1、2010-10、全國(guó)信息專業(yè)技術(shù)人員知識(shí)更新工程培訓(xùn)蓄電池蓄電電源系統(tǒng)，其次是對(duì)蓄電池充電和放電的基本要求，蓄電池的分組應(yīng)用技術(shù)是蓄電池蓄電電源系統(tǒng)的技術(shù)關(guān)鍵。 電池應(yīng)用技術(shù)是電池分組應(yīng)用研究的依據(jù)。 蓄電池的充電和放電特性是研究蓄電池應(yīng)用技術(shù)的基礎(chǔ)。 本文探討了三種蓄電池的充放電特性和對(duì)充放電的基本要求。 目前主要應(yīng)用的電池分為(1)非密封富液電池3種。 (2)對(duì)電池進(jìn)行密閉閥控制密閉。 (3)高性能綠色新型電池。 第1類：非密封富液傳統(tǒng)蓄電池：如鉛酸蓄電池、鎳鎘蓄電池等。 這種電池的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單優(yōu)良的自動(dòng)均衡功能最簡(jiǎn)單的分組技術(shù)和分組應(yīng)用技術(shù)最簡(jiǎn)單的充放電技術(shù)和設(shè)備要求至今仍有很多應(yīng)用。

2、 此類蓄電池的主要缺點(diǎn)是污染嚴(yán)重，儲(chǔ)存效率低，壽命短，維護(hù)工作量最大。 隨著技術(shù)的發(fā)展，這種蓄電池的應(yīng)用處于迅速萎縮的狀態(tài)。 現(xiàn)在的充放電技術(shù)和充放電設(shè)備是根據(jù)這種電池的特征和當(dāng)時(shí)的技術(shù)水平化學(xué)基而形成的。 其充放電控制方法的萩特征是“依靠單電池”，第2類：采用密封和閥控制密封技術(shù)的傳統(tǒng)蓄電池：閥控制鉛酸蓄電池、堿密封蓄電池等蓄電池是第1類蓄電池的改進(jìn)型產(chǎn)品。 此類蓄電池的技術(shù)特點(diǎn)是采用氧循環(huán)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了蓄電池的密封和閥門(mén)特羅爾密封。 與第一類電池相比，具有維護(hù)少、污染低、儲(chǔ)存效率高、壽命長(zhǎng)等顯著特點(diǎn)，得到迅速普及。 其中，閥控鉛酸蓄電池是目前鉛酸類蓄電池的主流產(chǎn)品。 但是，污染問(wèn)題還沒(méi)有完全

3、消除。 與鋰絡(luò)離子二次電池相比，存在制造成本低、儲(chǔ)藏效率低20%以上、生產(chǎn)能量高34倍、整個(gè)生命周期使用成本高2倍左右的金屬鉛、酸污染。 在電池的分組應(yīng)用中，應(yīng)注意：閥控特羅爾金屬鉛電池和金屬鉛電池的技術(shù)特點(diǎn)是同屬鉛酸蓄電池系統(tǒng)，而金屬鉛蓄電池具有較強(qiáng)的自動(dòng)均衡充電特性，所以單電池充電方法和恒流充電模式對(duì)優(yōu)選的閥控特羅爾鉛酸蓄電池的自動(dòng)均衡能力非常有限現(xiàn)在一般采用的基于路端電壓的限流充電模式，也不能適用于蓄電池組的充電。 兩者的分組應(yīng)用技術(shù)有很大差異。 第三類是綠色高性能新型電池。 這種蓄電池主要有錳酸鋰蓄電池、磷酸亞鐵元素鋰蓄電池、金屬氫化物-鎳蓄電池等。 此類蓄電池的特點(diǎn)包括綠色無(wú)污染、能

