电解液为贫为贫液状态状态，使用过过程中不需要进进行加水或加酸维护维护“免维护维护”。 AGM电电池：主要采用AGM（玻璃纤维纤维）隔板，电电解液被吸附在隔板孔隙内内； GEL电电池：主要采用PVC-SiO2隔板，电电解质为质为已经经凝胶胶的胶胶体电电解质质。 4.2 铅酸蓄电池结构和工作原理铅酸蓄电池结构和工作原理 （2）按照电电池的用途分类类 循环环和启动启动使用电电池：铁铁路电电池、汽车电车电池、太阳阳能电电池、电动车电电动车电池、牵牵引电电池等类类型。 浮充使用电电池：浮充电电池主要是后备电备电池。（3）按照电电池的使用

18、环环境分类类 固定型电电池：主要用于后备电备电源，广泛用于邮电邮电、电电站和医医院等，最大要求是安全可靠，因其使用固定在一地方，重量不是关键问题关键问题。 移动动型电电池：主要有内内燃机车车用电电池、铁铁路客车车用电电池、摩托车车用电电池、电动电动汽车车及牵牵引车车用电电池等。4.2 铅酸蓄电池结构和工作原理铅酸蓄电池结构和工作原理 2.蓄电电池的命名方法、型号组号组成及其代表意义义 蓄电电池名称称由单单体蓄电电池格数数、型号号、额额定容量、电电池功能或形状状等组组成(图图4-2)。当单当单体蓄电电池格数为数为1时时(2V)省略，6V、12V分别为别为3和6。各公司的产产品型号号有不同的解释释

19、，但产产品型号号中的基本含义义相同。表4-3为为常用字母的含义义。图图4-2 蓄电池名称的组成蓄电池名称的组成 4.2 铅酸蓄电池结构和工作原理铅酸蓄电池结构和工作原理表4-3 蓄电电池常用字母的含义义 代号号拼拼音汉汉字全称称备备注GGu固固定型F Fa阀阀阀阀控式MMi密密封JJiao胶胶胶胶体DDong动动动动力型DC系列电电池用NNei内内内内燃机车车用TTie铁铁铁铁路客车车用DDian电电电电力机车车用TS系列电电池用 例：例：GFM-500，1个单体，个单体，G为固定型，为固定型，F为阀控式，为阀控式，M为密封，为密封，500为为10小时率的额定容量；小时率的额定容量；6-GFM

20、J-100，6为为6个单体，电压个单体，电压12V，G为固定为固定型，型，F为阀控式，为阀控式，M为密封，为密封，J为胶体，为胶体，100为为10小时率的额定容量。小时率的额定容量。 4.2 铅酸蓄电池结构和工作原理铅酸蓄电池结构和工作原理表4-4 12V系列免维护铅维护铅酸蓄电电池电电池型号号额额定电压电压(V) 额额定容量 (A h)最大外形尺寸（mm)参参考重量(kg)长长宽宽高总总高6-GFM-40124019816617017012.56-GFM-551255229138208213166-GFM-65126533117517517821.56-GFM-751275259169220

21、230246-GFM-901290331175225227296-GFM-10012100331174225243326-GFM-12012120407173208213376-GFM-15012150483170241241436-GFM-20012200522240219244624.2 铅酸蓄电池结构和工作原理铅酸蓄电池结构和工作原理表4-5 12V系列胶胶体蓄电电池电电池型号号标标准电压电压（V）20HR容量（A h）最大外形尺寸（mm）参参考重量(kg)长长宽宽高总总高6-GFMJ-40124019816617017013.56-GFMJ-551255230140215225176-

22、GFMJ-65126535016717818522.86-GFMJ-751275260170215230256-GFMJ-85128533117521624029.56-GFMJ-1001210033117521624033.56-GFMJ-1201212040517521823537.16-GFMJ-1501215048017021524146.86-GFMJ-20012200525240215245644.2 铅酸蓄电池结构和工作原理铅酸蓄电池结构和工作原理4.2.4 蓄电电池的性能参数参数（铅铅酸蓄电电池）1.蓄电电池的电压电压 （1）蓄电电池电动势电动势（E） 蓄电电池的电动势电动势在

