©2010-2026 宁波自信网络信息技术有限公司 版权所有
客服电话：0574-28810668 投诉电话：18658249818
浙ICP备2021020529号-1 | 浙B2-20240490
关注我们 ：
1、 本文由braveheart1h奉献 pdf文档也许在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文献到本机查看。 天津大学 硕士学位论文 光伏系统用铅酸蓄电池循环特性的研究 姓名：马洪斌 申请学位级别：硕士 专业：化学工程 指导教师：唐致远 20231201 中文摘要 世界能源的短缺与环境污染问题的日益突出使得充足开发和运用太阳能成 为世界各国可连续发展的能源战略决策，其中光伏发电最受瞩目。光伏发电系统 中作为储能部件的蓄电池是保证整个光伏系统全天候正常运转的关键部件之一。 用于光伏系统的蓄电池的寿命是光伏发电独立系统扩大应用的瓶颈。因此
2、分析 光伏蓄电池的工作特性，特别是循环特性，寻求符合实际使用条件的光伏蓄电池 已经成为光伏系统研究的重要方向之一。 本论文对光伏系统用Ⅵ也Ａ式铅酸蓄电池（１２Ｖ３５Ａｈ和１２Ｖ．４５Ａｈ）的循环 寿命评估进行了研究，对比了不同使用条件和循环制度下铅酸蓄电池的循环特 性。通过以上研究，得出如下几点结论： １．Ⅵ也Ａ铅酸蓄电池的基本电性能均能满足光伏系统用蓄电池的规定，电池 的均一性、充电效率和荷电保持能力较好。 ２．分别采用Ｄｉｒｋ Ｕｗｅ Ｓａｕｅｒ专家提出的模拟电池实际使用状态的大循环方 法和ＰＶ Ｇａｐ中Ⅵ也Ａ式铅酸蓄电池加速寿命测试方法
3、对电池的循环特性进行研 究。研究表白两种方法都存在缺陷，并提出一种改善方法。通过对比不同型号电 池的寿命实验，可以看出影响光伏系统用铅酸蓄电池的循环特性的因素很多，包 括电池活性物质组成等内在因素，也涉及电池的放电深度、过充电量等外在因素。 关键词： 铅酸蓄电池光伏系统阀控式循环特性 ＡＢＳＴＲＡＣＴ Ｔｈｅ ｓｕ伍ｃｉｅＩｌｔ ｅｘｐｌｏｉｔａｔｉｏｎ ｏｆ ８０ｌａｒ ｅｎｅｒｇｙ ｈａＳ ｂｅｅｎ ｔｕｍｅｄ ｉｎｔｏ ｎｌｅ ｗｏｄｄ ｅｎ锷ｙ ｓ廿ａｔｅｇｉｃ ｄｅｃｉｓｉｏｎ—ｍａｌ【ｉｎｇ ｏｆ ｃｏ
4、ｎｔｉｎⅨｌｂｌｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｂｅｃａ岫ｅ ｏｆ也ｅ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｏｆ ％ｅＩ？ｇｙ ｓｏｕｒｃｅｓ曲ｓｉｓ ｓｙｓｔｅｍ ｉｓ ｆｏｃｕｓｅｄ ａｎｄ ｅｎｖ曲舳ｅｎｔａｌ ｅｎｓｕｒｅ ｐｏｌｌｕｔｉｏｎ．Ｎｏｗ也ｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ ０ｎ ｐｈｏｔｏｖｏｌ协ｉｃ ｍｅ甜ｅｎｔｉｏｎ．Ａｍｏｎｇ ｔｈｅ ｐｈｏｔｏＶｏｌｔａｉｃ ｓｙｓｔｅｍ，ａｓ ｍｅ ｉｓ ｔｈｅ ｋｅｙ ｔ０ ｔ１１ｅ ｗｈｏｌｅ ｓｙｓｔｅｍ ｅｎｅｒｇｙ ｓｔｏｒａｇｅ ｐ小
5、ｓ，ｂａｔｔｅ巧ｐａｃｋ ｎｉｇｈｔ． ｋｅ印ｗｏｒｋ ｔｌｌｅ ｗｈｏＩｅ ｄａｙ ａｎｄ Ｎｏｗ ｍｅ ｌｉｆｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｂａｔｔｅ巧ｐａｃｋ ｉｓ ｔｈｅ“ｂｏｔｔｌｅ．ｎｅｃｋ，’ｔｅｃｈｎｉｃ ａｍｏｎｇ ｍｅ ｅＸｔｅｎｄｉｌｌｇ ｏｆ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｐｈｏｔｏｖｏｌ协ｉｃ ｓｙｓｔｅｍ．Ｔｈｅ ｓｔｕｄｙ ｉｓ ｂｅｃｏｍｉｎｇ ｏｎｅ ｏｆ ｗｏｒｋ ｐｅｒｆ．ｏｎｌｌａＩｌｃｅ，ｅｓｐｅｃｉａｌｌｙ ｃｙ
