光伏储能及其充放电模式分析
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能量输出效率ηQ —也称电能效率，指蓄电池放 电时输出的能量与充电时输入的能量之比，即： ηQ=Qdis/Qch
6.1.3蓄电池的基本特性
1.蓄电池的自放电—指蓄电池在独立储存期间容量 逐渐减少的现象。
原因——负极中存在着比氢电动势低的金属杂质。
金属活动顺序表
金属
Li K Ca Na Mg Al Mn Zn
实际容量—蓄电池在规定放电条件下应该放出最低限度 的容量，由国家或有关部门颁布定义；
标称容量—用来鉴别蓄电池容量大小的近似安时值。
4.蓄电池内阻
定义—电流通过蓄电池内部时受到各种阻力，使 蓄电池的电压降低，该阻力总和成为蓄电池的内 阻，包括活性物质、电解质、隔膜、电极接头等 所有蓄电池内部电阻之和。
3.蓄电池的容量
定义—蓄电池在一定放电条件下所能给出的电量称为蓄 电池的容量，该容量是蓄电池能放出电量的总和。常用 单位为安培小时，简称安时（A·h）。
理论容量—蓄电池中活性物质的质量按法拉第定律计算 而得的最高理论值；
额定容量—蓄电池在一定条件下实际所能输出的电量； 单位为A·h/Kg或A·h/L；
极化内阻指的是在正极、负极进行电化学反应时 极化引起的内阻，它与活性物质的特性、电极的 结构形式及其制造工艺有关，尤其与蓄电池的运 行条件有关，如放电电流和温度对其影响很大。
（3）隔膜电阻
隔膜电阻—是蓄电池中隔膜性能的主要参数， 也是影响蓄电池高倍率放电和低温性能的主 要因素之一。
隔膜材料是绝缘体，其内部不是指材料本身 的内阻。
2.开路电压与工作电压
开路电压—蓄电池在开路状态下的端电压。 蓄电池的开路电压等于其正极电势与负极电 势之差，数值上等于蓄电池的电动势。
工作电压—蓄电池接通载荷后在放电过程中 显示出来的电压，亦称负载电压或放电电压， 在蓄电池放电初始是的工作电压称为初始工 作电压。
由于蓄电池内阻的存在，蓄电池在接通载荷 后，其工作电压往往低于开路电压。
过程是液相中的质子
（H+）通过两相界面进 入MnO2晶格与O2-结合 为OH-，电子也进入锰 原子外围。原来O2-晶格 点阵被OH-取代， Mn4+ 被Mn3+取代，形成 MnOOH（水锰石）。
本章主要内容
6.1 蓄电池的基本概念与特性 6.2 蓄电池的种类和工作原理 6.3 铅酸电池的放电特性 6.4 蓄电池的充放电控制方法
电势（φA/V）-3.0 -2.9 -2.8 -2.7 -2.4 -1.7 -1.2 -0.8
金属
Cr Fe Cd Ni Sn Pb H+
电势（φA/V）-0.7 -0.5 -0.4 -0.3 -0.15 -0.12 0
2.蓄电池使用寿命
蓄电池的使用寿命包括使用期限和使用周期。 使用期限—包括蓄电池存放时间在内的可供使
6.1 蓄电池的基本概念与特性
1.蓄电池概念 —— 常用的蓄电池属于电化 学电池，它把化学中的氧化还原所释放出的 能量直接转变为直流电能，因此它是一种储 藏电能的装置。
6.1.1蓄电池的基本概念
1.正极活性物质—蓄电池工作时进行结合电子 的还原反应；
2.负极活性物质——蓄电池工作时进行给出电
蓄电子池的放氧电化—反—应化，学通能过→外电电能路（传释给放正极能；量） 蓄电3池.电充解电质————电提能供→电化池学内能部（离储子存导电能的量介）质； 充电4完.隔毕膜后—，—正保负证电正极负分极别活有性平物衡质电不因势直φ+接和接φ触-
而短路，又使正负极之间保持最小距离以减小 蓄电池内阻； 5.外壳——蓄电池的容器（耐电解质腐蚀）。
电动势为蓄电池在理论上输出能量多少的量度。 一般来说，在相同条件下，电动势越高的蓄电 池，输出的能量越大，使用价值越高。
为了得到高值电动势，一般选择具有较高的正 电极电势和负电极电势的活性物质。但是对于 水溶液电解质而言，不能采用使水分解的强氧 化剂和强还原剂作为电极的活性物质，这样就 限制了一些材料被用来作为活性物质。
