第十五章:了解你的蓄电池


如果您的太阳能光伏系统连接了良好的可充电电池,将确保您的发电和存储效率得到优化,因为太阳能光伏电池板产生的所有电力仅在阳光照射时才会发生,并且当没有太阳光时,您需要依靠电池存储的能量。

然而,在购买任何电池并连接到充电控制器之前,重要的是在开始时作出正确的选择,否则会遇到诸如由于设备的不匹配而导致的早期系统故障,或者由于经常更换电池而导致高维护成本。一个好的电池可确保您的系统在您需要的时间最长且能够持续使用时提供电力。

重要的术语

在我们开始解释蓄电池类型之前,让我们看看关于可充电电池系统的一些重要术语。

您将在电池存储中遇到的基本术语。充电状态,放电深度,往返效率和自放电率。

充电状态

蓄电池的充电状态很容易理解为充电周期中电池的充电量。类似于油箱仪表,告诉你汽车中的油箱有多满。

有很多方法可以判断蓄电池是否充满。常用方法包括化学测试(例如使用比重计计算电池水的比重),电压测试(例如使用电压表并与蓄电池的开路电压与温度的查找表进行比较)和电流积分法(例如测量蓄电池电流和时间积分)。

很容易看出,如果蓄电池的荷电状态下降,其他如电流与电压也会下降。然而,电压(有时与电流时间计算相结合)被认为是最简单和不那么复杂的方法。

例如,当蓄电池处于满充电状态时,12伏铅酸蓄电池的比重(SG)为1.277,开路电压(Voc)为12.73V。在50%充电状态(SoC)下,SG将降至1.172,Voc将下降至12.10V。在10%SoC时,SG将降至1.073,Voc将下降至11.51V。

准确测量充电状态取决于蓄电池类型和技术,这一点很重要。为了便于比较,请观看制造商数据表以了解蓄电池的充电状态。

放电深度

放电深度(DoD)与蓄电池的充电状态相反。具有100%SoC的完全充电蓄电池将具有0%的DoD。一个数字上升,另一个数字下降,反之亦然。那么为什么这两个术语呢?

基本上DoD与蓄电池的循环寿命相关联。一般的经验法则是,我们经常放电的次数越多,蓄电池的寿命就越短,这是由于蓄电池的化学变化和内阻的增加。因此,浅放电循环将使蓄电池的使用寿命更长。

在离网太阳能系统中,我们非常重视放电深度,因为我们每天有限的时间用太阳光对蓄电池充电,而没有太阳时我们将仅从蓄电池中消耗电力。不正确的用电导致蓄电池损坏速度加快并增加维护成本。

如果处理得当,优质深循环蓄电池的使用寿命将近10年,但如果每天都过度使用它,也可能在使用半年内损坏。

举例说明蓄电池的循环寿命(铅酸与锂离子电池)以及放电深度对循环寿命的影响。

不同类型的蓄电池具有不同的额定循环寿命和推荐的放电深度。锂离子电池通常被认为是具有更多循环寿命的长效电池的良好候选者之一,只要不被广泛放电所滥用。

根据推荐的放电深度和额定循环寿命查看制造数据表非常重要。像锂离子电池这样的电池通常会以80%的DoD显示蓄电池的循环寿命,而铅酸电池通常会显示DoD为50%或25%的蓄电池的循环寿命。原因是,由于太阳能电池在太阳出来时每天充电一次,每次充电被认为是一个循环并且所述DoD建议1000次循环将确保蓄电池可以大约在2.5-3年内没有问题地使用。大多数电池不附带长期担保。

考虑到DoD,它可以让你仔细计划你的电池系统。记住你的负载计算?如果您每天需要100安培小时的能量,以确保其在50%的DoD内,则需要200安培小时的蓄电池容量。如果您希望蓄电池系统能持续更长时间并达到25%DoD的目标,则需要400安培小时的蓄电池容量。

一些像锂离子电池这样的蓄电池将具有电池管理电路(BMS),如果电池电压低于特定电压BMS会将关闭电池以防止进一步放电,避免损坏蓄电池。

往返效率

往返效率通常用百分比表示。这是放入存储器的能量与可从存储器取回的可用能量的比率。

高往返效率存储意味着存储的能量损失更少。电池的一般往返效率在75% – 90%之间,取决于蓄电池类型。

这些能量损失主要是由于充电和放电期间的散热。一些化学反应和内阻形式的能量损失。

自放电率

自放电是化学蓄电池的正常现象。由于蓄电池内部发生化学反应,即使没有连接或使用,它也可能会随着时间慢慢失去电荷。蓄电池的自放电率高于一次性电池(不可充电电池)。

一次电池的例子是:锂金属电池(10年的存放寿命)和碱性电池(保质期为5年)。可充电电池自放电率的例子有:锂离子电池(每月2%-3%),铅酸电池(每月4%-6%),镍镉(每月15%-20%)和镍金属氢化物NiMH(每月30%)。