6、ｃｌｅ ｌｉｆｅ ｃ｝ｌａｒａｃｔｅ矗ｓｔｉｃｓ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｏｆ ｍｅ ｍｏｓｔ ｔａｓｋｓ锄ｏｎｇ ｔ１１ｅ ｐａｐ％ｔ１１ｅ ｒｅｓｅａｒｃｈｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｗｈｏｌｅ ｐｈｏｔｏｖｏｈａｉｃ ｓｙｓｔｅｍ． Ｉｌｌ ｔｈｉｓ ｃｙｃｌｅ ｌｉＶｅｓ ｏｆｍｅ铆ｏ ｔｙｐｅｓ ｏｆＶＲＩ，Ａ ｂａｎｅｒｉｅｓ ｗｅｒｅ ｔｅｓｔｅｄ．Ｔｈｅ ｃｏｎｃｌｕｓｉｏｎｓ ｏｂｔａｉｎｅｄ五吣ｍ ｍｅ ｓｍｄｙ ａｒ｛ｅ弱ｆｏｌＩｏｗｓ： １．ＶＲＬＡ ｂａｎｅ巧ｈａ８ ｇｏｏｄ ｅｌ
7、ｅｃｔｒｉｃ ｐｅｒｆｏ咖ａｎｃｅ ｔｈａｔ ｃａＩｌ ｓａｔｉｓ匆ｍｅ ｒｅｑｕｅｓｔ ｏｆ ｕｌｅ ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ ｔｌｌｅ ｓｔｏｒａｇｅ ｐｅｍ㈣ｅ ｓｙｓｔｅｍ．ｎｅ ｃｏＩｌｓｉｓｔｅｎｃｙ ｏｆ ｍｅ ａｌｌ ｗｅｌｌ ｐｅｒｆ．ｏ彻ａｎｃｅｓ，ｎｌｅ ｃｈａｒｇｅ ｅ伍ｃｉ∞ｃｙ’ａ１１ｄ ｔｅｓｔ ｗｅｒｅ ｂｏｍ ｕｓｅｄ ｔ０ ａｒｅ ｅｎｏｕ曲． ２。Ｔｈｅ俩ｏ ｍｅｔｈｏｄｓ ｏｆ ｍｉｃｒ０－ｃｙｃｌｅ ｔｅ
8、ｓｔ觚ｄ ｔｈｅ ａｃｃｅｌｅｒａｔｅｄ ｓｔｕｄｙ ｔ１１ｅ ｃｙｃｌｅ ａｒｅ ｃｈ撇ｃｔｅｒｉｓｔｉｃ ｃａｎ ｏｆ ｌｅａｄ—ａｃｉｄ ｂａｔｔｅ巧ｐａｃｋ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔ８ ｓｈｏｗ也ａｔ ｍｅｒｅ ｍａＩｌｙ ｆ犯ｔｏｒｓ ｗｈｉｃｈ ａ妇‰ｔ ｔｈｅ ｃｙｃｌｅ ｌｉｆｅ ｏｆ １ｅａｄ—ａｃｉｄ ｂａ牡ｅ巧ｐａｃｋ，ｓｕｃｈ ａｓ 也ｅ主ｎ硒ｈｓｉｃ ｆａｅｔｏｒｓ ｌｉｋｅ ａｃｔｉＶｅ ｎｌａｔｅｒｉａｌ ｃｏｍｐｏｎＩ。ｎｔｓ ａｌｌｄ ｔｈｅ ｅｘｔＩｊ．幽画ｃ ｆ
9、ａｃｔｏｒｓ １ｉｋ．ｅ ｍｅ ｄ印ｔ１１ ｏｆ ｄｉｓｃｈａｒｇｅ（ＤｏＤ）ａｎｄ ｏＶｅｒｃｈａｒｇｅ ｃ印ａｃｉ饥ａｎｄ ｓｏ ｏｎ． ＫＥＹ ＷｏＲＤＳ：ｌｅａｄ—ａｃｉｄ ｂ甜ｅⅨｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ ｓｙｓｔｅｍ，ｖａｌｖｅ ｒｅｇｕｌ撕。珥ｃｙｃｌｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ ｌｉｆｅ 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的 研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其别人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得叁鲞盘堂或其他教
10、育机构的学位或证 书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何奉献均已在论文中 作了明确的说明并表达了谢意。 学位论文作者署名：多跃斌签字日期：埘年ｙ月访日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解苤盗盘堂有关保存、使用学位论文的规定。 特授权盘盗盘鲎可以将学位论文的所有或部分内容编入有关数据库进行检 索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。批准学校 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 （保密的学位论文在解密后合用本授权说明） 学位论文作者署名： 多珑斌 １
11、１ 导师署名： 签字日期：ｖ一扩年ｙ月冶日 签字日期：加８年≯月计日 天津大学硕士学位论文 第一章绪论 第一章绪论 １．１引言 近年来，随着世界能源的短缺与环境污染问题的日益突出，许多国家和地区 都采用了相关措施来提高能源运用率、改善能源结构、探索新能源和可再生能源， 咀达成可连续发展和减少矿物燃料消耗的目的。充足开发运用太阳能是世界各国 可连续发展的能源战略决策，其中光伏发电最受瞩目。近几年启动的“全球环境 基金膛界银行可再生能源发展项目”计划５年中推广约２３万套光伏户用电源系 统和约１０Ｍｗ