23、数值数值上等于蓄电电池达达到稳稳定时时的开开路电压电压，它它是由蓄电电池电极电极的活性物质与电质与电解质质的电电化学学特性决决定的。 铅铅酸蓄电电池的电动势与电动势与硫酸密度的关关系如图图4-3所示。由图图可知，硫酸密度增加（在硫酸密度为为1.051.300g/cm3范围围时时），蓄电电池电动势电动势的值值也相应应增加，呈线线性关关系。 图图4-3 蓄电池电动势与硫酸密度的关系蓄电池电动势与硫酸密度的关系4.2 铅酸蓄电池结构和工作原理铅酸蓄电池结构和工作原理 （1）蓄电电池电动势电动势（E） 蓄电电池的电动势电动势可以从从下面近似公式得出E0.85+d （4-1）式中，0.85为为VRLA蓄

24、电电池的电动势电动势常数数；d为电为电解液的比重，单单位采用g/cm3。 图图4-3 蓄电池电动势蓄电池电动势与硫酸密度的关系与硫酸密度的关系4.2 铅酸蓄电池结构和工作原理铅酸蓄电池结构和工作原理 （2）开开路电压电压（Uk） 蓄电电池的开开路电压电压是蓄电电池在开开路状态状态（无电电流状态状态）下的端电压电压。UkEz Ef （4-2）式中， Ez为为蓄电电池正极电极电位；Ef为为蓄电电池负极电负极电位。 蓄电电池达达到稳稳定时时的开开路电压电压在数值数值上等于蓄电电池的电电动势动势，也可由UkE0.85+d近似得出。4.2 铅酸蓄电池结构和工作原理铅酸蓄电池结构和工作原理 （3）工作电压

25、电压（U） 蓄电电池的工作电压电压是指蓄电电池接通负负荷后在放电过电过程中显显示的端电压电压，又称称负负荷（载载）电压电压或放电电压电电压。工作电电压压的大小是变变化的，既与电既与电池的放电电电电流有关关，又与电与电池的内内阻有关关。U=Uk I(R0+Rj) （4-3）式中，I为为蓄电电池放电电电电流；R0为为蓄电电池的欧欧姆电电阻；Rj为为蓄电电池的极极化电电阻。 （4）充电电压电电压 蓄电电池的充电电压电电压是指蓄电电池在充电时电时，外电电源加在蓄电电池两两端的电压电压。 （5）初始电压电压 蓄电电池的初始电压电压是蓄电电池在放电电初始时时的工作电压电压。4.2 铅酸蓄电池结构和工作原理

26、铅酸蓄电池结构和工作原理 （6）浮充电压电压 电电池充电电器对对蓄电电池进进行浮充电时设电时设定的电压值电压值。 铅铅酸蓄电电池的单单体（格）电压为电压为2V/格，实际电压随实际电压随充、放电电情况况而有变变化，充电结电结束时电压时电压有2.52.7V/格，以后缓缓慢降到2.05V/格左右的稳稳定状态状态；放电时电时，电压缓电压缓慢下降，低到1.7V时时，便不能再继续继续放电电，否则会损则会损坏蓄电电池的极极板。200A h以上的铅铅酸蓄电电池每只为为一单单体，电压为电压为2V；200A h以下的铅铅酸蓄电电池每只一般为为6个单个单体（格）串联联，电压为电压为12V。 VRLA蓄电电池在25时

27、时浮充电压电压U开开路电压电压+极极化电压电压=Uk（0.100.18）。 镉镍镉镍蓄电电池的单单体电压为电压为1.2V/格。蓄电电池组组的电压电压由串联联的蓄电电池单单体只数数确定，有24V、48V、60V、110V等。 4.2 铅酸蓄电池结构和工作原理铅酸蓄电池结构和工作原理 铅铅酸蓄电电池端电压与电压与放电时间电时间关关系曲线线如图图4-4所示 图图4-4 铅酸蓄电池端电压与放电时间关系曲线铅酸蓄电池端电压与放电时间关系曲线4.2 铅酸蓄电池结构和工作原理铅酸蓄电池结构和工作原理 铅铅酸蓄电电池充电时间与电压电时间与电压及电电流关关系曲线线如图图4-5所示。 图图4-5 铅酸蓄电池充电时