4、量密度高、功率密度高、壽命長(zhǎng)、儲(chǔ)存效率高等。 其中，鋰絡(luò)離子二次電池是新型二次電池技術(shù)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展方向節(jié)能與替代能源產(chǎn)業(yè)技術(shù)和產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)的焦點(diǎn)節(jié)能與替代能源產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)的戰(zhàn)略頂點(diǎn)。 掌握新儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)的關(guān)鍵技術(shù)，掌握節(jié)能與替代能源產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)的主導(dǎo)權(quán)。 蓄電池的分組技術(shù)和分組應(yīng)用技術(shù)是蓄電電源系統(tǒng)的技術(shù)關(guān)鍵。 是制約當(dāng)前節(jié)能和替代能源產(chǎn)業(yè)的技術(shù)瓶頸。 蓄電池組化技術(shù)、組化應(yīng)用技術(shù)和設(shè)備研究是涉及多個(gè)技術(shù)領(lǐng)域和產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域的技術(shù)集約型系統(tǒng)工程。 電池充電電源系統(tǒng)是提供電池安全駕駛(即，充電與放電)的技術(shù)條件的相關(guān)聯(lián)設(shè)備的集合。 了解蓄電池的充電和放電特性、對(duì)充放電設(shè)備的要求，是蓄電池蓄電電源系統(tǒng)研究的基礎(chǔ)。 以下從

5、蓄電池的充放電特性、充放電方法及對(duì)充放電設(shè)備的基本要求入手，探討蓄電池的充放電特性電池分組技術(shù)電池組合應(yīng)用技術(shù)對(duì)充放電設(shè)備的基本要求。2.3.1對(duì)鉛酸蓄電池充電和放電的基本要求是，鉛酸蓄電池是普通的非密封富液鉛酸蓄電池。 此類蓄電池性能滯后，酸污染嚴(yán)重，壽命短，維護(hù)管理工作量大，應(yīng)用范圍大幅萎縮，不是本次關(guān)注的重點(diǎn)。 為了認(rèn)識(shí)充放電技術(shù)和設(shè)備的現(xiàn)狀，更容易理解對(duì)閥控特羅爾鉛酸蓄電池充電和放電的要求。 有必要就鉛酸蓄電池的充放電特性和對(duì)充放電的基本要求進(jìn)行研究。 鉛酸蓄電池主要包括起動(dòng)型鉛酸蓄電池、動(dòng)力型鉛酸蓄電池、船用鉛酸蓄電池、固定型鉛酸蓄電池電動(dòng)車(chē)輛用鉛酸蓄電池等品種。 2.3.1.1對(duì)鉛

6、酸蓄電池充電的要求，蓄電池產(chǎn)品技術(shù)文件中對(duì)充電、放電和維護(hù)的具體要求。 對(duì)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)要求、環(huán)境要求等也有具體的規(guī)定。 電池的充電、放電和維護(hù)管理技術(shù)要求，用戶可以從產(chǎn)品技術(shù)文件和相關(guān)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)中了解詳細(xì)情況。 值得注意的是，這些個(gè)的規(guī)定和要求都是對(duì)(單個(gè))電池的要求。 單電池的充電和放電方法不適用于組電池的充電和放電，也不適用于組電池的充放電設(shè)備的研究。 分組技術(shù)和分組應(yīng)用技術(shù)的研究主要是在電池分組應(yīng)用時(shí)研究滿足電池應(yīng)用技術(shù)要求的方法和技術(shù)措施。 在以下討論中，首先重點(diǎn)討論各種蓄電池的不均衡自適應(yīng)特性。 鉛酸蓄電池的特點(diǎn)是在充電中具有良好的自動(dòng)均衡能力。圖2-5鉛酸蓄電池的充電反應(yīng)特性曲線、