12、光伏发电¨】。光伏发电系统以输出电能作为最终表现形式，具有配 置灵活、传输方便、无污染、使用维护简朴、安全可靠、可存储等优点。在能源、 环境和人类社会未来发展中占据重要地位。 太阳能光伏发电系统是运用光电效应原理将太阳能转换为电能的发电系统。 通常由太阳电池组件、控制器、蓄电池组、直流，交流逆变器等组成。光伏发电 系统将由太阳能电池阵列产生的电能加以应用，有直流应用和交流应用两种方式 （如图ｌ—ｌ所示）…。 ｝国 ｄｗ■＇Ｉ神 ▲ 裂 。。器‰ 豢器豳 ＾“弹Ｉ■■■●＿ 图１－ｌ太阳能发电及应用系统 从
13、图１．１可以看出，光伏电池必须在有光照条件下才干工作，独立的光伏发 电系统中必须有作为储能部件的蓄电池存在，才干保证整个光伏系统全天候正常 无津大学硕士学位论文 第一章绪论 运转。用于光伏系统的蓄电池的寿命是光伏发电独立系统扩大应用的瓶颈。因此， 分析光伏蓄电池的工作特性，特别是循环特性，以便寻求符合实际使用条件的光 恢蓄电池已经成为光伏发电系统研究的重要方向之一。 目前国内外在光伏系统中使用的蓄电池重要有以下三大类口＿４】：开口铅酸蓄 Ｂ姗，ＶＲＬＡ）：镍钙、镍氢、镍镉电池（Ｎ记ｋｅＬｃｍｃｉｕｍｂ毗哪Ｎｉｃｌ［ｅｌ—Ｈｙｄｍｇ∞
14、电池（Ⅵｍｔ Ｌｃａｄ ＡｃｍＢ甜日ｙ），阀控式密封铅酸蓄电池（Ｖ由ｖｅＲｅｇＩｌｌｎｉｏｎＬｅａｄ Ａｃｉｄ Ｂｎｅｒ），，Ｎｉｃｋｄ－ｃａｄｍｉｕｍｂ删。 在这三大类电池中，开口铅酸蓄电池在其使用过程中存在水易挥发、易泄漏、 比容量低等缺陷，且在使用过程中随着有酸雾产生，污染环境；而镍钙、镍氢电 池虽然容量较大，但价格昂贵；镍镉电池具有。记忆效应”… … …阀 控式密封铅酸免维护蓄电池（Ⅵ也Ａ）是最近十几年才在我国发展起来的贫液式 铅酸蓄电池，由于它具有不需补加酸水、无酸雾析出、容量大、价格低、自放电 率低、结构紧凑、寿
15、命长、无“记忆效应”、可任意放置使用、搬运方便、使用 清洁等优点，近年来在光伏发电系统中得到广泛的应用ｐ“ｊ。 １．２铅酸蓄电池的结构和工作原理 １．２．１铅酸蓄电池的结构 单体铅酸蓄电池重要由正极板、负极板、硫酸、隔板、槽体和盖组成。正负 极分别焊成极群，如图１．２所示‘ｍＨｌ。 照。● 图１．２铅酸电池结构示意图 天津大学硕士学位论文 第一章绪论 极板极板是铅酸蓄电池储存电能的重要部件，它一般被制成栅架形式，上 面附满活性物质。极板分正极板和负极板两种：正极板上活性物质为棕红色的二 氧化铅（Ｐｂ０２）；负极板活性物质为海
16、绵状深灰色的铅（Ｐｂ）。正负极板都浸在 一定浓度的硫酸溶液中。为了增长电池容量，可以把几块不同极性的极板用金属 条连接在一起并称之为“极板组”或“极板群”。由于正极上活性物质比较疏松， 机械强度低，假如极板的两面放电不均，就会形成正极板拱曲而使其上的活性物 质脱落。所以，在每一单格中负极板要比正极板多一片，这样，就可以保证组装 后，每片正极板都处在两片负极板之间，使两侧放电均匀以减少正极板的拱曲和 活性物质的脱落【１５１。 隔板在各种类型的铅酸蓄电池中，除少数特殊组合的极板间留有宽敞的空 隙外，在两极板间均需插入隔板，以防止正负极板互相接触而发生短路。规定隔 板为电绝缘体（如木质、橡胶、微孔橡
17、胶、微孔塑料、玻璃纤维棉等），耐氧化， 耐硫酸腐蚀，还要有足够的孔率（６０％）和孔径。 、 槽体槽体是用来盛装电解液和支撑极板的，也为电绝缘体，机械强度高， 耐酸，耐温，通常有玻璃槽、衬铅木质槽、硬橡胶槽和塑料槽四种。 电解液铅酸蓄电池的电解液是用蒸馏水稀释高纯度浓硫酸而成。它的比重 高低视铅酸蓄电池类型和所用极板而定，一般在１５℃时为１．２００．１．３００之间。蓄 电池用的电解液（稀硫酸）必须保持纯净，不能具有害于铅蓄电池的任何杂质。 １．２．２铅酸蓄电池的发展历史 铅酸蓄电池是１８５９年由普兰特（ＰｌａＩｌｔｅ）发明的二次电池。他采用两块铅
