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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成，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。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，就会造成系统安全稳如果出现瞬时的功率不平衡，就会造成系统安全稳定问题定问题。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，起瞬时功率不平衡，起到能量的缓冲平衡作用，可有效提高系统的安全稳定性。到能量的缓冲平衡作用，可有效提高系统的安全稳定性。储能系统的容量越大，对系统储能系统的容量越大，对系统提高安全稳定性的作提高安全稳定性的作用越强。用越强。储能系统发挥作用，需与电网连接，连接是通过电储能系统发挥作用，需与电网连接，连接是通过电力电子装置实现的。力电子装置实现的。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，提高发电设备利用率，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，提高供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，提高供电适当控制的储能系统可以抑制电压的异常，提高供电质量质量。4.4.将储能系统与电能转换控制技术相结合，可实现对电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。网的快速控制，改善电网的静态和动态特性。1.1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：P2811.蓄电池储能蓄电池储能2.电容器储能电容器储能3.抽水储能抽水储能4.超导储能超导储能5.飞轮储能飞轮储能6.压缩空气储能压缩空气储能。1.2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 广泛广泛二、电池储能系统Battery Energy Storage SystemsBattery Energy Storage Systems电池储能系统电池储能系统 STATCOMSTATCOM等等FACTSFACTS装装置置，多多采采用用电电压压源源型型逆逆变变器器。逆逆变变器器的的直直流流单单元元如如采采用用电电容容器器，则则电电压压源源型型逆逆变变器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。如如果果电电压压源源型型逆逆变变器器与与系系统统进进行行有有功功交交换换，则则逆逆变变器器直直流流单单元元电电容容器器的的电电压压将将伴伴随随着着吸吸收收或或送送出出有有功功功功率率而而上上升升或或下下降降，这这将将给给逆逆变变器器的的控控制制带带来来困困难难、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。如如果果电电压压源源型型逆逆变变器器的的直直流流单单元元采采用用储储能能元元件件，则则储储能能元元件件可可以以存存储储系系统统多多余余的的有有功功功功率率，也也可可在在系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，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。系系统统中中使使用用最最多多的的储储能能元元件件是是蓄蓄电电池池租租电电池池储储能能系统。（系统。（Battery Energy Storage SystemsBattery Energy Storage Systems）P282电池储能系统电池储能系统电电池池储储能能系系统统(BESS)BESS)是是将将直直流流电电池池组组与与交交流流电电网网联联结结起起来来的的电电压压源源型型逆逆变变器器。它它在在电电网网中中的的作作用用象象其其他他同同步步装装置置一一样样，即即可可给给系系统统提提供供无无功功支支持持，又又可可与与系系统统进行有功交换。进行有功交换。任任何何一一个个BESSBESS都都必必须须通通过过一一定定的的控控制制策策略略，控控制制电电池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多多用用于于平平衡衡负负荷荷变变化化及及作作为为旋旋转转能能量量储储备备，它它有有许许多多非非常常有有益益的的作作用用效效果果，最最突突出出的的是是提提高高输输电电的的稳稳定定性性及及给给系系统统提提供供有有力力的的有有功功支支持持。美美国国的的研研究究结结果果表表明明，在在受受到到输输电电稳稳定定极极限限限限制制的的南南加加州州输输电电线线路路上上，在在新新诺诺安安装装1010MWMW的的BESSBESS使使亚亚利利桑桑纳纳的的输输送送能能力力提提高高了了几百几百MWMW。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电电池池储储能能系系统统的的核核心心是是储储能能元元件件。根根据据应应用用场场合合、充充放放电电特特性性、单单元元容容量量及及运运行行维维护护等等因素，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。电池储能系统电池储能系统-0-0一、电池的种类：一、电池的种类：1.1.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）2.2.镍氢电池镍氢电池：手机、手表：手机、手表3.3.镍镉电池镍镉电池 ：手机、手表：手机、手表4.4.碱锰电池碱锰电池 ：日常家用：日常家用5.5.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(500wh/kg,1000wh/dm3);(500wh/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-40C-+85C-40C-+85C范围内正常工作。范围内正常工作。-40C-40C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能，表现出极为优良的高低温性能;5.5.年自放电率年自放电率=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-40C+70C-40C+70C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、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收单机、袖珍录放机以及计算机的记忆电路上。还路上。还可以应用在许多民用、军用及通讯设备上。可以应用在许多民用、军用及通讯设备上。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:15-20m;AAA:20-25mSC:3.5-AA:15-20m;AAA:20-25mSC:3.5-4.0m4.0m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标标准。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。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、备用电源等领域。柴油机启动、发电机启动、电厂、备用电源等领域。产品有产品有GNGN、GNZGNZ、GNCGNC系列。系列。电池储能系统电池储能系统-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。