隔膜电阻实际指的是隔膜的孔隙率、孔径和 孔的曲折程度对离子迁移产生的阻力，也就 是电流通过隔膜时微孔中电解液的电阻。
5.蓄电池的能量 6.功率及比功率
蓄电池的能量—指一定放电制度下，蓄电池所 能给出的电能，通常用瓦时（W·h）表示，同 时它也表示蓄电池放电的能力；
功率—指一定放电制度下，单位时间内所给出 能量的大小，单位为W或kW；
注：蓄电池内部不是常数，因为活性物质的组成、 电解液浓度和温度都在不断的改变，所以蓄电池 的内阻在放电过程中随时间也在不断的变化。
总的来说，大容量蓄电池内阻小，低倍率放电时 蓄电池内阻小。
（1）欧姆电阻和（2）极化内阻
欧姆电阻主要体现在蓄电池内部的导电部件上， 由电极材料、电解液、隔膜的电阻以及各部分零 件的接触电阻组成。它与蓄电池的尺寸、结构、 电极的成型方式以及装配的松紧度有关。
比功率—单位质量蓄电池所能给的功率，单位 为W/kg或kW，比功率越大，表示蓄电池可以 承受的放电电流越大。
注：蓄电池的比功率性能是光伏发电系统进行 蓄电池选型时的重要参数。
7.蓄电池的输出效率
蓄电池的输出效率也称为充电效率，通常用容 量输出效率和能量输出效率表示。
容量输出效率ηc —指蓄电池放电时输出的电量 与充电时输入的电量之比，即： ηc =Cdis/Cch
第 6 章 光伏储能及其充放电模式
干电池的结构
Fra Baidu bibliotek
碱性锌-锰电池
（-）Zn|KOH|MnO2（+） 负极：
Zn+2OH—2e→ZnO+H2O 正极：
2MnO2+2H2O+2e→2MnOOH+2OH 总反应：
Zn+2MnO2+2H2O →2MnOOH+ZnO
电子-质子理论
电子-质子理论认为 MnO2晶格是由Mn4+与 O2-交错排列而成。反应
隔膜的微观结构
隔膜须具备的特性： 电子绝缘性+离子导电性
6.1.2 蓄电池的主要参数
1.蓄电池的体内电动势：
φ= φ+－ φ-
2.开路电压与工作电压 3.蓄电池的容量 4.蓄电池内阻：欧姆电阻、极化内阻、隔膜电阻 5.蓄电池的能量 6.蓄电池的功率与比功率 7.蓄电池的输出效率
1.蓄电池体内电动势
6.1.3蓄电池的基本特性
1.蓄电池的自放电—指蓄电池在独立储存期间容量 逐渐减少的现象。
原因——负极中存在着比氢电动势低的金属杂质。
金属活动顺序表
金属
Li K Ca Na Mg Al Mn Zn
实际容量—蓄电池在规定放电条件下应该放出最低限度 的容量，由国家或有关部门颁布定义；
标称容量—用来鉴别蓄电池容量大小的近似安时值。
4.蓄电池内阻
定义—电流通过蓄电池内部时受到各种阻力，使 蓄电池的电压降低，该阻力总和成为蓄电池的内 阻，包括活性物质、电解质、隔膜、电极接头等 所有蓄电池内部电阻之和。
3.蓄电池的容量
定义—蓄电池在一定放电条件下所能给出的电量称为蓄 电池的容量，该容量是蓄电池能放出电量的总和。常用 单位为安培小时，简称安时（A·h）。
理论容量—蓄电池中活性物质的质量按法拉第定律计算 而得的最高理论值；
额定容量—蓄电池在一定条件下实际所能输出的电量； 单位为A·h/Kg或A·h/L；
极化内阻指的是在正极、负极进行电化学反应时 极化引起的内阻，它与活性物质的特性、电极的 结构形式及其制造工艺有关，尤其与蓄电池的运 行条件有关，如放电电流和温度对其影响很大。
（3）隔膜电阻
隔膜电阻—是蓄电池中隔膜性能的主要参数， 也是影响蓄电池高倍率放电和低温性能的主 要因素之一。
隔膜材料是绝缘体，其内部不是指材料本身 的内阻。
2.开路电压与工作电压
开路电压—蓄电池在开路状态下的端电压。 蓄电池的开路电压等于其正极电势与负极电 势之差，数值上等于蓄电池的电动势。
工作电压—蓄电池接通载荷后在放电过程中 显示出来的电压，亦称负载电压或放电电压， 在蓄电池放电初始是的工作电压称为初始工 作电压。
由于蓄电池内阻的存在，蓄电池在接通载荷 后，其工作电压往往低于开路电压。
过程是液相中的质子