28、间与电压及电流关系曲线铅酸蓄电池充电时间与电压及电流关系曲线4.2 4.2 铅酸蓄电池结构和工作原理铅酸蓄电池结构和工作原理 （7）蓄电电池的放电终电终止电压电压 放电终电终止电压电压是指蓄电电池放电时电压电时电压下降到不宜再放电时电时的最低工作电压电压。 放电终电终止电压随电压随放电电率不同而变变化。放电电率大，则终则终止电压电压低，放电电率小，则终则终止电压电压大。对对于铅铅酸蓄电电池，10H率放电电的终终止电压为电压为1.8V/单单体，而1H率放电电的终终止电压为电压为1.75V/单单体。 终终止电压电压不能太低，太低则会对电则会对电池寿寿命带来带来不利影响响。 对对于光伏蓄电电池，小于

29、10h的小电电流放电电，终终止电压电压取值值稍高；大于10h的大电电流放电电，终终止电压电压取值值稍低。 图图4-6 放电率对终止电压的影响放电率对终止电压的影响 4.2 铅酸蓄电池结构和工作原理铅酸蓄电池结构和工作原理 2.蓄电电池的容量 蓄电电池的容量是蓄电电池储储存电电能的能力。 处处于完全充电状态电状态的铅铅酸蓄电电池在一定的放电电电电流和一定的电电解液温温度下，单单格电电池的电压电压降到规规定的终终止电压时电压时所能提供的电电量称为称为电电池容量，以符号号C表示， 通常可采用两种两种表示方法：安时时容量（A h），瓦时时容量（Wh）。 当当蓄电电池以恒定电电流放电时电时，安时时容量=

30、放电电电电流 放电电时间时间，瓦时时容量=安时时容量 平均放电电压电电压。 目前铅铅酸蓄电电池产产品容量可从从1安时时到几千甚至上万安时时。4.2 铅酸蓄电池结构和工作原理铅酸蓄电池结构和工作原理 额额定容量（标称标称容量）是按照国国家或有关关部门颁门颁布的标标准，在电电池设计时设计时要求电电池在一定的放电条电条件下（一般规规定在25环环境下以10小时时率电电流放电电至终终止电压电压）应该应该放出的最低限度的电电量值值。 额额定容量常用来标来标定10小时时率蓄电电池的型号号。 为为了比较较不同系列的蓄电电池，常用比容量的概概念，即单单位体积积或单单位质质量蓄电电池所能给给出的能量，分别称为别称

31、为体积积比容量和重量比容量，其单单位分别为别为A h/L或A h/kg。 4.2 铅酸蓄电池结构和工作原理铅酸蓄电池结构和工作原理 （1）蓄电电池容量与与放电电率的关关系同一个电个电池放电电率不同时时，给给出的容量也不同。放电电率有小时时率（时间时间率）和电电流率（倍率）两种两种不同的表示方法。小时时率（时间时间率）：是以一定电电流放电电至规规定终终止电压电压所经历经历的时间时间。 标识为标识为20h、10h、5h、3h、1h、0.5h等。 例如，某12V的蓄电电池，如果用2A放电电，5h降到10.5V（终终止电电压压），则则容量为为C5=2A 5h=10A h 同样样是这个电这个电池，如果用

32、1.2A放电电，10h降到10.5V则则容量为为C10 =1.2A 10hl2A h 前者称称5小对对放电电率，容量用C5表示；后者称称10小时时放电电率，容量用C10表示； 1小时时放电电率，容量用C表示；C的下脚标标就是小时时率。4.2 铅酸蓄电池结构和工作原理铅酸蓄电池结构和工作原理 电电流率（倍率）：是指放电电电电流相当当于电电池额额定容量的倍数数 例如，容量为为100A h的蓄电电池，以100A h/10h =10A电电流放电电，10h将将全部电电量放完，则电则电流率为为0.1C10； 若以100A电电流放电电，则则1h将将全部电电量放完，则电则电流率为为1C10，依此类类推。 蓄电

33、电池的额额定容量按放电电率标标定。国际标国际标准规规定： 启动启动型蓄电电池，其额额定容量以20h率标标定，表示为为C20； 固定型蓄电电池，其额额定容量以10h率标标定，表示为为C10。 光伏应应用一般采用20小时时率容量。 汽车用 20小时时率容量。 电动车用5小时时率容量。 4.2 铅酸蓄电池结构和工作原理铅酸蓄电池结构和工作原理 放电电电电流越大，蓄电电池容量越小，放电电率对对蓄电电池容量的影响见响见表4-6。 表4-6 放电电率对对蓄电电池容量的影响响电电池型号号（Type）额额定电压电压(Nom Voltage)/V各小时时率容量（Rated Capacity）/(A h)10.8

