鉅大LARGE | 點擊量：2819次 | 2021年07月02日
應用最廣的光伏儲能電池：鉛酸蓄電池結構介紹
儲能電池及器件是太陽能光伏發電系統不可缺少的存儲能電能的部件，其重要功能是存儲光伏發電系統的電能，并在日照量不足，夜間以及應急狀態下為負載供電。常用的儲能電池有鉛酸蓄電池、堿性蓄電池、鋰離子電池、超級電容，它們分別應用于不同場合或者產品中。目前應用最廣是鉛酸蓄電池，從19世紀50年代開發出來至今，已經有160余年的歷史，目前衍生出很多種類，如富液鉛酸電池、閥控密封鉛酸電池、膠體電池，鉛碳電池等。
工作原理及基本結構
鉛酸電池是用鉛和二氧化鉛作為電池負極和正極活性物質，以稀硫酸為電解質的化學儲能裝置，具有電能轉換效率高、循環壽命長、端電壓高、安全性強、性價比高、安裝維護簡單等特點，目前是各類儲能、應急供電、啟動裝置中首選的化學電源。鉛酸電池的重要構成包括：
1、極板：正負極板均是以特殊的合金板柵涂敷上活性物質所得，極板在充放電時存儲和釋放能量，確保電池的容量和性能可靠。
2、隔板：是置放于電池正負極中間的一個隔離介質，防止電池正負極直接接觸而短路的裝置，不同類型的鉛酸電池隔板材質不同，閥控類電池重要以AGM、PE、PVC為主。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
3、電解液：鉛酸電池的電解液是用蒸餾水配制的稀硫酸，電解液在充放電時起到在正負極間傳輸離子的用途，因而電解液必須要沒有雜質。
4、容器（電池殼蓋）：電池包覆的容器，電解液和極板均在容器內，重要起支撐用途，同時防止內部物質外溢，外部物質進入內部結構污染電池。
種類及優勢
鉛酸電池的工作原理就是通過電化學反應，電能和化學能之間相互轉化，電極重要由鉛及其氧化物制成，電解液是硫酸溶液的一種蓄電池。
放電狀態下，正極重要成分為二氧化鉛，負極重要成分為鉛。
充電狀態下，正負極的重要成分均為硫酸鉛。
鉛酸蓄電池種類較多，應用在光伏儲能系統中，比較多的有三種，富液型鉛酸蓄電池、閥控式密封鉛酸蓄電池、鉛碳蓄電池等等。
1、富液型鉛酸蓄電池
鉛酸電池的電解液中的硫酸直接參與電池充放電反應過程，傳統鉛酸電池中，電池槽內除去極板、隔板及其他固體組裝部件的剩余空間完全充滿硫酸電解液，電解液處于富余過量狀態，故被稱為富液式電池，電池極板完全浸泡在硫酸電解液中。特點是價格便宜，壽命長，缺點是要經常維護。
2、閥控式密封鉛酸蓄電池
閥控式密封鉛酸蓄電池，又稱免維護電池，分為AGM密封蓄電池和GEL膠體密封蓄電池兩種。
AGM密封蓄電池與當今的膠體密封電池相比，其放電容量要小一些。與富液型相同規格蓄電池相比，價格較高，具有以下優點：
（1）循環充電能力比鉛鈣蓄電池高3倍，具有更長的使用壽命。
（2）在整個使用壽命周期內具有更高的電容量穩定性。
（3）低溫性能更可靠。
（4）降低事故風險，減少環境污染風險（由于酸液100%密封裝）。
（5）維護很簡單，減少深度放電。
膠體密封蓄電池（即GEL型電池），膠體鉛酸蓄電池是對液態電解質的普通鉛酸蓄電池的改進，用膠體電解液代換了硫酸電解液，在安全性、蓄電量、放電性能和使用壽命等方面較普通電池有所改善。其電解液是由硅溶膠和硫酸配成的，硫酸溶液的濃度比AGM式電池要低，電解液的量比AGM式電池要多，跟富液式電池相當。這種電解質以膠體狀態存在，充滿在隔膜中及正負極之間，硫酸電解液由凝膠包圍著，不會流出電池。
膠體密封蓄電池其優點如下：
（1）漏酸機率小。GEL型膠體電池是電解質凝膠后沒有游離電液，因而漏酸的機率比AGM型電池小得多。
（2）失水少。因其灌注量比稀硫酸多，失水少，所以膠體電池不會因失水造成失效。
（3）有效延長電池壽命。膠體的灌入新增了隔板的強度，保護了極板，彌補了隔板遇酸收縮的缺陷，使裝配壓力不明顯降低是其具有延長電池壽命的原因之一。
（4）膠體鉛酸蓄電池抗過充能力強。
（5）嚴重放電情況下的恢復能力強。膠體填充了隔板與極板之間的空隙，降低了電池的內阻，充電接受能力可因此而改善。
所以膠體電池的過放電，恢復能力和低溫充放性能都比AGM型電池優越。
（6）體鉛酸蓄電池的自放電性能好，在同樣的硫酸純度和水質情況下，蓄電池的存放時間可以延長2倍以上。