18、板 作为电极，置于１０％的硫酸溶液中进行电解，使电解的电流方向不断变化，结果 使得铅酸的蓄电容量逐渐增长。但是这种Ｐｌａｎｔｅ式极板化成需要很长时间。１８８０ 年Ｆ ａ＿ｕｒｅ在铅片上涂覆铅膏，该铅膏由Ｐｂ３０４，Ｈ２Ｓ０４和Ｈ２０和制而成，从而缩 短了化成的时间。１８８１年Ｓｗ锄用铅板栅代替铅片；同年Ｓｅｌｌｏｎ发明了Ｐｂ．Ｓｂ板 栅合金，从而改善了板栅的机械强度。１ ８８２年Ｇｌａｄｓｔｏｎｅ和Ｔ曲ｅ在铅酸电池的 两极均发现了ＰｂＳ０４这种化合物，创建了“双极硫酸盐”理论。 现代铅酸理论研究开始于１９４９年，ＬａＩｌｄｅｒ初次运用Ｘ射线衍射法（Ⅺｍ） 研究了Ｐｂ电极上形
19、成的腐蚀产物。此后人们逐渐引入新的测试方法和测试手段 来研究铅酸蓄电池，如扫描电镜（ＳＥＭ）、透射电镜（ＴＥＭ）、热重分析（ＤＴＡ） 等。１９５７年西德ＳｏｎｎｅＩｌｓｃｈｅｉｎ公司初次将凝胶电解质技术应用于铅酸蓄电池， 制成接触性变性凝胶工业电池并投入市场。同年英国Ｃ１１ｌｏｒｉｄｅ公司发明了 “Ｔｏｖｇｕｅｓｔａｎｅｒ”再化合免维护汽车电池，标志着实用密封铅酸蓄电池的诞生。 １９７１年美国Ｇａｔｅｓ公司初次将超细玻璃纤维用于密封铅酸电池中，生产出吸液式 天津大学硕士学位论文 第一章绪论 卷绕极板圆筒形电池，获得专利并批量成产，第一次把氧气复
20、合原理在商品电池 中实行，实现了铅酸蓄电池技术上的重大突破。１９７３年，诞生了第一个商业化 的阀控密封铅酸蓄电池（ⅥＵＡＢ）【１６＇１７１。 根据放电时间的长短，目前铅酸蓄电池的用途可表达如图１．４所示【１８】。 ＿ 。 要 冷 ■ 一 骨 Ｉｆ 墓 ； 薯魏 室 警魏 萎 鬟是 薹 凿薯稀 苫 誓魏 百 图１．４铅酸蓄电池分类图（按放电时间Ｔ的长短） １．２．３铅酸蓄电池的工作原理
21、 铅酸蓄电池的电化学表达式如下【１２￣１４１ （一）Ｐ６１月７：ｓＤ４ ｌｍＤｊ（＋） ．蓄电池的充电和放电靠正负极板上活性物质与硫酸的化学反映来实现。铅蓄 电池在充电和放电过程中的可逆反映理论比较复杂，目前公认的是哥来德斯东和 特利浦两人提出的“双硫酸化理论”。该理论的含义为铅蓄电池在放电后，两电 极的有效物质和硫酸发生作用，均转变为硫酸化合物——硫酸铅；当充电时， 又恢复为本来的铅和二氧化铅。按照这个理论，铅酸蓄电池在其正、负极板上分 别进行着如下的化学反映过程： 正极板：ｍＤ２＋３Ⅳ＋＋嘲＋２Ｐ一翁Ｐｂｓ０４＋２Ｈ２０ 负
22、极板：尸６＋册听翁Ｐｂｓ０４＋日＋＋２Ｐ一 总的反映方程式： （正极） ‘ 方程式（１．１） 方程式（１—２） （电解液） 。 （负极）放电（正极） １ （电解液） ‘ （负极） １ 肋ｑ＋２日２。孓Ｄ４＋Ｐ易象Ｐｂｓ０４＋２Ｈ２０＋Ｐｂｓ０４ 京南 方程式（１—３） 反映方程式从左向右表达放电过程，而从右向左表达充电过程。放电过程和 充电过程互为可逆反映。整个充放电过程可表达如图１．３（ａ，ｂ）所示口，１９１。 天津大学硕士学位论文
23、 第一章绪论 暂锯 始鬟 也过 毒穗 毫彤撼 麓戚器 艘生瓤电成鹰 （ａ）放电过程 懿麓我 敌电 髦魔 物质 电嵩 ：奄蛘誓 ：蓬摄越 哪 ｌ１ 畸 ；霄 ； ： ◆ｌ ｌ’ ｌ撼 嗽藏 彩成 建麓 ｒ ∞． ｛ 韧嫩 锄爱 ， ；砖ｓＧＩ。矧∞，峨ｌ （ｂ）充电过程 图ｌ一３铅酸电池充放电过程示意图 从反映方程式（１．１）、（１．２）和（１—３）可以看出，在放电期间，
24、铅酸蓄电池正极 的活性物质二氧化铅（Ｐｂ０２）和负极的活性物质海绵状铅（Ｐｂ）与电解液硫酸（Ｈ２Ｓ０４） 进行化学反映生成硫酸铅（ＰｂＳ０４），引起Ｈ２Ｓ０４的减少，并且在正极板上不断生 成水（Ｈ２０），从而引起电解液的比重减少。在充电期间，正极板上的硫酸铅氧化 生成了二氧化铅，而此时负极板上的硫酸铅还原成铅（海绵状），同时生成硫酸， 并消耗水，这样电池中的电解液比重就增长［２０１。值得注意的是，铅酸蓄电池在充 放电过程中，硫酸起传导电流的作用，并参与电池反映，但参与反映的是嘲， 不是ｓ谚一，由于Ｈ２ｓ０４的二级离解常数相差很大。 咒 Ｈ２Ｓ０４§Ｈ＋＋
