何道清《太阳能光伏发电系统原理与应用技术》第3章蓄电池

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1、第4章光伏蓄电池光伏蓄电池——电能化学能1光伏发电系统中，蓄电池是重要组成部件。由于太阳光变化无常，光伏发电系统的功率输出也变化无常，因此光伏发电系统产生的电能需要蓄电池进行储存和调节。在日照不足发电很少或需要维修光伏发电系统时，蓄电池也能够提供相对稳定的电能。蓄电池的投资占系统总投资的20%~25%。蓄电池的合理选择、正确使用和维护等，是光伏发电系统设计和运行、管理中至关重要的问题。24.1光伏蓄电池概述4.1.1蓄电池简介化学电池是将化学能转换为电能的装置，分为原电池和蓄电池两大类。原电池的活性物质只能利用一次，放完电后废弃，又称一次电池。蓄电池放电后可

2、以用与放电电流相反的电流进行充电，重新获得复原而再次使用，又称二次电池，能量转换过程是可逆的。电能化学能34.1光伏蓄电池概述4.1.1蓄电池简介蓄电池的分类：铅酸蓄电池；镉镍（NiCd）蓄电池；氢镍（NiMH）蓄电池；锂离子（Liion）蓄电池。蓄电池的主要技术指标：工作电压，放电曲线上的平台电压；蓄电池容量，常用安时（Ah）或毫安时（mAh）表示；工作温区，正常放电温度范围；循环寿命，正常工作的充、放电次数。蓄电池的特性曲线：充电曲线；放电曲线；充放电循环曲线；温度曲线；储存曲线；等光伏发电系统使用最普遍的是阀控密封式铅酸蓄电池（Valve-Regu

3、latedLeadAcidBattery，VRLA）。44.1光伏蓄电池概述4.1.2铅酸蓄电池的基本概念（1）单体蓄电池单体蓄电池指蓄电池的最小单元（格）。（2）蓄电池组蓄电池组由单体蓄电池串联和并联组成，以满足存储大容量电能的需要。其作用是储存太阳电池方阵发出的电能并随时向负载供电。（3）电池充电电池充电是外电路给蓄电池供电，使电池内发生化学反应，从而把电能转化成化学能而储藏起来的操作。（4）过充电过充电是对完全充电的蓄电池或蓄电池组继续充电。54.1光伏蓄电池概述5）热失控热失控是指蓄电池在恒压充电时充电电流和电池温度发生一种积累性的增强作用并逐步损坏蓄

4、电池现象。VRLA蓄电池过充时正极产生的大量氧气在负极复合，复合反应产生的热使蓄电池温度进一步升高。温度升高又使电池内阻下降，导致浮充电流增大。这样，增大的浮充电流使蓄电池温度升高，升高的温度又使浮充电流增大，如此反复形成恶性循环——热失控。VRLA铅酸蓄电池“热失控”故障的原因：电池失水；单格电池提前失效故障；充电器与铅酸蓄电池组不匹配（充电电压过高）；电池的氧循环气路过于畅通。64.1光伏蓄电池概述（6）放电在规定的条件下，电池向外电路输出电能的过程。（7）活性物质在电池放电时发生化学反应从而产生电能的物质，或者说是正极和负极储存电能的物质统称为活

5、性物质。（8）板极硫化电池放电后未及时充电，或长时期处于半放电或充电不足，甚至过充电情况下或者长时间充电和放电都会形成难溶的PbSO4晶体，无法恢复原来的状态——板极硫化。板极硫化导致充电困难或电池失效。74.1光伏蓄电池概述（9）容量容量是在规定的放电条件下电池输出的电荷。其单位常用安时(A·h)表示。①能量和比能量能量蓄电池的能量是指在一定放电制下，蓄电池所能给出的能量，通常用W表示，其单位为瓦时（Wh）。理论能量可以用理论容量和电动势的乘积表示；实际能量为一定放电条件下的实际容量与平均工作电压的乘积。比能量蓄电池的比能量是单位体积或单位重量（质量）

6、的蓄电池所给出的能量，分别称为体积比能量(Wh/L)和重量比能量（Wh/kg）。84.1光伏蓄电池概述②功率和比功率功率蓄电池的功率是指蓄电池在一定放电制下，在单位时间内所给出的能量的大小，通常用P表示，单位为瓦（W）。理论功率为一定放电条件下的放电电流与蓄电池电动势的乘积;实际功率为一定放电条件下的放电电流与平均工作电压的乘积。比功率是指单位体积或单位质量的蓄电池输出功率，分别称为体积比功率（W/L）和质量比功率（W/kg）。比功率是蓄电池的重要的技术性能指标，蓄电池的比功率大，表示它承受大电流放电的能量强。94.1光伏蓄电池概述（10）相对密度相对

7、密度是指电解液与水的密度的比值，用来检验电解液的强度。相对密度与温度变化有关。25℃时，满充的电池电解液相对密度值为1.265。密封式电池，相对密度值无法测量。纯酸溶液的密度为1.835g/cm3，完全放电后降至1.l20g/cm3。大部分铅酸电池的密度在1.1~1.3g/cm3范围内，满充之后一般为1.23~1.3g/cm3。高温或者低温中的电池，相对密度也会受影响。104.1光伏蓄电池概述（11）运行温度温度对电池性能影响很大。电池运行一段时间，就感到烫手，铅酸电池具有很强的发热性。当运行温度超过25℃，每升高10℃，铅酸电池的使用寿命就减少50%。所以电

8、池的最高运行温度应比外界低，运行温度变