《对充电的基本要求》PPT课件.ppt

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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，是研究蓄电池

2、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、如铅蓄电池、镉镍蓄电

3、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。工信部工信部 储能电源系统工程师培训

4、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水都是基于这类电池的特点和当时技术水平形成的。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：的传统蓄电池：阀控铅酸蓄电池、阀控铅酸

5、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

6、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

7、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

8、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；

9、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

10、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

11、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充电和放电的铅蓄电池对充电和放电的基本要求基本要求工信部工信

12、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

13、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

14、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）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

15、，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

16、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。，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

17、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中心储能电源系统工程师培训中心 铅铅蓄蓄电电池池的的充充电电电电压压特特性性曲曲线线属属于于如图如图2-1（a）。）。当完全充电后，当完全充电后，蓄电池电压

18、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。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。

19、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，使其具有使其具有很好的自动均衡特性。很

20、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。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

21、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 这这种种充充电电方方法法简简单单，能能够够将将所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：充充电电效效率率很很低低，后后期期大大量量电电能能用用于于电电解解水水；电电极极的的腐腐蚀蚀十十分分严严重重，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

22、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：先先以以恒恒流流的的方方法法进进行行充充电电（图图2-72-7的的1-21-2区间）；区间）；当当蓄蓄电电池池进进入入“沸沸腾腾状状态态”后后（图图2-72-7的的2 2时时刻刻），将将充充电电电电流流减减小小到到初初始始充充电电电电流流的一半继续进行充电。的一半继续进行充电。当当再再次次进进入入“沸沸腾腾状状态态”，且且连连续续两两小小时时所所有有蓄蓄电电池池电电池池充充电电电电压压不不再再升升高高时时（图图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

23、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

24、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 储能电源系统工程师培训中心储能电源系统工程师培训中心 随随电电子子技技术术和和自自动动控控制制技技术术的的发发展展，特特别别是是可可控控硅硅新新型型大大功功率率电电力力电电子子器器件件的的出出现现和和大大规规模模推推广广使使用用，充充电电设设备备的的控控制制技技术术得得到到快

25、快速速发发展展，为为连连续续自自动动调调整整电电压压和和电电流流成成为为现现实实，随随之之出出现现了了控控制制技技术术更更先先进进的的多多阶阶段段自自动动恒恒压压充充电电方方法法和和充充电电设设备备，自自动动恒恒流流限限压压充充电电方方法法和和充充电电设设备备，实实现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

26、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；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

27、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2-2-9 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;

28、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

29、电流应根据用户对性能的要）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最求合理确定，但不应超过供应商提供的最大允许充电电流，一般应控制在大允许充电电流，一般应控制在6 6I I2020范左范左右，即可满足蓄电池性能要求。右，即可满足蓄电池性能要求。充电开始阶段应防止电流过小。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，

30、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，不适用于铅蓄电池。铅蓄电池。若必须采用恒压限流充电，应若必须采用恒压限流充电，应定期进行均衡化充电。铅蓄电池均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电衡化处理可以采用分阶段恒流充电即可。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

31、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）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%8

32、0%。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。放放电电电电流流密密度度对对PbSOPbSO4 4在在正正极极分分布布的的影影响响如如图图2-2-1111。图图中中可可以以看看出出,在在电电流流小小于于4 4I I2020时时,PbSO,PbSO4

33、 4在在整整个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

34、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），活性），活性物质结晶细小、致密、分布均匀、结合物质结晶细小、致密、分布均匀、结合牢固，能较好地展现蓄电池的各项性能。牢固，能较好地展现蓄电池的各项性能。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

35、，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环境温度境温度电解液的温度电

36、解液的温度 达到的循环寿命达到的循环寿命0 0112.5112.5124124室温室温372.5372.5266266室温室温20520535235237.737.7433433418418494947.3347.33516516606058.3358.33336336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

37、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

38、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

39、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

40、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，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

41、提出出第第一一个个在在蓄蓄电电池池上上部部安安装装铂铂丝丝或或海海棉棉状状物物，使使充充电电过过程程电电解解水水产产生生的的氢氢和和氧氧再再化化合成水返回电解液中。合成水返回电解液中。到到1971年年美美国国盖盖茨茨公公司司研研制制出出第第一一个个园园柱柱型型密密封封铅铅蓄蓄电电池池，其其后后20年年间间，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 阀阀控控铅铅蓄蓄电电池池不不仅仅克克服服了了铅铅蓄蓄电电池池的的两两个个主主要要缺缺点点，性性能得到很大提高。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

42、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

43、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

44、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，另一方面又接受外起反应而被氧化，另一方面又接受外来电路传输来的电子进行还原。来电路传输来的电子进行还原。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理化学机理，即负极活性物质与氧进行化学反应的，即负极活性物质与氧进行化学反应的中间步骤。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

45、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。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 铅铅蓄蓄电电池池和和碱碱性性蓄蓄电电池池虽虽然然氧氧还还原原机机理理相相同同，但但密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，

46、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 认认识识氧氧循循环环机机理理，对对研研究究阀阀控控铅铅蓄蓄电电池池成成组组应应用用技技术术具有有十分重要意义。

47、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训中心 若若要要使使氧氧的的复复合合反反应应能能顺顺利利进进行行，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。氧氧的的移移动动越越容容易易，越越顺顺畅畅，氧氧的的复合就越容易。复合就越容易。单单位位时时间间内内氧氧从从正正极极向向负负极极迁迁移移的的数数量量越越多多，允允许许充充电电的的电电流流就就越越大。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

48、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 阀阀控控铅铅蓄蓄电电池池采采用用孔孔隙隙率率达达到到94%。由由大大小小不不同同孔孔径径的的超超细细硅硅硼硼钎钎维制成的隔膜。维制成的隔膜。其其中中小小孔孔充充满满电电解解液液，较较大大的的孔孔留留做做气气体体通通道道，

49、使使氧氧可可以以在在气气相相状状态态迁迁移移，可可以以实实现现很很大大的的电电流流充充电。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

50、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；为为了了提提高高充充电电电电流流，即即在在更更大大的的充充电电流下仍具有高效氧循环能力，电电流下仍具有高效氧循环能力，阀阀控控铅铅蓄蓄电电池池采采用用贫贫液液技技术术，使氧在气相态下迁移；使氧在气相态下迁移；采采用用氧氧循循环环和和贫贫液液技技术术，是是阀阀控控铅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 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