25、Ｈｓｏ：Ｋ｛－、◇ Ｋ、 嘲占日＋＋删一鼯１．０２×１０‘２ ．５． 方程式（１－４） 方程式（１－５） 应当指出，反映方程式（１．１）、（１．２）和（１．３）所述充电过程是人们所盼望的主 天津大学硕士学位论文 第一章绪论 反映。在传统的非抱负的充电方式下，往往随着着一个很难避免的副反映，即水 的电解。在传统充电方式的后期，由于正、负极板上的硫酸铅己大部分转变成二 氧化铅和海绵状铅，充电电流假如超过剩余活性物质的需求则充入的电能将重要 消耗于水的电解。结果在电池的负极会有氢气（Ｈ２）析出，在正极则会有氧气（０２）
26、析出，导致十分强烈的冒泡现象。其中电解水的反映是： 负极：４日＋＋４ｅ一一２Ｈ２个 方程式（１—６） 方程式（１—７） 方程式（１．８） 正极：２胃２Ｄ一４Ｐ一＿４胃＋＋Ｄ２个 总的反映式为：２日２Ｄ一２日２个＋Ｄ２个 所以在充电末期必须注意充电电流的大小，否则会导致产气愤泡过于剧烈， 冲刷极板，容易使极板上的活性物质脱落损坏，减少电池的容量和寿命，同时还 会导致水的消耗大为增长，浪费电力和蒸馏水，也增长了管理和维护的麻烦。 Ⅵ也Ａ蓄电池同传统的防酸隔爆式的固定型铅酸电池相比进行了一下改善： （１）采用高纯度Ｐ卜＿ｃａ＿．ｓｎ＿＿Ａ１
27、板栅合金代替Ｐｂ＿心ｂ合金，由于Ｐｂ—Ｃａ合 金比Ｐｂ－＿Ｓｂ合金有更高的析氢过电位，从而可以减少析出氢气的析出自 放电小 （２） 在使用全过程中，不需要添加水和调整酸的比例。 （３）不漏液，无酸雾，无环境污染 （４）结构紧凑，密封良好，抗震，比能量高。 （５）不存在记忆效应。 （６） 使用范围广。 图１－４ ＶＲＬＡ电池与ＧＦ电池（左）的比较 Ｖ］虬Ａ电池的工作原理： 天津大学硕士学位论文 第一章绪论 电池的充／放原理 正极板：鼢Ｑ＋３劈＋＋呶＋２Ｐ一篇Ｐｂｓ０４＋２Ｈ２０
28、 放电 负极板：ｍ＋肋ｉ冠Ｐｂｓ０４＋日＋＋２ｅ一 总的反映方程式： （电解液） ‘ ’ （正极） ‘ （负极）放电（正极） ’ （电解液） ‘ （负极） ’ ＋＾ Ｐ６ｑ＋２日２ｓｇ＋Ｐ６龛ＰｂＳ０４＋２Ｈ２０＋Ｐｂｓ０４ Ｖ甩Ａ电池的密封原理： 电池在充电过程中，正极除了有ＰｂＳＯ。转变为ＰｂＯ。以外，尚有氧析出反映，特 别是电池的充电后期，当电池容量达成８０％时，氧的析出反映更为剧烈，两极的 气体析出反映如下： （＋）２Ｈ２０—－
29、．０２＋４盯＋４ｅ （——）２盯＋２ｅ—，Ｈ２ 对于浮充使用的电池，即使是浮充电流很小，但在长期浮充状态下，除浮充 电流一部分用于电池自放电生成的ＰｂＳ０。转为正负极活性物资以外，不避免的， 浮充电流另一部分则用于水的电解，氧和氢气的产生使电池内部失水，电解液密 度发生变化，也使电池难以实现密封。铅酸蓄电池自诞生以来，人们都一直在寻 求实现电池的密封，以此减少对电池的维护。ＶＲＬＡ电池的出现，实现了电池的 密封，图卜５、图卜６揭示了电池密封的原理。 从图中看出，电池密封的关键技术是采用负极过量设计，电池在过充或长期 浮充时，只在正极电解水析出氧气，通过ＡＧＭ隔板的
30、孔隙，迅速扩散到负极，与 负极活性物质海绵状铅发生反映生成氧化铅（Ｐｂ０），负极表面的ＰｂＯ碰到电解 液Ｈ２Ｓ０。发生化学反映生成ＰｂＳ０４和Ｈ２０，其中ＰｂＳ０。再充电而转变为海绵状Ｐｂ， 生成的Ｈ２０又回到电解液，避免了水的损失。因氧气的再复合，从而实现了电池 的密封。 天津大学硕士学位论文 第一章绪论 图１．５密封原理示意图 过笼 ：ｌ＋括 髓谴 托椰邵昧删嘲 ｆＧａｓ ＲｃｃｏｍｈＩＩＩａ￡ｉｏｌｌｌ ｆＨ２０ ｌ，２０： Ｈ２０ 图１．６氧循环原理图 １．
31、３光伏铅酸电池的特点和发展趋势 １．３．１光伏系统用铅酸蓄电池特点 在光伏电站使用环境中，白天，太阳能电池组件接受太阳光，输出电能 天津大学硕士学位论文 第一章绪论 部分供应直流或交流负载工作，另一部分供应蓄电池组充电；夜晚或阴雨天，太 阳能电池组件无法工作，蓄电池组为直流或交流负载供电，所以蓄电池一直处在 循环状态，蓄电池的寿命也称为循环寿命【２１＇２２】。 应用于光伏系统中的铅酸蓄电池的工作条件和应用在其他场合下铅酸蓄电 池的工作条件不同，其重要区别可以概括为（２抛５】： （１）充电率非常小，平均充电电流一般为１５旷Ｉｌｏｏ，很少达成１５￣１１０；