然而，开口式铅酸蓄电池有两个主要缺点：而，开口式铅酸蓄电池有两个主要缺点：充电末期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；护工作繁重；气体溢出时携带酸雾，腐蚀周围设备，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。电池储能系统电池储能系统-6-619121912年年ThomasEdisonThomasEdison发表专利，提出在单体电池的发表专利，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，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，使析出的成为氢、氧化合的催化剂，使析出的H2H2与与O2O2重新化重新化合，返回电解液中。但该专利未能付诸实现：合，返回电解液中。但该专利未能付诸实现：铂铂催化剂很快失效；催化剂很快失效；气体不是按氢气体不是按氢2 2氧氧1 1的化学计量的化学计量数析出，电池内部仍有气体发生；数析出，电池内部仍有气体发生；存在爆炸的危存在爆炸的危险。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入了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。大量人力物力进行开发。19691969年，美国登月计划实施，密封阀控铅酸蓄年，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镍电池被采用，但密封铅酸蓄电池技术从此得到发展。展。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只只小型密封铅酸蓄电池，该电池采用玻璃纤维棉隔板，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电池，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。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，又公司的专利后，又发明了发明了MFXMFX正板栅专利合金，开始大规模宣传并生产正板栅专利合金，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。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用。电池在美国和欧洲得到小范围应用。19871987年，随着电信业的飞速发展，年，随着电信业的飞速发展，VRLAVRLA电池在电电池在电信部门得到迅速推广使用。信部门得到迅速推广使用。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。然而，开口式铅酸蓄电池有两个主要缺点：而，开口式铅酸蓄电池有两个主要缺点：充电末期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；护工作繁重；气体溢出时携带酸雾，腐蚀周围设备，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。2.1 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，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：回电解液中。但该专利未能付诸实现：铂催化剂很铂催化剂很快失效；快失效；气体不是按氢气体不是按氢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；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。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。2.1 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只只小型密封铅酸蓄电池，该电池采用玻璃纤维棉隔板，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电池，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。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，又公司的专利后，又发明了发明了MFXMFX正板栅专利合金，开始大规模宣传并生产正板栅专利合金，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。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用。电池在美国和欧洲得到小范围应用。19871987年，随着电信业的飞速发展，年，随着电信业的飞速发展，VRLAVRLA电池在电电池在电信部门得到迅速推广使用。信部门得到迅速推广使用。2.2 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(Battery(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。2.3 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，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。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 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 1.1.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完成的。充电和放电过程是通过电化学反应完成的。2.2.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。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 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。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的海绵状铅与正极产生的O O2 2反应而被氧反应而被氧化成一氧化铅，另一方面是极板中的硫酸化成一氧化铅，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原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。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。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：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。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。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。2.5 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 1开开路路电电压压：电电池池在在开开路路状状态态下下的的端端电电压压称称为为开开路路电电压压。电电池池的的开开路路电电压压等等于于电电池池的的正正极极的的电电极极电电势势与负极电极电势之差。与负极电极电势之差。1 12 2工工作作电电压压：工工作作电电压压指指电电池池接接通通负负载载后后在在放放电电过过程程中中显显示示的的电电压压，又又称称放放电电电电压压。在在电电池池放放电电初初始始的工作电压称为初始电压。