（7）膠體鉛酸蓄電池在嚴重缺電的情況下，抗硫化性能很明顯。
（8）膠體鉛酸蓄電池后期放電性能好。
3、鉛碳電池
鉛炭電池是一種電容型鉛酸電池，是從傳統的鉛酸電池演進出來的技術，它是在鉛酸電池的負極中加入了活性炭，能夠顯著提高鉛酸電池的壽命。
鉛碳電池是一種新型的超級電池，并結合了鉛酸電池和超級電容器兩者的優勢:
（1）既發揮了超級電容瞬間大容量充電的優點，也發揮了鉛酸電池的比能量優勢，且擁有非常好的充放電性能。
（2）電池壽命延長。由于加了碳(石墨烯)，阻止了負極硫酸鹽化現象，改善了過去電池失效的一個因素，延長了電池壽命。
（3）度電成本下降。鉛炭電池的度電成本可低至0.5元/kWh，在規模化生產的基礎上，鉛炭電池甚至有望將度電成本降至0.4元以下。
鉛炭電池是鉛酸蓄電池領域最先進的技術，也是國際新能源儲能行業的發展重點，具有非常廣闊的應用前景。廣泛應用于光伏電站儲能、風電儲能和電網調峰等儲能領域。
蓄電池組管理
鉛酸蓄電池一般采用三段式充電模式：
第一階段：快充模式，恒流充電階段，以充電器最大的輸出電流對電池快速充電，充電時間取決于電池容量和開始充電時電池狀態。
第二階段：均充模式，恒壓充電階段，充電器充電電壓保持恒定，充入電量繼續新增，電池電壓緩慢上升，充電電流下降。
第三階段：浮充模式，蓄電池基本充滿，充電電流下降到低于浮充轉換電流，充電電壓降低到浮充電壓。
1、充電電流
電池充電電流一般以電池容量C的倍數來表示。舉例來講，假如電池容量C=100Ah，充電電流為0.1C則為0.1×100=10A。鉛酸免維護電池的最佳充電電流為0.1C左右，充電電流決不能大于0.3C。充電電流過大或過小都會影響電池的使用壽命。
2、充電電壓
額定電壓為2V的單體電池，一般浮充電壓設置為2.2-2.3V。均充電壓設置為2.3-2.5V，假如充電電壓過高，電池易失水，發熱變形，反之會使電池充電不足，充電電壓異常，可能由充電器配置錯誤引起，或因充電器故障造成。
3、放電深度
在電池使用過程中，電池放出的容量占其額定容量的百分比稱為放電深度(depthofdischarge，DOD)。放電深度的高低和電池壽命有很深的關系，放電深度越深，其充電壽命就越短，因此在使用時應盡量防止深度放電。
蓄電池放電深度在10%～30%上下為淺循環放電；
放電深度在40%～70%上下為中等循環放電；
放電深度在80%～90%上下的為深循環放電。
一般來說，蓄電池長期運行的每日放電深度越深，蓄電池壽命越短，放電深度越淺，蓄電池壽命越長。淺循環放電有利于延長蓄電池壽命。蓄電池淺循環運行，有兩個明顯的優點：第一，蓄電池一般有較長的循環壽命；第二，蓄電池經常保有較多的備用安時容量，使光伏系統的供電保證率更高。根據實際運行相關經驗，較為適中的放電深度是60%到70%。
4、蓄電池的檢查
蓄電池都有自放電現象，假如長期放置不用，會使能量損失掉，因此需定期進行充放電。工程技術人員可以通過測量電池開路電壓來判斷電池的好壞，以12V電池為例，若開路電壓高于12.5V，則表示電池儲能還有80%以上。若開路電壓低于12V，則表示電池儲能不到30%，電池已處于彈盡糧絕的地步。免維護電池由于采用吸收式電解液系統，在正常使用時不會出現任何氣體，此時電池內壓就會增大，會將電池上方的壓力閥頂開，嚴重的會使電池鼓脹、變形、漏夜甚至破裂，這些現象都可以從外觀上判斷出來，假如發現上述情況應立即更換電池。
5、電池安裝
電池應盡可能安裝在清潔、陰涼、通風、干燥的地方，并要防止受到陽光、加熱器或其他輻射熱源的影響。電池應立正放置，不可傾斜角度。每個電池之間端子的連接要牢固。
6、環境溫度
環境溫度對電池的影響較大。環境溫度過高，會使電池過充出現氣體；環境溫度過低，則會使電池充電不足著都會影響電池的使用壽命。因此環境溫度在25℃左右最好。
7、定期保養
電池在使用一按時間后應進行定期檢查，例如：觀察其外觀是否異常、測量各電池的電壓是否平均等。假如長期不停電，電池會一直處于充電狀態，這樣會使電池的活性變差，因此即使不停電，也要定期進行放電試驗，以確保電池保持活性。放電試驗一般可三個月進行一次，做法是逆變器帶載，最好在50%以上，放電持續時間視電池容量而定，一般為幾分鐘至幾十分鐘。