34、V/20h10.8V/10h10.5V/5h10.5V/3h10.02V/1hDJM12401243.4403632.725.6DJM12501254504541.132DJM12651270.56558.553.341.6DJM12701276706358.245.5DJM12901298908073.857.6DJM12100121081009083.165DJM121501216215013512397.5DJM12200122162001801651304.2 铅酸蓄电池结构和工作原理铅酸蓄电池结构和工作原理 （2）蓄电电池容量与温与温度的关关系铅铅酸蓄电电池电电解液的温温度对对蓄电电

35、池的容量有一定影响响，温温度高时时，电电解液的黏度下降，电电阻减减小，扩扩散速度增大，电电池的化学学反应应加强，这这些都会会使容量增大。 但是温温度升高时时，蓄电电池的自放电会电会增加，电电解液的消耗量也会会增多。 蓄电电池在低温温下容量迅速下降，通用型蓄电电池在温温度降到5时时，容量会会降到70%左右。低于 15容量将将下降到不足60%，且在 10以下充电电反应应非常缓缓慢，可能造成放电电后难难以恢复复。 放完电电后若不能及时时充电电，在温温度低于 30时时有冻冻坏的危险险4.2 铅酸蓄电池结构和工作原理铅酸蓄电池结构和工作原理3.蓄电电池的使用寿寿命蓄电电池寿寿命有三种评种评价方法（主要考

36、虑虑前两种两种）： 蓄电电池经历经历一次充电电和放电电，称为称为一次循环环。在一定的放电条电条件下，电电池使用至某一容量规规定值值之前，电电池所能承受的循环环次数数，称为称为循环寿环寿命。通常要求在1000次以上。 蓄电电池的使用寿寿命（浮充寿寿命）是指蓄电电池在规规定的浮充电压电压和环环境温温度下，蓄电电池寿寿命终终止时时浮充运运行的总时总时间间，以蓄电电池的工作年限来来衡量，10年左右。 恒流过过充电寿电寿命是指采用一定的充电电电电流对对蓄电电池进进行连续过连续过充电电，一直到蓄电电池寿寿命终终止时时所能承受的过过充电电时间时间。 蓄电电池寿寿命终终止条条件一般设设定在容量低于10小时时率

37、额额定容量的80%。 4.2 铅酸蓄电池结构和工作原理铅酸蓄电池结构和工作原理 蓄电电池的使用寿寿命与与蓄电电池本身质质量及工作条条件、使用和维维护护情况况等因素有很大关关系。 放电电深度对对蓄电电池循环环使用寿寿命的影响响如图图4-7所示。图图4-7 蓄电池放电深度与循环次数关系曲线蓄电池放电深度与循环次数关系曲线4.2 铅酸蓄电池结构和工作原理铅酸蓄电池结构和工作原理 4.蓄电电池的效率 蓄电电池在实际实际工作过过程中有一定的能量损损耗，通常用能量效率和安时时效率来来表示。（1）能量效率：蓄电电池放电时输电时输出的能量与与充电时输电时输入的能量之比。影响响能量效率的主要因素是蓄电电池的内内

38、阻。（2）充电电效率（也称库仑称库仑效率）：蓄电电池放电时输电时输出的电电量与与充电时输电时输入的电电量之比。影响响充电电效率的主要因素是蓄电电池内内部的各种负种负反应应，如自放电电。 对对于一般的离网网光伏发电发电系统统，平均充电电效率大约为约为80%85%，在冬天可增加到90%95%。%100(W（充）放）WW4.2 铅酸蓄电池结构和工作原理铅酸蓄电池结构和工作原理 5.蓄电电池的自放电电 在蓄电电池不使用时时，随随着放置时间时间的延长长，储电储电量会会自动减动减少，这种现这种现象称为称为自放电电。自放电与储电与储存时间关时间关系曲线线如图图4-6所示。图图4-8 自放电与储存自放电与储存

39、时间关系曲线时间关系曲线4.2 铅酸蓄电池结构和工作原理铅酸蓄电池结构和工作原理 自放电电的主要原因是：（1）电电解液中含有杂质杂质（其它它金属属如铜铜、铁铁等），或添加的不是纯净纯净水，这这些杂质与杂质与蓄电电池极极板形成局部微小电电池，从从而使蓄电电池形成自放回路。实验实验表明，电电解液中如含有1%的铁铁，蓄电电池充足电电后会会在24h之内将电内将电能全部放完。蓄电电池极极板成分不纯纯，含锑锑量过过高或含有其它它有害杂质杂质时时，也会会形成许许多微小蓄电电池。杂质与极杂质与极板间间或不同杂质杂质之间产间产生电电位差，变变成一个个局部蓄电电池，并并通过电过电解液构构成回路，产产生局部电电流，