（H+）通过两相界面进 入MnO2晶格与O2-结合 为OH-，电子也进入锰 原子外围。原来O2-晶格 点阵被OH-取代， Mn4+ 被Mn3+取代，形成 MnOOH（水锰石）。
本章主要内容
6.1 蓄电池的基本概念与特性 6.2 蓄电池的种类和工作原理 6.3 铅酸电池的放电特性 6.4 蓄电池的充放电控制方法
电势（φA/V）-3.0 -2.9 -2.8 -2.7 -2.4 -1.7 -1.2 -0.8
金属
Cr Fe Cd Ni Sn Pb H+
电势（φA/V）-0.7 -0.5 -0.4 -0.3 -0.15 -0.12 0
2.蓄电池使用寿命
蓄电池的使用寿命包括使用期限和使用周期。 使用期限—包括蓄电池存放时间在内的可供使
6.1 蓄电池的基本概念与特性
1.蓄电池概念 —— 常用的蓄电池属于电化 学电池，它把化学中的氧化还原所释放出的 能量直接转变为直流电能，因此它是一种储 藏电能的装置。
6.1.1蓄电池的基本概念
1.正极活性物质—蓄电池工作时进行结合电子 的还原反应；
2.负极活性物质——蓄电池工作时进行给出电
蓄电子池的放氧电化—反—应化，学通能过→外电电能路（传释给放正极能；量） 蓄电3池.电充解电质————电提能供→电化池学内能部（离储子存导电能的量介）质； 充电4完.隔毕膜后—，—正保负证电正极负分极别活有性平物衡质电不因势直φ+接和接φ触-
而短路，又使正负极之间保持最小距离以减小 蓄电池内阻； 5.外壳——蓄电池的容器（耐电解质腐蚀）。
电动势为蓄电池在理论上输出能量多少的量度。 一般来说，在相同条件下，电动势越高的蓄电 池，输出的能量越大，使用价值越高。
为了得到高值电动势，一般选择具有较高的正 电极电势和负电极电势的活性物质。但是对于 水溶液电解质而言，不能采用使水分解的强氧 化剂和强还原剂作为电极的活性物质，这样就 限制了一些材料被用来作为活性物质。
隔膜电阻实际指的是隔膜的孔隙率、孔径和 孔的曲折程度对离子迁移产生的阻力，也就 是电流通过隔膜时微孔中电解液的电阻。
5.蓄电池的能量 6.功率及比功率
蓄电池的能量—指一定放电制度下，蓄电池所 能给出的电能，通常用瓦时（W·h）表示，同 时它也表示蓄电池放电的能力；
功率—指一定放电制度下，单位时间内所给出 能量的大小，单位为W或kW；
注：蓄电池内部不是常数，因为活性物质的组成、 电解液浓度和温度都在不断的改变，所以蓄电池 的内阻在放电过程中随时间也在不断的变化。
总的来说，大容量蓄电池内阻小，低倍率放电时 蓄电池内阻小。
（1）欧姆电阻和（2）极化内阻
欧姆电阻主要体现在蓄电池内部的导电部件上， 由电极材料、电解液、隔膜的电阻以及各部分零 件的接触电阻组成。它与蓄电池的尺寸、结构、 电极的成型方式以及装配的松紧度有关。
比功率—单位质量蓄电池所能给的功率，单位 为W/kg或kW，比功率越大，表示蓄电池可以 承受的放电电流越大。
注：蓄电池的比功率性能是光伏发电系统进行 蓄电池选型时的重要参数。
7.蓄电池的输出效率
蓄电池的输出效率也称为充电效率，通常用容 量输出效率和能量输出效率表示。
容量输出效率ηc —指蓄电池放电时输出的电量 与充电时输入的电量之比，即： ηc =Cdis/Cch
第 6 章 光伏储能及其充放电模式
干电池的结构
Fra Baidu bibliotek
碱性锌-锰电池
（-）Zn|KOH|MnO2（+） 负极：
Zn+2OH—2e→ZnO+H2O 正极：
2MnO2+2H2O+2e→2MnOOH+2OH 总反应：
Zn+2MnO2+2H2O →2MnOOH+ZnO
电子-质子理论
电子-质子理论认为 MnO2晶格是由Mn4+与 O2-交错排列而成。反应
隔膜的微观结构
隔膜须具备的特性： 电子绝缘性+离子导电性
6.1.2 蓄电池的主要参数
1.蓄电池的体内电动势：
φ= φ+－ φ-
2.开路电压与工作电压 3.蓄电池的容量 4.蓄电池内阻：欧姆电阻、极化内阻、隔膜电阻 5.蓄电池的能量 6.蓄电池的功率与比功率 7.蓄电池的输出效率
1.蓄电池体内电动势