32、２）放电率非常小，通常为Ｃ／２肚Ｃ／２４０，或者更小； （３）由于受到自然资源的限制，蓄电池只有在有日照时才干充电，即充电 时间受到限制； （４）不能按给定的充电规律对蓄电池进行充电。 国家标准ＧＢ厂ｒ１９０６４．２００３《家用太阳能光伏电源系统技术条件和实验方法》 对太阳能光伏电源系统用铅酸蓄电池提出如下规定： （１）深循环型铅酸蓄电池是应用于家用太阳能光伏电源系统的首选产品。 （２）根据本地连续阴雨天情况设计蓄电池的最小容量。深循环铅酸蓄电池 的设计放电深度（ＤＯＤ）为８０％，浅循环铅酸蓄电池的设计放电深度（ＤＯＤ） 为５０％。 （３）当密封铅酸蓄电池在海拔２５００ｍ以上条件下使用时，必
33、须得到蓄电池 生产厂商确认。 目前光伏发电系统中，铅酸蓄电池频繁处在充电．放电的反复循环中，由于 日照的不稳定性，过充电和深放电的不利情况时有发生。加之光伏发电系统大部 分在西部地区使用， 蓄电池有如下规定【２６】： ?具有深循环放电性能，充放电循环寿命长； ●对过充电、过放电耐受能力强； ? 海拔都在２５００ｍ以上， 因此，对光伏发电系统中的铅酸 当电池不能及时补充充电时，能有效克制小颗粒硫酸铅的生长。 良好的充电接受能力； 富液式电池在静态环境中使用时，电解液要不易分层； ?具有免维护或少维护的性能； ?应具有良好的高、低温充放电特性； ●
34、能适应高海拔（２５００ｍ以上）地区的使用环境； ?蓄电池组中各蓄电池一致性良好，无需均衡充电： ●具有较高的能量效率； ?具有较高的性价比。 天津大学硕士学位论文 第一章绪论 １．３．２光伏系统用铅酸蓄电池容量特性 假如将光伏电站用蓄电池工作特性曲线的充电部分放大，会发现并不是单纯 的充电曲线，而是包具有放电、充电的复杂曲线。这是由于，太阳能电池板接受 的太阳光能并不是每时每刻保持恒定，在某一瞬间，假如一片云遮挡了太阳光， 那么太阳能电池板接受的光能减弱，产生的电流减小而无法满足设备工作的正常 需要值，于是蓄电池进行放电来补充设备需要。 ‘７
35、 下丫、～一 矿＼从． 白 蠢 簋 白 纛 敦 蠢 羌 ？ ∥Ｎ ＼ ｈ 图１．７光伏系统用铅酸蓄电池工作曲线（上）及工作曲线部分放大图（下）【１８】 在光伏系统设计蓄电池容量时，已知的是某一个电站的功率数，因此蓄电池 容量的计算是以恒功率放电数据为准，其容量计算公式如下式所示口７】： ｃｔ＿坌兰！兰墨 Ｌ×Ｕ×Ｋ 式中Ｃ’为蓄电池容量（ｋＷ．ｈ）；Ｄ为最长无日照期间用电时数（ｈ）；Ｆ为蓄电 池放电效率的修正系数（通常取１．０５）；Ｐｏ为平均负荷容
36、量（螂叻；Ｌ为蓄电池的维 修保养率（通常取Ｏ．８）；Ｕ为蓄电池的放电深度（通常取０．５）；Ｋ口为涉及逆变器等 交流回路的损耗率（通常取０．７～０．８）。因此上式可简化为： ’ Ｃ’＝３．７５Ｄ×忍 这就是根据平均负荷容量和最长连续无日照时的用电时间计算出的蓄电池 容量公式。但由于蓄电池容量一般以安培小时（Ａｈ）数表达，故蓄电池容量应 为： ｃ：型鉴 ｙ 式中：Ｃ为蓄电池容量（Ａｈ）；Ｖ为光伏电站系统的电压等级１１０Ｖ，２２０Ｖ 天津大学硕士学位论文 第一章绪论 或３８０Ｖ等。 光伏电站用蓄电池的
37、电压较高，一般为２２０Ｖ，有时甚至也许高达３８０Ｖ以 上，蓄电池的容量相对较大。如此大的蓄电池容量，在实行过程中，多是用小容 量蓄电池进行并联（内并联或外并联）组成，这样也许产生几个隐患：蓄电池数量 极其繁多，蓄电池之间的均匀性差异加大，导致系统不稳定；内并联蓄电池的散 热是一个大问题，也许引发热失控；外并联支数太多，也许产生内部环流，加剧 蓄电池间的不均匀性，国际上对此解决的方法是采用一体化单体大容量蓄电池， 通过特殊工艺加大板栅的尺寸与厚度，从而加大单片极板的容量。 光伏系统用铅酸蓄电池室一般没有配套空调，铅酸蓄电池的工作环境温度变 化范围很大，夏天也许高达４０℃以上，而冬天有也许低于．４
38、０℃，这就规定光伏 电站用铅酸蓄电池能适应广泛的温度范围而性能不受影响。尚有光伏电站多建立 在边远偏僻的山区、牧区、高原、戈壁等地区，这些地区，海拔相对较高，空气 比较稀薄，大气压较低，所以还一定要考虑铅酸蓄电池安全阀的开闭阀压力值设 计是否得当。 １．３．３光伏系统用铅酸蓄电池循环特性 影响光伏系统用铅酸蓄电池循环寿命因素比较多，比如工作环境的特殊性决 定了铅酸蓄电池难以得到完全的充满，而是长期处在欠充状态；蓄电池底部酸浓 度高于项部酸浓度的酸分层现象，从而使极板由于在其上的硫酸浓度的不同，导 致负极板底部硫酸盐化；正极板腐蚀和膨胀等使蓄电池的寿命缩短。影响光伏发 电系统