40、从从而形成自放电电。（2）蓄电电池电极间污电极间污垢较较多，如泥土及水等均为导为导体，使蓄电电池正、负电极间负电极间形成放电电回路而自行放电电。4.2 铅酸蓄电池结构和工作原理铅酸蓄电池结构和工作原理 6.蓄电电池的放电电深度 蓄电电池放电电深度（Depth of Discharge，DOD）是指从从蓄电电池使用过过程中放出的有效容量占该电该电池额额定容量的比值值，通常以百分数数表示。 17%25%为为浅浅循环环放电电； 30%50%为为中等循环环放电电； 60%80%为为深循环环放电电。 光伏发电发电系统统中，DOD一般为为3080。 4.2 铅酸蓄电池结构和工作原理铅酸蓄电池结构和工作原理

41、 7.蓄电电池内内阻 电电池内内阻有欧欧姆内内阻和极极化内内阻两两部分： 欧欧姆内内阻主要由电极电极材料、隔膜、电电解液、接线线柱等构构成，也与电与电池尺寸、结构结构及装配有关关。 极极化内内阻是由电电化学极学极化和浓浓差极极化引起的，是电电池放电电或充电过电过程中两电极进两电极进行化学学反应时极应时极化产产生的内内阻。极极化内内阻除与电与电池制造工艺艺、电极结构电极结构及活性物质质的活性有关关外，还与还与电电池工作电电流大小和温温度等因素有关关。 电电池内内阻严严重影响电响电池工作电压电压、工作电电流和输输出能量，因而内内阻愈小的电电池性能愈好。 电电池内内阻不是常数数，在充放电过电过程中随

42、时间随时间不断变断变化，因为为活性物质组质组成、电电解液浓浓度和温温度都在不断变断变化。 蓄电池的内阻很小，在小电流时可以忽略，大电流时要考虑。4.2 铅酸蓄电池结构和工作原理铅酸蓄电池结构和工作原理 8.蓄电电池的串联联和并联并联 将将多只蓄电电池的正极极接负极负极依次连连接称为称为串联联，组组成的蓄电电池组组的电压为电压为串联联的蓄电电池电压电压之和，容量不变变。例如55只2V/250Ah的铅铅酸蓄电电池串联联，组组成的串联联蓄电电池组组的电压为电压为110V，容量为为250A h。 将将多只蓄电电池的正极极和负极负极分别连别连接起来称为来称为并联并联，组组成的蓄电电池组组的电压电压不变变

43、，容量为并联为并联的蓄电电池容量之和。例如10只2V/250Ah铅铅酸蓄电电池并联并联，组组成的蓄电电池组组的电压为电压为2V，容量为为2500A h。蓄电电池组组也可以并联并联，例如两组两组110V/250A h的蓄电电池组并联组并联，组组成的蓄电电池组组的电压电压为为110V，容量为为500A h。 蓄电电池串、并联时应尽并联时应尽可能保证证每只蓄电电池的性能一致。4.2 铅酸蓄电池结构和工作原理铅酸蓄电池结构和工作原理 9.蓄电电池的充电电方法（1）恒压压充电电法在充电过电过程中，充电电压电电压保持不变变。 这样这样在刚开刚开始充电时电时，能以较较大的电电流对对蓄电电池充电电， 随随着充

44、电时间电时间的增加，电电流逐渐减渐减少。 充电电电电流太大会会使电电池寿寿命减减少，而且容易造成电电池温温度上升，因此需要额额外加入限流电电路及温温度补偿电补偿电路。（2）恒流充电电法在充电过电过程中，充电电电电流保持不变变。这样这样可以避免恒压压充电电法因电电流太大而产产生的问题问题。 其缺点是恒流充电电可能造成充电电压过电电压过高而影响响蓄电电池的寿寿命。 而且恒流充电电不能像恒压压充电电法那样样使电电池保持在浮充状态状态，因此无法将将蓄电电池完全充足电电。4.2 铅酸蓄电池结构和工作原理铅酸蓄电池结构和工作原理 （3）二阶阶段充电电法二阶阶段充电电法=恒流充电电法+恒压压充电电法 先以恒

