儲(chǔ)能電池及器件是太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)不可缺少的存儲(chǔ)能電能的部件，其重要功能是存儲(chǔ)光伏發(fā)電系統(tǒng)的電能，并在日照量不足，夜間以及應(yīng)急狀態(tài)下為負(fù)載供電。常用的儲(chǔ)能電池有鉛酸蓄電池、堿性蓄電池、鋰離子電池、超級(jí)電容，它們分別應(yīng)用于不同場合或者產(chǎn)品中。目前應(yīng)用最廣是鉛酸蓄電池，從19世紀(jì)50年代開發(fā)出來至今，已經(jīng)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(jié)構(gòu)

鉛酸電池是用鉛和二氧化鉛作為電池負(fù)極和正極活性物質(zhì)，以稀硫酸為電解質(zhì)的化學(xué)儲(chǔ)能裝置，具有電能轉(zhuǎn)換效率高、循環(huán)壽命長、端電壓高、安全性強(qiáng)、性價(jià)比高、安裝維護(hù)簡單等特點(diǎn)，目前是各類儲(chǔ)能、應(yīng)急供電、啟動(dòng)裝置中首選的化學(xué)電源。鉛酸電池的重要構(gòu)成包括：

1、極板：正負(fù)極板均是以特殊的合金板柵涂敷上活性物質(zhì)所得，極板在充放電時(shí)存儲(chǔ)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(fù)極中間的一個(gè)隔離介質(zhì)，防止電池正負(fù)極直接接觸而短路的裝置，不同類型的鉛酸電池隔板材質(zhì)不同，閥控類電池重要以AGM、PE、PVC為主。

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(shí)起到在正負(fù)極間傳輸離子的用途，因而電解液必須要沒有雜質(zhì)。

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(nèi)，重要起支撐用途，同時(shí)防止內(nèi)部物質(zhì)外溢，外部物質(zhì)進(jìn)入內(nèi)部結(jié)構(gòu)污染電池。

種類及優(yōu)勢

鉛酸電池的工作原理就是通過電化學(xué)反應(yīng)，電能和化學(xué)能之間相互轉(zhuǎn)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(tài)下，正極重要成分為二氧化鉛，負(fù)極重要成分為鉛。

充電狀態(tài)下，正負(fù)極的重要成分均為硫酸鉛。

鉛酸蓄電池種類較多，應(yīng)用在光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)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(yīng)過程，傳統(tǒng)鉛酸電池中，電池槽內(nèi)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(tài)，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(diǎn)是價(jià)格便宜，壽命長，缺點(diǎn)是要經(jīng)常維護(hù)。

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(hù)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(dāng)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(guī)格蓄電池相比，價(jià)格較高，具有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）循環(huán)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(gè)使用壽命周期內(nèi)具有更高的電容量穩(wěn)定性。

（3）低溫性能更可靠。

（4）降低事故風(fēng)險(xiǎn)，減少環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)（由于酸液100%密封裝）。

（5）維護(hù)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(duì)液態(tài)電解質(zhì)的普通鉛酸蓄電池的改進(jìn)，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(dāng)。這種電解質(zhì)以膠體狀態(tài)存在，充滿在隔膜中及正負(fù)極之間，硫酸電解液由凝膠包圍著，不會(huì)流出電池。

膠體密封蓄電池其優(yōu)點(diǎn)如下：

（1）漏酸機(jī)率小。GEL型膠體電池是電解質(zhì)凝膠后沒有游離電液，因而漏酸的機(jī)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(huì)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(qiáng)度，保護(hù)了極板，彌補(bǔ)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(qiáng)。

（5）嚴(yán)重放電情況下的恢復(fù)能力強(qiáng)。膠體填充了隔板與極板之間的空隙，降低了電池的內(nèi)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(fù)能力和低溫充放性能都比AGM型電池優(yōu)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(zhì)情況下，蓄電池的存放時(shí)間可以延長2倍以上。