39、用储能ⅥｕＡ蓄电池循环寿命的因素分为内在因素和外在因素，内在因 素涉及活性物质的组成、晶型、孔率、极板尺寸、板栅材料和结构等，外在因素 涉及放电深度、过充电量、充电电流和电压、环境温度等。对各方面影响因素分 别表述有［２＇２６，２７，３３￣３７】： 内在因素的影响： ?正极活性物质的软化脱落 Ⅵ也Ａ蓄电池在循环使用条件下，电池的失效重要是由正极活性物质（Ｐ枷） 的软化、脱落所致。 铅酸电池循环过程中，正负极活性物质经历了可逆的溶解再沉积过程，改变 了多孔二氧化铅电极的结构。也许会引起体积的增长，改变颗粒和孔尺寸的分布 与多孔二氧化铅结构中颗粒之间的机械结合性能和导电性能减少
40、随着循环的继 续，这种情况还会进一步的恶化，结果使得该区域的活性物质软化和脱落。 ●酸分层对蓄电池寿命的影响 电解液分层现象是由于重力的作用在电池的充放电过程中产生的，即充电时 天津大学硕士学位论文 第一章绪论 正负极板表面都产生ＨｚＳ０４，它的密度大，因重力的作用而下沉。在放电时，正 负极板表面均消耗Ｈ２ｓ０４，故表面液层密度小，低密度的电解液顺着极板间上升， 而极板上部高密度的电解液则从极板侧面向下流，电解液流动的结果导致了上部 密度低、下部密度高。分层现象的产生对蓄电池的使用寿命和容量均产生不利影 响，加速了板栅的腐蚀和正极活物质的脱落，导致负极板硫酸盐化
41、 ● 电液密度对铅蓄电池寿命的影响 电解液的浓度不仅与蓄电池的容量有关，并且与正极板栅的腐蚀和负极活性 物质硫酸盐化有关。过高的硫酸浓度加速了正极板栅的腐蚀和负极活性物质硫酸 盐化，并导致失水加剧。 ?板栅合金的影响 ⅥｕＡ蓄电池由于长期使用，正极板栅会在电解液的作用下逐步腐蚀并长 大，板栅的长大使活物质和板栅的结合性减少，从而导致电池容量逐渐丧失。这 种正极板栅的腐蚀和长大重要受板栅的合金组成、电解液密度以及板栅筋条形状 等因素的影响。 在蓄电池充电过程中，板栅和活性物质的界面上形成非导电层，这些非导电 层或低导电性层在板栅和Ｐ枞
42、界面引起了高的阻抗，导致充放电时发热和板栅 附近Ｐ枞膨胀，从而限制了电池的容量（即所谓的ＰＣＬ效应）。 极板厚度的影响 极板的厚度应属于电池设计方面的问题，一般来说，较厚极板的循环寿命要 长于较薄极板，而活性物质运用率相比之下要差一些，但有助于循环寿命的延长。 ●装配压力的影响 装配压力对Ⅵ也Ａ电池寿命有很大影响。超细玻璃纤维隔板（ＡＧＭ）弹性差， 组装时极群不加压或压力过小，隔板和极板之间不能保持良好的接触，电池容量 大大下降。 在循环过程中，活性物质的膨胀、疏松、脱落是电池寿命提前终结的因素之 一，采用较高的装配压力可以防止活性物质在深循环过程中的膨胀。若装配
43、压力 太低，还会导致隔板过早的与极板分离，引起电液传输困难，电池内阻迅速增大， 导致蓄电池寿命终止。因此，采用较高的装配压力是电池具有较长循环寿命的保 证。 外在因素的影响： ●充放电电流 充电电流由１．２．３节可知，当以超过蓄电池接受能力的电流充电时，激化将 产生大量的气体析出，这些气体将对极板上的活性物质产生冲击，从而导致活性 物质的脱落。同时也许在蓄电池内无法实现气体在结合，从而使蓄电池内部压力 天津大学硕士学位论文 第一章绪论 增大，气体溢出，电解液减少，蓄电池干枯。 放电电流在光伏系统中，蓄电池的放电电流非常小。在小电流条件下形成 的ＰｂＳ０４比大电流条
44、件下形成的ＰｂＳ０４转化困难得多。这是由于小电流条件下 要比大电流条件下形成的ＰｂＳ０４结晶颗粒粗大，粗大的ＰｂＳ０４结晶颗粒减少了 ＰｂＳ０４的有效面积，这样在再充电时加速了极板极化，导致ＰｂＳ０４转化困难，随 着循环的继续，这种情况还会更加加剧，结果使得极板充不进电，最后导致蓄电 池寿命终止。 ●放电深度 放电深度对寿命的影响重要表现在，放电深度越大，相对使用寿命越短。因 为蓄电池正极板上活性物质Ｐｂ０２互相结合并不是很牢，放电时生成的ＰｂＳ０４体 积比Ｐｂ０２大，使放电后的活性物质体积加大，充电又生成体积小的Ｐｂ０２。这样 反复的收缩和膨胀，就使Ｐｂ０２粒子之间的互相结合逐渐松弛，易于脱