45、定电电流对对蓄电电池充电电，等蓄电电池电压达电压达到气气化电压电压后，再以恒定电压电压充电电，使蓄电电池保持在浮充状状态态。 二阶阶段充电电法在蓄电电池寿寿命和充电时间电时间上已有很大改善。 然而在恒压压充电阶电阶段，由于充电电电电流很小，因此必须须消耗很长长的时间对时间对蓄电电池充电电，这这是其不足之处处。（4）三阶阶段充电电法（此法最优优！）三阶阶段充电电法=恒流充电电法+ “充电电吸收” +恒压压充电电法 第一阶阶段是以恒定电电流充电电， 第三阶阶段是以恒定电压电压充电电， 但在第一阶阶段与与第三阶阶段之间间加入称为称为“充电电吸收”的第二阶阶段。 在第二阶阶段中，充电电压维电电压维持在

46、气气化电压电压以下，但充电电电电流缓缓慢下降，这样这样可以大幅度缩缩短恒压压充电电的时时间间。 4.3 VRLA蓄电池的充、放电特性蓄电池的充、放电特性4.3.1 VRLA蓄电电池的充电电特性 充、放电电不合理是造成电电池损损坏的主要原因，导导致一些电电池的寿寿命过过短， 为为了延长电长电池的寿寿命，必须对须对其进进行合理的充、放电电控制。1.VRLA蓄电电池的充电电技术术 蓄电电池保证证使用寿寿命的技术术指标标是在环环境温温度为为25下给给出的。蓄电电池特性与温与温度密切相关关： 蓄电电池电压温电压温度系数约为数约为 4mV/；由6个单个单体组组成的电电池组组，25度时时的浮充电压为电压为1

47、3.5V，而0度时时就为为14.1V，则则温温度为为40度时为时为13.14。 VRLA电电池特性：温温度一定时时，充电电压电电压略高（100mV），会会使充电电电电流增加数数倍，导导致蓄电电池的热热失控和过过充损损坏，或略低（100mV）会导会导致蓄电电池充电电不足而损损坏 ； 蓄电电池的容量与温与温度有关关，大约约是温温度每降低1，容量将将下降1%。 夏季在放出额额定容量50%，冬季在放出25%后就要充电电4.3 VRLA蓄电池的充、放电特性蓄电池的充、放电特性 2.自然平衡充电电器 VRLA蓄电电池的自然平衡充电电原理简图简图如图图4-9所示。 EB换换成被充电电的蓄电电池，EA精心设计

48、设计成在不同环环境温温度下能按蓄电电池充电电平衡需要自动调节输动调节输出电压电压和电电流的电电源。蓄电电池充足电电后， E =0， i0，EA电电源将将不再消耗功率。此后，EA只随环随环境温温度的变变化，对对被充电电的蓄电电池提供跟踪平衡补偿补偿。由于蓄电电池充电电的整个过个过程完全是自动动完成的，所以称称之为为自然平衡法。 特别别适于间间隙性放电电使用的VRLA蓄电电池日常维护维护充电电。图图4-9 自然平衡充电原理图自然平衡充电原理图 4.3 VRLA蓄电池的充、放电特性蓄电池的充、放电特性 3.VRLA蓄电电池的充电电方式 VRLA蓄电电池的充电电方式有初充电电、浮充充电电、均衡充电电、

49、补补充充电电和循环环充电电等多种种方式。（1）初充电电，对对于新启启用的电电池要进进行初充电电。串联联充电电； 高压压，小电电流充电电器，充电电器输输出电压电压在300-450V，电电流在5-30A，电电流可控，普遍应应用这种这种。并联并联充电电； 低压压，大电电流，无人采用。串联并联联并联混合充电电； 先串后并并，充电电器输输出电压电压在150V，电电流在30-100A，单单个电个电池无电压电压，电电流控制，有些采用。 单单体VRLA蓄电电池充电电； 可准确进进行充电电，可以控制电电流，电压电压，在测试测试上应应用 模块块控制单单体VRLA蓄电电池充电电。每个个模块块可充64只电电池，每台充