7、有效充電反應(yīng)、充電末期(電壓上升到約2.4V )、PbSO4都轉(zhuǎn)換成PbO2和Pb，充電過(guò)程的電極反應(yīng)幾乎結(jié)束。 由于超電位有限，H2O分解仍很弱。 如果持續(xù)流過(guò)充電電流，超電位持續(xù)上升，水的分解逐漸變強(qiáng)。 充電完成后，充電電流全部用于電解水。 可以將鉛酸蓄電池的充電特性簡(jiǎn)化為圖2圖6的等效電路描述。 等效電路的電壓電流曲線、鉛酸蓄電池的充電電壓特性曲線屬于圖2-1(a )。 完全充電后，電池電壓幾乎保持在穩(wěn)定的電壓值，不會(huì)明顯上升。 在圖2 a中，當(dāng)充電電流經(jīng)由電阻器R1對(duì)電容器c充電時(shí)，電容器c上的電壓逐漸上升。 電壓上升到水電的電解電位(與咖啡師R2的額定電壓等價(jià))時(shí)，充電電極與剩馀的電

8、流反應(yīng)，全部被電解水(等價(jià)咖啡師R2 )吸收。 隨著充電電極的反應(yīng)電流逐漸減少，蓄電電池的充電電壓持續(xù)上升。 充電電極反應(yīng)完全結(jié)束后，充電電流全部用于電解水，超電位幾乎穩(wěn)定，蓄電池的充電電壓幾乎穩(wěn)定，是等效穩(wěn)壓管d的穩(wěn)定電壓值。 鉛酸蓄電池的水解作用反應(yīng)消耗較大的電流，可以具有良好的自動(dòng)均衡特性。 簡(jiǎn)單的恒流充電和兩階段恒流充電可以滿足鉛酸蓄電池充電的要求。 (如圖2-7所示)。 恒流充電方法是鉛酸蓄電池的基本充電方法。 該方法以一定的電流對(duì)蓄電池進(jìn)行充電(圖2-7的0-3區(qū)間)。 電池進(jìn)入“沸騰狀態(tài)”，連續(xù)2小時(shí)所有的電池電壓幾乎不上升的話(圖2-7的3-4區(qū)間)，充電結(jié)束。 此充電方法簡(jiǎn)單

9、，所有電池均可完全充電。 主要缺點(diǎn)是充電效率低，后期大量電力用于電解水，電極腐蝕嚴(yán)重，電池壽命短。 為了克服上述缺點(diǎn)，之后改為2階段恒流充電，一直持續(xù)到1990年代初。 2階段的恒流充電方法是，先用恒流的方法進(jìn)行充電(圖2-7的1-2區(qū)間)當(dāng)電池變?yōu)椤胺序v狀態(tài)”時(shí)(圖2-7的2時(shí)刻)，將充電電流減少到初充電電流的一半，繼續(xù)充電。 再次進(jìn)入“沸騰狀態(tài)”，連續(xù)2小時(shí)所有電池的充電電壓不上升時(shí)(圖2-7的2-6區(qū)間)，充電結(jié)束。充電方法和恒流充電比有效地改善了充電效率和蓄電電池的腐蝕問(wèn)題，但只是減輕了程度。 在汞整流器、硒整流器和硅二極管技術(shù)時(shí)代，在只有可調(diào)電阻或抽頭變壓器、磁放大器才能調(diào)整電流的技

10、術(shù)條件下，已是最先進(jìn)的充電技術(shù)和充電設(shè)備。 上述兩種充電方法的充電結(jié)束條件。 所有的電池單元都處于“沸騰狀態(tài)”，充電電壓連續(xù)2小時(shí)不上升是充電結(jié)束條件。 即，利用其一盞茶大小的“自動(dòng)均衡能力”，對(duì)所有電池完全充電。 隨著電子技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)的發(fā)展，特別是晶體閘流管新型大功率電子數(shù)字老虎鉗的出現(xiàn)和大規(guī)模推廣，充電設(shè)備的控制技術(shù)迅速發(fā)展，連續(xù)自動(dòng)調(diào)整電壓和電流成為現(xiàn)實(shí)，隨之出現(xiàn)了控制技術(shù)更先進(jìn)的多階段自動(dòng)恒壓充電方法和充電設(shè)備、自動(dòng)恒流充電方法和充電設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)電壓和電流的調(diào)整恒流電壓限制自動(dòng)充電模式、恒壓值等于電池的額定充電電壓乘以串聯(lián)電池個(gè)數(shù)后的值。 如果采用這樣的充電控制方法，則在電池