45、落，从而 使容量减少。假如放电深度加大，则参与反映的活性物质越多，从而使活性物质 的收缩和膨胀限度增大，对结合力破坏加大，活性物质脱落也就严重。使蓄电池 寿命缩短。因此对同一负载来说，使用更大容量的蓄电池比小的容量蓄电池有更 长的寿命。 ●过充电限度 当蓄电池过充或在浮充或涓流充电时，蓄电池的极板、板栅等部件必须承受 着由于电解的氧化而导致的损坏。过充量是决定蓄电池寿命的一个至关重要因素 【３０’３１１。假如定义过充电系数为： ）（－Ｑ过／Ｃ 式中：Ｑ过为过充电量 则蓄电池放电深度与过充系数对循环寿命的影响有如图１．８所示关系。对比 图中曲线１与３可知，再相同的放电深度５０
46、％情况下，但是充时蓄电池的循环使 用寿命是过充１０％时的近１倍，控制蓄电池的过充将可大大提高其使用寿命。 ４５０ 、 德撕 拜 驾Ⅺ 凌 ｆ ，ｌ ｌ擎ｊ｛７ ’ ，＼？℃ ｝ ＼｝ ｆ 戢２ｌＯ ＼弋飞 鳓 ，心。 ’、Ｉ■ ｌ∞ Ｏ ∞ ∞ ∞Ｉ∞ 麓毫蠢发《％） 垃充鬟致；Ｉ—廿．知－ｏ．口％?｝．ｏ。ｌ町 一１３． 天津大学硕士学位论文 第一章绪论 图１．８放
47、电深度和过充电系数对循环寿命的影响 然而，适当的过充能防止蓄电池的酸分层化，这是由于过充产生的析气使蓄 电池内部溶液进行“搅拌”，从而阻止了酸分层【３２】。 ●温度的影响 高温对蓄电池失水干涸、热失控、正极板栅腐蚀和变形等都起到加速作用。 温度的升高虽然使蓄电池的输出容量增大，但它加速了蓄电池电极的腐蚀，提高 了蓄电池的出气量，使电解液损失ｆ３引。特别在充电期间，酸浓度大。电极的腐蚀 导致活性物质的脱落【３４１，使蓄电池的寿命减少。 低温会引起负极失效，温度波动会加速枝晶短路等等，在低温充电时引起气 体析出导致内部压力增大和电解液减少，也缩短了蓄电池寿命［３８１。
48、 在一定环境温度范围放电时，使用容量随温度升高而增长，随温度减少而减 小。在环境温度ｌＯ℃￣４５℃范围内，铅蓄电池容量随温度升高而增长，如阀控密 封铅蓄电池在４０℃下放电电量比在２５℃下放电的电量大１０％左右；但是，超过 一定温度范围则相反，如在环境温度４５～５０℃条件下放电，则电池容量明显减小。 低温（＜５℃）时，电池容量随温度减少而减小，电解液温度减少时，其粘度增 大，离子运动受到较大阻力，扩散能力减少；在低温下，电解液的电阻也增大， 电化学的反映阻力增长，结果导致蓄电池容量下降。另一方面，低温还会导致负极活 性物质运用率下降，影响蓄电池容量，如电池在．１０℃环境温度下放电时，负极 板容量
49、仅达３５％额定容量。 图１．９给出了Ⅵ也Ａ蓄电池后备使用寿命与周边环境温度之间的关系【３８枷］ 这里考虑蓄电池充电电压在２．２５．２．３０Ｖ（单体之间）并有温度补偿。 Ｌ 使 用 鸯 舟 ＾ ’’“ｋ － Ｎ １、 、～ 攀 、．， 、≮ 胁ｋ ｌ仆 Ｏ 抛 匏 雏 弱 ∞ 图１．９温度与使用寿命的关系 天津大学硕士学位论文 第一章绪论 １．３．４
50、光伏系统用铅酸蓄电池发展趋势 目前，光伏系统用铅酸蓄电池大部分是密封铅酸蓄电池和传统的固定式铅酸 电池，而并非是专门根据光伏系统特点加以设计的电池。国内用于贮能的蓄电池 多由Ⅵ也Ａ蓄电池或者是通讯用蓄电池发展而来，国外则往往从汽车电池发展 而来。还没有一种蓄电池可以完全适合光伏系统的特性。 目前从实际使用来看，用户对于光伏系统用蓄电池提出的重要规定是：深放 电循环寿命长；耐过充电和过放电能力强；比能量尽也许的高；维护简朴，不需 要补充水；无酸雾溢出，无需隔离放置，低温性能好，价格便宜。由于光伏蓄电 池的工作特性与以往的蓄电池特性具有明显的差异。对于光伏蓄电池的测试，国 外目
©2010-2026 宁波自信网络信息技术有限公司 版权所有
客服电话：0574-28810668 投诉电话：18658249818
浙ICP备2021020529号-1 | 浙B2-20240490
关注我们 ：