50、电电器可为为700多只电电池充电电，并并且一个个模块块中出现现故障的不影响响其它它的电电池可进进行恒压压，恒流控制，这这是以后的发发展方向。（BMS）4.3 VRLA蓄电池的充、放电特性蓄电池的充、放电特性 （2）浮充充电电 蓄电电池充满电满电后，改用小电电流给电给电池继续继续充电电，此时时就 称为称为浮充电电，也称为称为涓流充电电。 电电池不是人为设为设定的，而是高为为浮充电压电压后，充电电电电流自然变变小形成浮充电电流。 浮充电电的目的有三个个： 保持电电池的电压处电压处于浮充电压电压范围围，此时电时电池的板栅栅（就是极极板的导电导电骨架）腐蚀处蚀处于最慢的状态状态，可延长电长电池寿寿命；

51、 补补充电电池自放电电造成的容量损损失，保持电电量充足； 抑制活性物质质重结结晶造成硫酸盐盐化（维维持蓄电电池的内内氧氧循环环）。4.3 VRLA蓄电池的充、放电特性蓄电池的充、放电特性 蓄电电池的浮充电压与电压与其使用寿寿命之间间也有密切的关关系，总趋势总趋势是：在同一温温度下工作，浮充电压电压越高，使用寿寿命越短。 某GFM系列电电池，当当浮充电压为电压为2.23发发/单单体时时，浮充寿寿命为为23年，而当当浮充电压为电压为2.30V/单单体时时，寿寿命为为14年。 蓄电电池的浮充电压值电压值要参参考厂厂家对产对产品推荐的数值来数值来确定，不同厂厂家的产产品，推荐的浮充电压值电压值可能不同

52、；就是同一厂厂家的不同系列产产品，推荐的浮充电压值电压值也可能不同。 例如某公司的XM系列和GM系列蓄电电池，前者推荐的浮充电压为电压为2.275V/单单体，后者推荐的浮充电压为电压为2.23V/单单体（均为标为标准温温度下） 4.3 VRLA蓄电池的充、放电特性蓄电池的充、放电特性 蓄电电池的浮充电电流因蓄电电池的结构结构和性能的不同其作用也不尽尽相同。 普通铅铅酸蓄电电池的浮充电电流作用为为： 补补充普通铅铅酸蓄电电池自放电电的损损失；向日常性负载负载提供电电流。VRLA蓄电电池的浮充电电流的作用为为：补补充VRLA蓄电电池自放电电的损损失；向日常性负载负载提供电电流；浮充电电流应应足以维

53、维持VRLA蓄电电池的内氧内氧循环环。4.3 VRLA蓄电池的充、放电特性蓄电池的充、放电特性 电电池的浮充时间时间是没没有限制的，只要是电压处电压处于浮充电压电压范围围内内都可以进进行，某些电电池在整个寿个寿命期间间基本上都处处于浮充状状态态。 投入运运行前必须为须为蓄电电池设设置浮充状态状态下的充电电压电电压和充电电电电流 在环环境温温度为为25时时，标标准型VRLA蓄电电池的浮充电压应设电压应设置在2.25V/格，允许变许变化范围为围为2.202.27V/格。 实际运实际运行时时，还还需要根据环环境温温度的变变化来调来调整浮充电压电压，通常的调节调节系数为数为 4mV/。保证证浮充电运电

54、运行的VRLA蓄电电池既既不欠充电电，也不过过充电电。例：25度时，标准的VRLA电池的浮充电压为2.25V/单体，充许的变化范围为2.35-2.27V，实际运行时要根据温度为调整，通常的调节系数为-4mV/度，当温度为35度时，每一单体要降40mV,如不对其进行调整，会引起电池的过充电和过热，降低寿命或损坏。4.3 VRLA4.3 VRLA蓄电池的充、放电特性蓄电池的充、放电特性 （3）均衡充电电所谓谓均衡充电电是把每个个VRLA蓄电电池单单元并联并联起来来，用统统一的充电电压进电电压进行的一种种恒压压方式充电电。 均衡充电电的目的：确保蓄电电池组组中所有单单体电电池的电电压压、比重达达到均