11、組的路端電壓等于額定充電電壓值、即平均電壓等于恒壓充電電壓值時(shí)，存在一部分電池的充電電壓為平均值以上，能夠進(jìn)行完全充電的問(wèn)題(參照?qǐng)D8 ) 恒流限制充電模式，不適用于鉛酸蓄電池。 圖2-8恒流限制充電模式的蓄電電池的電壓、恒流充電方法和階段性恒流充電方法的特征是存在嚴(yán)重的過(guò)充電。 過(guò)充電對(duì)鉛酸蓄電池的壽命有很大影響(圖2-9 )過(guò)充電7.6%時(shí)，充放電循環(huán)減少30%左右。圖2-9的過(guò)充電系數(shù)和放電深度對(duì)循環(huán)壽命的影響過(guò)充電系數(shù)X: 1-0 2-0.076； 3-0.107，主要原因是(1)過(guò)充電時(shí)發(fā)生大量的瓦斯氣體析出，活性物質(zhì)被沖洗掉，活性物質(zhì)柔軟地脫落。 (2)過(guò)充電時(shí)正極板柵格合金受到顯

12、著氧化而腐蝕。 過(guò)充電系數(shù)為10.7%時(shí)，循環(huán)壽命降低40%以上。 如上所述，對(duì)鉛酸蓄電池充電的基本要求是： (1)充電電流應(yīng)根據(jù)用戶對(duì)性能的要求來(lái)合理決定，但超過(guò)供應(yīng)商提供的最大允許充電電流則要不得。 一般控制在6I20范圍左右，就能滿足蓄電池的性能要求。 在充電開(kāi)始階段，請(qǐng)不要使電流過(guò)小。 (2)電池的溫度對(duì)電池的壽命和性能有很大影響，必須根據(jù)實(shí)際需要和可能性確定合理的工作溫度范圍，但超過(guò)電池供應(yīng)商提出的溫度控制范圍則要不得。 通常超過(guò)60是要不得。 (3)恒壓限流充電不能實(shí)現(xiàn)所有電池的完全充電，不能適用于金屬鉛電池。 需要恒壓限流充電時(shí)，請(qǐng)定期進(jìn)行均等化充電。 關(guān)于鉛酸蓄電池的均衡化處理

13、，可以采用階段性的恒流充電。 2.3.1.2鉛酸蓄電池對(duì)放電的要求，對(duì)鉛酸蓄電池壽命影響最大的是放電電流的大小即放電深度電池溫度。 (1)放電深度對(duì)壽命的影響，鉛酸蓄電池的放電深度對(duì)壽命的影響很大，隨著放電深度的增加，適用壽命減少。 正常使用的鉛酸蓄電池，額定放電深度為80%。 圖2-10鉛酸蓄電池的放電深度對(duì)循環(huán)壽命的影響、2 )放電電流對(duì)容量和壽命的影響、放電電流對(duì)壽命的影響也很重要。 放電電流密度對(duì)PbSO4正極分布的影響如圖211所示。 由圖可知，電流小于4I20時(shí)，PbSO4在電極整體的厚度上均勻分布。 圖2-11中的電流密度對(duì)PbSO4的正極分布的影響13360.4 a/m 21

14、I 202336060 a/m2I 203360300 a/m 220 I 20433601800 a/m 2120 I 20隨著放電電流增加。主要原因是，離中心部越近，電解液中的H2SO4越不能及時(shí)補(bǔ)充，反應(yīng)速度下降，電化學(xué)生成物減少。 放電電流密度越大，反應(yīng)越朝向電極表面。 放電電流小時(shí)(7I20 )，活性物質(zhì)結(jié)晶細(xì)膩，致密，分布均勻，結(jié)合牢固，可很好地發(fā)揮蓄電池的各項(xiàng)性能。 隨著放電電流的增大，活性物質(zhì)晶粒容易增大、稀疏、脫落，電極內(nèi)的分布不均增大，壽命縮短。 放電率對(duì)電容的影響如表2-3所示。 放電電流對(duì)蓄電池性能的影響很大。 (3)溫度對(duì)壽命的影響、表2-3溫度對(duì)鉛酸蓄電池的壽命的影

