铅酸蓄电池的结构介绍

储能电池及器件是太阳能光伏发电系统不可缺少的存储能电能的部件，其主要功能是存储光伏发电系统的电能，并在日照量不足，夜间以及应急状态下为负载供电。常用的储能电池有铅酸蓄电池、碱性蓄电池、锂电池、超级电容，它们分别应用于不同场合或者产品中。目前应用最广是铅酸蓄电池，从19世纪50年代开发出来至今，已经有160余年的历史，目前衍生出很多种类，如富液铅酸电池、阀控密封铅酸电池、胶体电池，铅碳电池等。

工作原理及基本结构

铅酸电池是用铅和二氧化铅作为电池负极和正极活性物质，以稀硫酸为电解质的化学储能装置，具有电能转换效率高、循环寿命长、端电压高、安全性强、性价比高、安装维护简单等特点，目前是各类储能、应急供电、启动装置中首选的化学电源。铅酸电池的主要构成包括：

1、极板：正负极板均是以特殊的合金板栅涂敷上活性物质所得，极板在充放电时存储和释放能量，确保电池的容量和性能可靠。

2、隔板：是置放于电池正负极中间的一个隔离介质，防止电池正负极直接接触而短路的装置，不同类型的铅酸电池隔板材质不同，阀控类电池主要以AGM、PE、PVC为主。

3、电解液：铅酸电池的电解液是用蒸馏水配制的稀硫酸，电解液在充放电时起到在正负极间传输离子的作用，因而电解液必须要没有杂质。

4、容器（电池壳盖）：电池包覆的容器，电解液和极板均在容器内，主要起支撑作用，同时防止内部物质外溢，外部物质进入内部结构污染电池。

种类及优势

铅酸电池的工作原理就是通过电化学反应，电能和化学能之间相互转化，电极主要由铅及其氧化物制成，电解液是硫酸溶液的一种蓄电池。

放电状态下，正极主要成分为二氧化铅，负极主要成分为铅。

充电状态下，正负极的主要成分均为硫酸铅。

铅酸蓄电池种类较多，应用在光伏储能系统中，比较多的有三种，富液型铅酸蓄电池、阀控式密封铅酸蓄电池、铅碳蓄电池等等。

1、富液型铅酸蓄电池

铅酸电池的电解液中的硫酸直接参与电池充放电反应过程，传统铅酸电池中，电池槽内除去极板、隔板及其他固体组装部件的剩余空间完全充满硫酸电解液，电解液处于富余过量状态，故被称为“富液式”电池，电池极板完全浸泡在硫酸电解液中。特点是价格便宜，寿命长，缺点是需要经常维护。

2、阀控式密封铅酸蓄电池

阀控式密封铅酸蓄电池，又称免维护电池，分为AGM密封铅蓄电池和GEL胶体密封铅蓄电池两种。

AGM密封铅蓄电池与当今的胶体密封电池相比，其放电容量要小一些。与富液型相同规格蓄电池相比，价格较高，具有以下优点：

（1）循环充电能力比铅钙蓄电池高3倍，具有更长的使用寿命。

（2）在整个使用寿命周期内具有更高的电容量稳定性。

（3）低温性能更可靠。

（4）降低事故风险，减少环境污染风险（由于酸液100%密封装）。

（5）维护很简单，减少深度放电。

胶体密封铅蓄电池（即GEL型电池），胶体铅酸蓄电池是对液态电解质的普通铅酸蓄电池的改进，用胶体电解液代换了硫酸电解液，在安全性、蓄电量、放电性能和使用寿命等方面较普通电池有所改善。其电解液是由硅溶胶和硫酸配成的，硫酸溶液的浓度比AGM式电池要低，电解液的量比AGM式电池要多，跟富液式电池相当。这种电解质以胶体状态存在，充满在隔膜中及正负极之间，硫酸电解液由凝胶包围着，不会流出电池。

胶体密封铅蓄电池其优点如下：

（1）漏酸机率小。GEL型胶体电池是电解质凝胶后没有游离电液，因而漏酸的机率比AGM型电池小得多。

（2）失水少。因其灌注量比稀硫酸多，失水少，所以胶体电池不会因失水造成失效。

（3）有效延长电池寿命。胶体的灌入增加了隔板的强度，保护了极板，弥补了隔板遇酸收缩的缺陷，使装配压力不明显降低是其具有延长电池寿命的原因之一。

（4）胶体铅酸蓄电池抗过充能力强。

（5）严重放电情况下的恢复能力强。胶体填充了隔板与极板之间的空隙，降低了电池的内阻，充电接受能力可因此而改善。

所以胶体电池的过放电，恢复能力和低温充放性能都比AGM型电池优越。

（6）体铅酸蓄电池的自放电性能好，在同样的硫酸纯度和水质情况下，蓄电池的存放时间可以延长2倍以上。

（7）胶体铅酸蓄电池在严重缺电的情况下，抗硫化性能很明显。

（8）胶体铅酸蓄电池后期放电性能好。

3、铅碳电池

铅炭电池是一种电容型铅酸电池，是从传统的铅酸电池演进出来的技术，它是在铅酸电池的负极中加入了活性炭，能够显著提高铅酸电池的寿命。

铅碳电池是一种新型的超级电池，并结合了铅酸电池和超级电容器两者的优势:

（1）既发挥了超级电容瞬间大容量充电的优点，也发挥了铅酸电池的比能量优势，且拥有非常好的充放电性能。

（2）电池寿命延长。由于加了碳(石墨烯)，阻止了负极硫酸盐化现象，改善了过去电池失效的一个因素，延长了电池寿命。

（3）度电成本下降。铅炭电池的度电成本可低至0.5元/kWh，在规模化生产的基础上，铅炭电池甚至有望将度电成本降至0.4元以下。

铅炭电池是铅酸蓄电池领域最先进的技术，也是国际新能源储能行业的发展重点，具有非常广阔的应用前景。广泛应用于光伏电站储能、风电储能和电网调峰等储能领域。

蓄电池组管理

铅酸蓄电池一般采用三段式充电模式：

第一阶段：快充模式，恒流充电阶段，以充电器最大的输出电流对电池快速充电，充电时间取决于电池容量和开始充电时电池状态。

第二阶段：均充模式，恒压充电阶段，充电器充电电压保持恒定，充入电量继续增加，电池电压缓慢上升，充电电流下降。

第三阶段：浮充模式，蓄电池基本充满，充电电流下降到低于浮充转换电流，充电电压降低到浮充电压。

1、充电电流

电池充电电流一般以电池容量C的倍数来表示。举例来讲，如果电池容量C=100Ah，充电电流为0.1C则为0.1×100=10A。铅酸免维护电池的最佳充电电流为0.1C左右，充电电流决不能大于0.3C。充电电流过大或过小都会影响电池的使用寿命。

2、充电电压

额定电压为2V的单体电池，一般浮充电压设置为2.2-2.3V。均充电压设置为2.3-2.5V，如果充电电压过高，电池易失水，发热变形，反之会使电池充电不足，充电电压异常，可能由充电器配置错误引起，或因充电器故障造成。

3、放电深度

在电池使用过程中，电池放出的容量占其额定容量的百分比称为放电深度(depthofdischarge，DOD)。放电深度的高低和电池寿命有很深的关系，放电深度越深，其充电寿命就越短，因此在使用时应尽量避免深度放电。

蓄电池放电深度在10%～30%上下为浅循环放电；

放电深度在40%～70%上下为中等循环放电；

放电深度在80%～90%上下的为深循环放电。

一般来说，蓄电池长期运行的每日放电深度越深，蓄电池寿命越短，放电深度越浅，蓄电池寿命越长。浅循环放电有利于延长蓄电池寿命。蓄电池浅循环运行，有两个明显的优点：第一，蓄电池一般有较长的循环寿命；第二，蓄电池经常保有较多的备用安时容量，使光伏系统的供电保证率更高。根据实际运行经验，较为适中的放电深度是60%到70%。

4、蓄电池的检查

蓄电池都有自放电现象，如果长期放置不用，会使能量损失掉，因此需定期进行充放电。工程技术人员可以通过测量电池开路电压来判断电池的好坏，以12V电池为例，若开路电压高于12.5V，则表示电池储能还有80%以上。若开路电压低于12V，则表示电池储能不到30%，电池已处于“弹尽粮绝”的地步。免维护电池由于采用吸收式电解液系统，在正常使用时不会产生任何气体，此时电池内压就会增大，会将电池上方的压力阀顶开，严重的会使电池鼓胀、变形、漏夜甚至破裂，这些现象都可以从外观上判断出来，如果发现上述情况应立即更换电池。

5、电池安装

电池应尽可能安装在清洁、阴凉、通风、干燥的地方，并要避免受到阳光、加热器或其他辐射热源的影响。电池应立正放置，不可倾斜角度。每个电池之间端子的连接要牢固。

6、环境温度

环境温度对电池的影响较大。环境温度过高，会使电池过充产生气体；环境温度过低，则会使电池充电不足着都会影响电池的使用寿命。因此环境温度在25℃左右最好。

7、定期保养

电池在使用一定时间后应进行定期检查，例如：观察其外观是否异常、测量各电池的电压是否平均等。如果长期不停电，电池会一直处于充电状态，这样会使电池的活性变差，因此即使不停电，也需要定期进行放电试验，以确保电池保持活性。放电试验一般可三个月进行一次，做法是逆变器带载，最好在50%以上，放电持续时间视电池容量而定，一般为几分钟至几十分钟。