55、匀匀一致。 均衡充电电电电流一般选选0.3C或略小于0.3C；均衡充电电压电电压一般选选2.35V/单单体（额额定电压为电压为2V的VRLA蓄电电池）； 均充时间时间不大于10小时时。 下列情况况下蓄电电池需要均衡充电电： 市电电停电电后电电池释释放的能量超过总过总容量的15； 蓄电电池长长期处处于浮充状态状态（3个个月）； 电电池组组中，出现现了落后电电池，在浮充状态状态下单单体电压电压低于2.2V，更换换新电电池后。 均衡充电电后，再回到浮充状态状态，如电压电压未到位，则则2周后再均衡充电电一次，通常新的电电池在经过经过6个个月的均充后，其电压会趋电压会趋于一致，4.3 VRLA4.3 V

56、RLA蓄电池的充、放电特性蓄电池的充、放电特性 4.充电电限流VRLA蓄电电池放电电后，初期充电电电电流过过大，产产生的热热量可能会将会将板栅竖栅竖筋、汇汇流条条、端子等熔断断，正极极板活性物质质PbO2颗颗粒之间间的结结合松弛、软软化、脱脱落，严严重时会时会引发热发热失控，使VRLA蓄电电池变变形、开开裂而失效，所以需要对对充电电电电流加以限定。充电电限流设设定方式有：（1）关关机限流，需要限流时关时关掉若干充电电器；（2）有级设级设定，限制充电电器的输输出电电流可以在额额定电电流的1/3挡挡或2/3挡选择挡选择；（3）局部无级设级设定，可在充电电器器额额定电电流的50%100%段选择选择限

57、流点；（4）无级设级设定，可在充电电器额额定电电流的0%100%段选选择择限流点。技术优术优劣次序：（4）优优于（3）优优于（2）优优于（1）。4.3 VRLA4.3 VRLA蓄电池的充、放电特性蓄电池的充、放电特性 5.充电电操作 VRLA蓄电电池组组放电电后，应应立即转转入充电电，开开始时时控制充电电电电流以不大于0.2C为为宜 。 当电当电流变变小时时，可慢慢提高蓄电电池组组充电电压电电压，达达到均充电电压值压值，再充6h，然后再调调回浮充电压值电压值。 使用中正常充电时电时，最好采用分级级定流充电电方式，即在充电电初期用较较大电电流（0.1C ），充电电一定时间时间后，改用较较小电电流

58、，到充电电后期改用更小电电流。 充电电电电流通常在超过过0.3C可认为认为是过过流充电电，快速充电电器会会使电电池处处于“瞬时过时过流充电电”和“瞬时过压时过压充电电”状态状态，会会使电电池容量下降或损损坏。4.3 VRLA4.3 VRLA蓄电池的充、放电特性蓄电池的充、放电特性4.3.2 VRLA蓄电电池的放电电特性 1.放电电试验试验 VRLA蓄电电池出厂厂前的容量试验试验步骤骤： （1）先将将被试验试验VRLA蓄电电池完全充电电。（2）将将被试验试验VRLA蓄电电池静静置124h，使蓄电电池表面温温度达达到25 5。（3）VRLA蓄电电池采用0.1C10电电流连续对负载连续对负载恒流放电

59、电，在放电过电过程中定期测试测试VRLA蓄电电池端电压电压；VRLA蓄电电池端电压达电压达到1.80V/单单体时时放电终电终止。最后累积积放电电量达达到规规格容量即为为合格。 4.3 VRLA4.3 VRLA蓄电池的充、放电特性蓄电池的充、放电特性 2.放电电使用 VRLA蓄电电池的放电电速率为为0.02C10、0.1C10、0.2C10或0.3C10。 放电终电终止电压设电压设定：为为了防止放电过电过程中电电池内内部出现现各单单体电电池电压电压和容量不平衡现现象。 过过放电电越严严重，则则下次充电时电时，落后的电电池越不易恢复复。 为为了防止过过放电电，要避免放电电速率过过小， 根据放电电速

60、率并结并结合环环境温温度，精确地设设定放电电的终终止电压电压。 放电电速率为为0.010.025C，终终止电压电压可设设定为为2.00V/单单体； 放电电速率为为0.050.25C，终终止电压电压可设设定为为1.80V/单单体。 4.3 VRLA4.3 VRLA蓄电池的充、放电特性蓄电池的充、放电特性 3.放电电要求 （1）放电电电电流VRLA蓄电电池实际实际放出的容量与与放电电电电流有关关。放电电电电流越大，VRLA蓄电电池的效率越低。 例如，12V/24Ah的蓄电电池当当放电电电电流为为0.4C时时，放电电至终终止电压电压的时间时间是110min，实际输实际输出容量17.6Ah，效率为为7