15、響、圖2-12溫度對(duì)鉛酸蓄電池的壽命的影響、電動(dòng)車(chē)輛所使用的牽引型鉛酸蓄電池的溫度在5060時(shí)壽命最高，為1萬(wàn)公里左右(100% )，溫度超過(guò)70時(shí)壽命低于440的溫度低于30，壽命低于2000公里(哇) 對(duì)鉛酸蓄電池放電的要求： (1)放電深度應(yīng)在80%以內(nèi)。 單電池的最低放電電壓不得低于產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)規(guī)定。 (2)放電電流不得超過(guò)電池產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)的規(guī)定。 (3)需要延長(zhǎng)電池壽命時(shí)，請(qǐng)相應(yīng)地減小放電電流或降低放電深度。 (4)電池的溫度應(yīng)在產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)規(guī)定的范圍內(nèi)。 (5)放電后必須立即補(bǔ)充充電。 如果放電深度過(guò)大，請(qǐng)盡快補(bǔ)充充電。 如果不超過(guò)24小時(shí)進(jìn)行補(bǔ)充充電，電極會(huì)發(fā)生不可逆硫酸氯化。 2.3

16、.2對(duì)電子管特羅爾鉛酸蓄電池的充電與放電的基本要求，自1860年鉛酸蓄電池研究成功以來(lái)，經(jīng)150年左右的發(fā)展，技術(shù)性能大幅提升，已被盡可能廣泛應(yīng)用。 在鉛酸蓄電池中，(1)充電中存在電解水過(guò)程，有自動(dòng)均衡的正作用，但會(huì)使云同步降低充電效率，充電后期超過(guò)90%的充電電能被用于電解水，充電效率不足10%，會(huì)產(chǎn)生大量的氫和氧，不僅會(huì)引起不安全的問(wèn)題，而且耗水量也很大(2) 1912年Thomas Edison首次提出在蓄電池上部安裝鉑線或海綿狀物，將充電過(guò)程中電解水產(chǎn)生的氫和氧再化合成水轉(zhuǎn)化為電解液。 到1971年，美國(guó)男同性戀公司研制出了第一個(gè)圓柱型密封鉛酸蓄電池，隨后的20年間，閥門(mén)特羅爾蓄電池

17、技術(shù)得到了迅速發(fā)展。 閥控特羅爾鉛酸蓄電池不僅克服了鉛酸蓄電池的兩個(gè)主要缺點(diǎn)，而且大大提高了性能。 閥控特羅爾鉛酸蓄電池仍然是鉛酸類蓄電池，但充電和放電電極的反映反應(yīng)歷程與鉛酸蓄電池相同，其特點(diǎn)是采用氧循環(huán)技術(shù)和貧液技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了閥控特羅爾密封。 具有壽命長(zhǎng)、維護(hù)少、酸污染少等特點(diǎn)。 結(jié)構(gòu)、工作反應(yīng)歷程和特性發(fā)生了很大變化。 閥控特羅爾鉛酸蓄電池的充特性簡(jiǎn)化等效電路如圖2-37所示。 從等效電路電流電壓曲線、2.3.2.1氧循環(huán)基本原理、表2-4閥門(mén)聯(lián)合特羅爾電池的氧循環(huán)原理、表中的反應(yīng)式，分析了堿性電池消耗O2的OH-和金屬鉛電池消耗O2的H2O，均得到了負(fù)極再生。 一般認(rèn)為，密閉型蓄電池在充電末期或過(guò)充電時(shí)，負(fù)極與從正極送來(lái)的O2反應(yīng)而被氧化，另一方面，起到接收并還原從外來(lái)電路送來(lái)的電子的雙重作用。 這種反應(yīng)在鉛酸蓄電池和堿性蓄電池中是一致