单液流锌镍电池单体充放电性能测试

单液流锌镍电池单体充放电性能测试

一、 实验目的

1、掌握单液流锌镍电池及测试平台的工作原理。

2、通过实验，掌握单液流锌镍电池主要充放电方法及电池充放电参数变化过程。

3、通过实验，了解表征单液流锌镍电池主要性能参数。

二、 原理简介

2.1 单液流锌镍电池工作原理及单体参数 2.1.1 单液流锌镍电池工作原理

正极采用二次电池使用的氧化镍电极，电解质为高浓度锌酸盐的碱性溶液，

电解液为ZnO 溶解于碱性物质的产物24(O H )Z n -，负极采用惰性金属集流体，电

解液由泵循环通过电池进行充放电。

图2-1 单液流锌镍电池框图

电池反应机理如下：

正极反应：

负极反应：

电池总反应：

理论输出电压： 2.1.2单液流锌镍电池210AH 单体参数

22()N i O H O H N i O O H H O e --揪揪揪 +++揪揪 充电放电

00.490E V

=24

()24

Z n O H e Z nO H ---揪揪揪 ++揪揪

充电放电

01.215E V =-22242222()()Z n O H N i O O H H ON i O H Z n O H --揪揪揪 ++++揪揪 放电充电01.705E V

=

在此次锌镍液流电池充放电性能研究实验过程中，研究的对象为210AH单体电池，图2-2给出电池单体实物图。表2-1给出该单体电池部分项目参数。

图2-2 210AH锌镍液流电池单体

表2-1 210AH锌镍单液流电池单体部分项目参数

序号项目单位要求参数备注

1 额定容量AH210

2 标称电压V 1.7 平均工作电压

3 充电方式恒流

4 充电限制电压V 2.2

5 放电终止电压V 1.2

6 最大连续充电电

流A

200 1C

7 最大连续放电电

流A

200 1C

8 工作温度℃55℃以内

从表2-1中可知，该锌镍单液流电池单体额定容量为210Ah、标称电压为

1.7V、充电限制电压为

2.2V、放电终止电压1.2V、最大连续充电电流为200A 和最大连续放电电流为200A。就实验室而言，室内温度保持在20℃-30℃，满足电池工作温度要求。

此外，电池容量，是指电池的蓄电能力。即在一定的放电条件下，充满电的电池放电至蓄电池的端电压达到规定的放电终止电压时，可以从蓄电池中获得的总电量来表示，单位为安时（Ah）。

2.2电池充放电方法及平台

2.2.1 充电方法选择

⑴恒流充电

恒流充电法是指蓄电池在充电过程中，充电电流始终保持不变，而电池两端的充电电压逐渐升高的充电方法。

⑵恒压充电

恒压充电法是指蓄电池在充电过程中，充电电压始终保持不变，而电池两端的充电电压逐渐升高的充电方法。

⑶恒流恒压充电

恒流恒压充电法，是指将恒流模式和恒压模式相结合的充电方式。首先，以恒流充电至设定的电压值，然后，改为恒压充电至结束。一般第二阶段的恒压值取两阶段之间的转化电压。该充电方式不仅避免了恒压充电方式前期的电流过大，又解决了恒流充电方式后期过充电的问题。

⑷充电方法的选择

由于电池结构特殊性，以及从保护电池的角度出发，单液流锌镍电池采用恒流充电模式进行充电，最大充电电流不超过200A。并记录电池的端电压随充放电时间而改变的曲线及其数据。

2.2.2 放电方法选择

⑴恒流放电

恒流放电是指以恒定的电流对电池进行放电到一定的终止电压停止放电，放电期间，电流保持恒定不变。通过恒流放电，可以了解电池内部的容量，电池放电容量等于放电电流与放电时间的乘积，所以要了解电池的真实容量，需要对电

池进行恒流放电控制。

⑵恒功率放电和恒电阻放电

恒功率放电是指放电过程中电池的负载功率保持不变。根据P=U*I可知，放电后期，随着工作电压下降，放电电流会上升，而负载的功率始终不变。

恒电阻放电是指在放电过程中电池的工作电压和放电电流均随着放电时间的延长而下降，但负载的电阻始终不变。

⑶放电方法的选择

电池的放电性能受放电电流、环境温度、放电截止电压等多方面因素的影响。所以，在标注或讨论电池的放电性能时，一定要注明放电电流，或电放大倍率，以及放电截止电压的大小，也只有在相同条件下的放电测试结果才具有可比性。

在日常生活中，常用到的MH-Ni电池、Cd-Ni电池和锂离子电池等蓄电池，往往采用连续恒电流放电法，记录放电过程中的电池电压随放电时间的变化。

此次实验，采用恒流放电方式作为对锌镍液流电池研究的放电方法，保持放电电流大小不变，记录放电过程中的电池电压随放电时间的变化。

2.2.3 电池测试系统

1、新威BTS-5V200A电池测试系统

新威电池检测系统是由新威公司多年来不断的创新，针对市场的需求，自主研发的新一代电池检测系统。该系统是基于网络版BTS上位机软件研发的升级版本，支持电池组单体电压和温度的测量功能、DCIR直流内阻测量功能、脉冲工步、恒功率、恒流、恒压等充放电模式等。

本次实验所使用的新威5V200A型实验设备共4通道，检测过程4路分开，支持电池组单体电压和温度的测量功能；脉冲工步、恒功率、恒流、恒压等充放电模式；每通道电压检测范围：充电10mV~5V，放电10mV~5V，精度±0.1%。每通道电流检测范围：充电400mA~200A，放电400mA~100A，精度0.1%。输出最大功率1000W。可以实现充放电过程的编程，通过串口上传数据，并可以记录到TXT 或EXCEL文档中。图2-1给出了新威BTS-5V200A电池测试系统实物图