（7）膠體鉛酸蓄電池在嚴(yán)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(tǒng)的鉛酸電池演進(jìn)出來的技術(shù)，它是在鉛酸電池的負(fù)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(jí)電池，并結(jié)合了鉛酸電池和超級(jí)電容器兩者的優(yōu)勢:

（1）既發(fā)揮了超級(jí)電容瞬間大容量充電的優(yōu)點(diǎn)，也發(fā)揮了鉛酸電池的比能量優(yōu)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(fù)極硫酸鹽化現(xiàn)象，改善了過去電池失效的一個(gè)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(guī)模化生產(chǎn)的基礎(chǔ)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(lǐng)域最先進(jìn)的技術(shù)，也是國際新能源儲(chǔ)能行業(yè)的發(fā)展重點(diǎn)，具有非常廣闊的應(yīng)用前景。廣泛應(yīng)用于光伏電站儲(chǔ)能、風(fēng)電儲(chǔ)能和電網(wǎng)調(diào)峰等儲(chǔ)能領(lǐng)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(duì)電池快速充電，充電時(shí)間取決于電池容量和開始充電時(shí)電池狀態(tài)。

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(xù)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(zhuǎn)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(shù)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(hù)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(huì)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(shè)置為2.2-2.3V。均充電壓設(shè)置為2.3-2.5V，假如充電電壓過高，電池易失水，發(fā)熱變形，反之會(huì)使電池充電不足，充電電壓異常，可能由充電器配置錯(cuò)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(guān)系，放電深度越深，其充電壽命就越短，因此在使用時(shí)應(yīng)盡量防止深度放電。

蓄電池放電深度在10%～30%上下為淺循環(huán)放電；

放電深度在40%～70%上下為中等循環(huán)放電；

放電深度在80%～90%上下的為深循環(huán)放電。

一般來說，蓄電池長期運(yùn)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(huán)放電有利于延長蓄電池壽命。蓄電池淺循環(huán)運(yùn)行，有兩個(gè)明顯的優(yōu)點(diǎn)：第一，蓄電池一般有較長的循環(huán)壽命；第二，蓄電池經(jīng)常保有較多的備用安時(shí)容量，使光伏系統(tǒng)的供電保證率更高。根據(jù)實(shí)際運(yùn)行相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，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(xiàn)象，假如長期放置不用，會(huì)使能量損失掉，因此需定期進(jìn)行充放電。工程技術(shù)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(chǔ)能還有80%以上。若開路電壓低于12V，則表示電池儲(chǔ)能不到30%，電池已處于彈盡糧絕的地步。免維護(hù)電池由于采用吸收式電解液系統(tǒng)，在正常使用時(shí)不會(huì)出現(xiàn)任何氣體，此時(shí)電池內(nèi)壓就會(huì)增大，會(huì)將電池上方的壓力閥頂開，嚴(yán)重的會(huì)使電池鼓脹、變形、漏夜甚至破裂，這些現(xiàn)象都可以從外觀上判斷出來，假如發(fā)現(xiàn)上述情況應(yīng)立即更換電池。

5、電池安裝

電池應(yīng)盡可能安裝在清潔、陰涼、通風(fēng)、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(yīng)立正放置，不可傾斜角度。每個(gè)電池之間端子的連接要牢固。

6、環(huán)境溫度

環(huán)境溫度對(duì)電池的影響較大。環(huán)境溫度過高，會(huì)使電池過充出現(xiàn)氣體；環(huán)境溫度過低，則會(huì)使電池充電不足著都會(huì)影響電池的使用壽命。因此環(huán)境溫度在25℃左右最好。

7、定期保養(yǎng)

電池在使用一按時(shí)間后應(yīng)進(jìn)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(huì)一直處于充電狀態(tài)，這樣會(huì)使電池的活性變差，因此即使不停電，也要定期進(jìn)行放電試驗(yàn)，以確保電池保持活性。放電試驗(yàn)一般可三個(gè)月進(jìn)行一次，做法是逆變器帶載，最好在50%以上，放電持續(xù)時(shí)間視電池容量而定，一般為幾分鐘至幾十分鐘。