(完整版)蓄电池充放电原理及其相关知识点

1蓄电池的发展背景

在全球能源危机和环境污染的背景下，电力储能在基于可再生能源的分布式发电系统和电动汽车中发挥着越来越重要的作用。要大力发展新能源，储能技术是关键。储能技术引起了各国的重视，并得到了广泛的关注。

我国汽车产业的高速发展，给蓄电池行业带来空前的机遇。汽车业“十二五”规划的提出，在未来五年里，国家将大力扶持传统燃料的节能环保汽车、以纯电动车为主的新能源汽车。十二五计划提出，一是要大力发展新兴能源产业，加快核电建设，大力发展风能、太阳能和生物质能，改善城乡居民的用电条件，加强广大农村地区的能源建设。

在第三次中美战略与经济对话上，中美双方就能源合作达成了多项共识，将深入开展清洁能源的生产和存储、智能电网技术、大规模风电开发以及高效能源解决方案等方面的务实合作。这一合作的建立，意味这中国相关企业将有可能打开美国能源市场。

中美新能源合作带来大机遇，蓄电池行业潜力大。

2蓄电池的基本概念

（1）蓄电池定义：

蓄电池(Storage Battery)是将化学能直接转化成电能的一种装置，是按可再充电设计的电池，通过可逆的化学反应实现再充电，通常是指铅酸蓄电池，它是电池中的一种，属于二次电池。它的工作原理：充电时利用外部的电能使内部活性物质再生，把电能储存为化学能，需要放电时再次把化学能转换为电能输出，比如生活中常用的手机电池等。

它用填满海绵状铅的铅基板栅（又称格子体）作负极，填满二氧化铅的铅基板栅作正极，并用密度1.26--1.33g/mlg/ml的稀硫酸作电解质。电池在放电时，金属铅是负极，发生氧化反应，生成硫酸铅；二氧化铅是正极，发生还原反应，生成硫酸铅。电池在用直流电充电时，两极分别生成单质铅和二氧化铅。移去电源后，它又恢复到放电前的状态，组成化学电池。铅蓄电池是能反复充电、放电，它的单体电压是2V，电池是由一个或多个单体构成的电池组，简称蓄电池，最常见的是6V、12V蓄电池，其它还有2V、4V、8V、24V蓄电池。如汽车上用的蓄电池（俗称电瓶）是6个铅蓄电池串联成12V的电池组。对于传统的干荷铅蓄电池（如汽车干荷电池、摩托车干荷电池等）在使用一段时间后要补充蒸馏水，使稀硫酸电解液保持1.28g/ml左右的密度；其使用直到寿命终止都不再需要添加蒸馏水。

（2）电池电压：

a 开路电压：电池在开路状态下的端电压。

b 工作电压：电池接通负荷后在放电过程中显示的电压。工作电压与放电条件有关，放电电流越大，工作电压越低；温度越低，工作电压越低。

（3）电池的容量：通常电源设备的容量用Kv·A或kW来表示。然而，作为电源的VRLA 电池，选用安时（A·h）表示其容量则更为准确，蓄电池容量定义为∫t0tdt，理论上t可以趋于无穷，但实际上当电池放电低于终止电压明仍继续放电，这可能损坏电池，故t值有限制，电池行业中，以小时（h）表示电池的可持续放电时间，觉的有C24、C20、C10、C8、C3、C1等标称容量值。小电池的标称容量以毫安时（mA·h）计，大电池的标称容量则以安时（A·h）、千安时（kA·h）计，电信工业常取C10、C8等标称容量值。例如，常见的Deka 电池12AVR100SH为12V单体，100 A·h容量，即可持续放电10h，电流为10A,共放出安时数为10*10=100 A·h（实际测试中，为使电流值保持恒稳，当电压变化时，应调整外电路负载，以便计量）

a 电池的理论容量：活性物质按法拉第定律而得的最高理论值。例如铅酸蓄电池的电化当量对于Pb，4价为0.517 A·h/g，2价为0.259 A·h/g，对于Pb02，4价为0.488 A·h/g，

2价为0.224 A·h/g 。

b 电池的实际容量：电池在一定条件下所能输出的电量，它等于放电电流与放电电流时间的成绩。实际容量取决于活性物质的量及利用率，活性物质与铅板相关，但并不等同于铅重量，利用蓄与蓄电池极板的结构形式、放电电流的大小、温度、终止电压、原材料质量及制造工艺、技术和使用方法有关，而且是变化的，当今，已知单块极板最大容量为100 A·h/2V。

c 电池的额定容量：又称为标称容量，是按国家或有关部门颁布的标准，保证电池在一定条件下的最低限度的容量，例如，97 A·h电池标称100 A·h，而有些厂家的电池则是在使用几个循环之后，实际容量达到或超出标称容量。

正常情况下，三者的关系是：理论容量>实际容量>额定容量

（4）电池的内阻：

电流通过电池的内部时受到阻力，使电池的电压降低。电池的内阻不是常数，因为活性物质的组成、电解液温度和浓度都在不断的变化。内阻可分为欧姆内阻和极化阻，欧姆内阻符合欧姆定律；极化内阻随着放电流的增大而增大，但不是直线关系而是对数关系。

（5）充放电：

a 充电：蓄电池从其化直流电源（如充电器）获得电能电做充电。

b 放电：蓄电池对外电路输出电能时叫做放电。

c 浮充放电：蓄电池和其他直流电源并联，对外电路输出电能叫做浮充放电，有不间断供电要求的设备，起备用电源作用的蓄电池都处于该种放电状态。

（6）放电率：

放电率表示蓄电池放电电流大小，分为时间率和电流率，放电时间率指在一定放电枪兵上蓄电池放电至放电终止电压的时间长短，例如在25℃环境下如果蓄电池以电流It放电至放电终止电压的时间为t这一放电过程称为t小时率，放电It称为t小时率放电电流，IEC 标准，放电时间率有20、10、5、3、1、0.5小时率及分钟率，放电电流率是为了比较额定容量不同的蓄电池电流大小而设立的，t小时率放电电流以It表示，通常以10小时率电流为标准I10表示。

a 自由放电率：由于电池的局部作用造成的电池容量的消耗，容量损失与搁置之前的容量之比，叫做蓄电池的自由放电率。

（7）放电终止电压：在25℃环境温度下以一定的放电率放电至能再反复充电使用的最低电压称为放电终止电压，一般10小时率蓄电池单体放电终止电压为1.8V,3小时率蓄电池单体放电终止电压为1.8V，1小时率芳电池单体放电终止电压为1.75V。

（8）电量效率：是指输出电量与输入电量之间的比叫做电池的电量效率，也叫做安时效率。

（9）使用寿命：蓄电池每充电、放电一次，叫做一次充放电循环，蓄电池在保持输出一定的容量的情况下所能进行的充放电循环次数，叫做蓄电池的使用寿命。

3 蓄电池的种类

蓄电池的种类大致可以为：铅酸蓄电池、镍氢蓄电池、镍氢蓄电池、锂离子电池、镍镉电池、钠硫蓄电池、镍锌蓄电池、锌空气蓄电池、飞轮电池。

（1）铅酸蓄电池：铅酸蓄电池的发展历史最久用于最广泛的一种电池，广泛用用于内燃机汽车的起动动力源。它也是成熟的电动汽车蓄电池，它可靠性好、原材料易得、价格便宜；比功率也基本上能满足电动汽车的动力性要求。但它也存在很大的缺点；一是比能量低，所占的质量和体积太大，且一次充电行驶里程较短；另一个是使用寿命短，使用成本过高；属于强酸型，污染严重。