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压。2.5 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：电电池池在在一一定定放放电电条条件件下下所所能能给给出出的的电电量量称称为为电电池池的的容容量量，以以符符号号C C表表示示。常常用用的的单单位位为为安安培培小小时时，简简称称安安时时(Ah)Ah)或或毫毫安安时时(mAh)mAh)。电电池池的的容容量量可可以以分分为为理理论论容容量量，额额定容量，实际容量。定容量，实际容量。2.5 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。2.5 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 三三、内内阻阻：电电池池内内阻阻包包括括欧欧姆姆内内阻阻和和极极化化内内阻阻，极极化化内内阻阻又又包包括括电电化化学学极极化化与与浓浓差差极极化化。内内阻阻的的存存在在，使使电电池池放放电电时时的的端端电电压压低低于于电电池池电电动动势势和和开开路路电电压压，充充电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。电电池池的的内内阻阻不不是是常常数数，在在充充放放电电过过程程中中随随时时间间不不断断变变化化，因因为为活活性性物物质质的的组组成成、电电解解液液浓浓度度和和不不断断地地改变。改变。欧欧姆姆电电阻阻遵遵守守欧欧姆姆定定律律；极极化化电电阻阻随随电电流流密密度度增增加加而而增增大大，但但不不是是线线性性关关系系，常常随随电电流流密密度度和和温温度度都都在不断地改变。在不断地改变。2.5 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：电电池池的的能能量量是是指指在在一一定定放放电电制制度度下下，蓄蓄电电池池所所能能给给出的电能，通常用瓦时出的电能，通常用瓦时(Wh)表示。表示。电电池池的的能能量量分分为为理理论论能能量量和和实实际际能能量量。理理论论能能量量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 实实际际能能量量为为一一定定放放电电条条件件下下的的实实际际容容量量C实实与与平平均均工工作电压作电压U平平的乘积，即：的乘积，即：W实实=C实实U平平2.5 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 常常用用比比能能量量来来比比较较不不同同的的电电池池系系统统。比比能能量量是是指指电电池池单单位位质质量量或或单单位位体体积积所所能能输输出出的的电电能能，单单位位分分别别是是Wh/kg或或Wh/l/l。比比能能量量有有理理论论比比能能量量和和实实际际比比能能量量之之分分。前前者者指指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。实实际际比比能能量量为为l lkg电电池池反反应应物物质质所所能能输输出出的的实实际际能量。能量。由由于于各各种种因因素素的的影影响响，电电池池的的实实际际比比能能量量远远小小于于理论比能量。理论比能量。2.5 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 由由于于各各种种因因素素的的影影响响，电电池池的的实实际际比比能能量量远远小小于于理理论论比比能能量量。实实际际比比能能量量和和理理论论比比能能量量的的关关系系可可表表示示为：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。电电压压效效率率是是指指电电池池的的工工作作电电压压与与电电动动势势的的比比值值。电电池池放放电电时时，由由于于电电化化学学极极化化、浓浓差差极极化化和和欧欧姆姆压压降降，工工作作电电压压小小于于电电动动势势。反反应应效效率率表表示示活活性性物物质质的的利利用用率。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。2.5 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 五、功率与比功率：五、功率与比功率：功功率率是是指指电电池池在在一一定定放放电电制制度度下下，于于单单位位时时间间内内所所给给出能量的大小，单位为出能量的大小，单位为W(瓦瓦)或或kW(千瓦千瓦)。单单位位质质量量电电池池所所能能给给出出的的功功率率称称为为比比功功率率，单单位位为为W/kg或或kW/kg。比比功功率率是是电电池池重重要要的的性性能能指指标标之之一一。电电池的比功率大，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。蓄蓄电电池池的的比比能能量量和和比比功功率率性性能能是是电电池池选选型型时时的的重重要要参参数数。因因为为电电池池要要与与用用电电的的仪仪器器、仪仪表表、电电动动机机器器等等互互相相配配套套，为为了了满满足足要要求求，首首先先要要根根据据用用电电设设备备要要求求的的功功率率大小来选择电池类型。大小来选择电池类型。最最终终确确定定选选用用电电池池的的类类型型要要综综合合考考虑虑质质量量、体体积积，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。2.5 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：在在规规定定条条件件下下，电电池池的的有有效效寿寿命命期期限限称称为为电电池池的的使用寿命。使用寿命。蓄蓄电电池池发发生生内内部部短短路路或或损损坏坏而而不不能能使使用用，以以及及容容量量达达不不到到规规范范要要求求时时蓄蓄电电池池使使用用失失效效，这这时时电电池池的的使使用寿命终止。用寿命终止。蓄蓄电电池池的的使使用用寿寿命命包包括括使使用用期期限限和和使使用用周周期期。使使用用期期限限指指蓄蓄电电池池可可供供使使用用的的时时间间，包包括括蓄蓄电电池池的的存存放放时间。使用周期指蓄电池可供重复使用的次数。时间。使用周期指蓄电池可供重复使用的次数。2.6 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：自自放放电电指指电电池池在在存存储储期期间间容容量量降降低低的的现现象象。电电池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。自自放放电电通通常常主主要要在在负负极极，因因为为负负极极活活性性物物质质为为较较活活泼泼的的海海绵绵状状铅铅电电极极，在在电电解解液液中中其其电电势势比比氢氢负负，可可发发生生置置换换反反应应。若若在在电电极极中中存存在在着着析析氢氢过过电电位位低低的的金金属属杂杂质质，这这些些杂杂质质和和负负极极活活性性物物质质能能腐腐蚀蚀电电池池，结结果果负负极极金金属属自自溶溶解解，并并伴伴有有氢氢气气析析出出，从从而而容容量量减减少少。在在电电解解液液中中杂杂质质起起着着同同样样的的有有害害作作用用。一一般般正正极极的的自自放放电电不不大大。正正极极为为强强氧氧化化剂剂，若若在在电电解解液液中中或或隔隔膜膜上上存存在在易易于于被被氧氧化化的的杂杂质质，也也会会引引起起正正极极活活性性物物质质的的还还原，从而减少容量。原，从而减少容量。2.6 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。2.7 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 安安全全阀阀是是阀阀控控电电池池的的一一个个关关键键部部件件，安安全全阀阀质质量量的的好好坏坏直直接接影影响响电电池池使使用用寿寿命命，均均匀匀性性和和安安全全性性。根根据据有有关关标标准准和和阀阀控控电电池池的的使使用用情情况况，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；