锂离子电池具有较低的自放电功能,当您需要备份和储存较长时间的能量时很有用,但价格较高。

电池容量

电池的容量通常表示为安培小时(AH)。这基本上意味着1安培小时容量的电池应该能够持续1小时提供1安培的电流。换句话说,半个小时供应2安培的电流,或2个小时的0.5安培。输出指定的安培小时后,电池将处于完全放电状态。

然而,蓄电池通常不会在这样的线性公式中工作,因为随着时间的推移放电期间电流和电压将下降,特别是在接近完全放电状态下。因此,蓄电池的安培小时容量通常在给定时间的给定电流下被指定,或者假定被评定为8小时的时间段。与我们如何以kWh计算能量类似。

蓄电池容量与蓄电池电流额定值不同。事实上,一个100安培小时的蓄电池并不意味着电池可以在一个小时内放出100安培的电流。这只意味着蓄电池可以包含100安培小时的能量。

 

同样,当功率计告诉我们我们使用100kWh的能量并不意味着我们有一个100kW的设备在过去的一个小时内运行,因为它是在一段时间内累计使用的表示,我们简化和表达同等于一个小时内的应用。

取决于蓄电池结构,平板密度,内部特性和技术,蓄电池的连续输出通常远低于蓄电池的安培小时。例如,如果100安培小时蓄电池的电流规格为5安培连续输出,则它将只能输出最大5安培的连续输出,并且在蓄电池完全放电之前运行将近20小时。

然而,随着时间的推移,电池的安培小时会随着时间的推移而降低,这是由于化学反应和内部电阻的累积造成的。因此,在实际使用中,电池似乎在多次使用后变得更快完全放电。

将电池串联可提高额定电压,而并联配置则可提高安培小时额定值但电压保持不变。

当串联连接电池组时,电压会增加,但安培小时不会(就像太阳能光伏板一样)。同样,如果你将它们并联,电压仍然保持,但安培小时增加。随着每次添加电池组,总能量储存量仍将增加。

充电温度和放电温度

蓄电池可以在很宽的温度范围内工作,但大部分蓄电池都能在25摄氏度的标准测试条件下正常工作。在极端温度下,蓄电池的效率将受到影响,包括充电和放电。这主要是由于温度对蓄电池内部化学物质的影响。

在零摄氏度冰点温度下使用电池供电的电子设备(如数码相机)的实用建议是,取出电池并先用手掌温暖,然后再使用,以延长使用时间。它和太阳能蓄电池一样。

每种不同类型的蓄电池将具有不同的充电和放电温度。蓄电池可以在更大的温度范围内放电,但在更有限的温度范围内充电。为获得最佳效果,请在10-30摄氏度之间给蓄电池充电。

普通充电电池允许的充电和放电温度。

温度补偿

电池充电电压应根据蓄电池温度进行校正。这种调整称为“温度补偿”,这是一种充电功能,可帮助确保蓄电池既不充电也不过度充电,而不管蓄电池温度如何。

温度影响内阻和充电接受度。在极端寒冷或极热的情况下,充电接受能力降低,因此需要在充电前使其达到适中的温度。

标准测试条件的额定温度为25摄氏度,即大多数电子设备测试的温度,包括充电控制器,逆变器,太阳能光伏电池板和蓄电池。但在实际使用中,环境温度与标准测试条件有很大不同。

当蓄电池处于冷态时,需要较高的充电电压才能将电流推入电池极板和电解液,但较热的蓄电池需要较低的充电电压以防止过度充电。过高于须要的充电电压对阀控式铅酸(VRLA)电池造成潜在损坏,并在淹没型铅酸电池制造不必要的出气。在极端温度下工作时,电压补偿可延长电池寿命。

与仅使用标准测试条件的充电特性相比,用温度相关来调整充电电压限制和浮动充电电压以防止欠充电或过充电的示例之一。
在浮充时对铅酸电池进行充电和维护时建议的电压限制。

最广泛使用的温度补偿公式为:每2 V电池每ºC -0.005 V。但是,它仍然取决于蓄电池类型和制造商。不同的蓄电池类型具有不同的温度补偿特性。查看制造规格表以了解在极端温度下所需的适当调整是明智的。实际上,一些电池制造商和充电器制造商建议不对50ºC(122ºF)或更热的电池充电。

C-速率

充电和放电速率通常表示为C速率或C-rate,它是蓄电池相对于其容量的充电或放电速率的量度。

给予1安培小时蓄电池,1C率进行充电就是将以1安培(从全空到全满)充电1小时,或者1C率进行放电就是用一个小时进行放电1安培(从全满到全空)。相同的1安培小时蓄电池以0.5C放电应该可提供500mA两个小时,或者在2C提供2A 30分钟。

给予100安培小时蓄电池,1C率进行充电就是将以10安培(从全空到全满)充电1小时,或者1C率进行放电就是用一个小时进行放电10安培(从全满到全空)。

C-速率 时间
5C 12 分钟 (1/5 小时)
2C 30 分钟 (1/2 小时)
1C 1 小时
0.5C or C/2 2 小时
0.2C or C/5 5 小时
0.1C or C/10 10 小时
0.05C or C/20 20 小时
C/x x 小时

由于安全和使用寿命长的原因,建议一般为1C或更低的电池充电。提供超过1C的电荷可以产生加热,充气和减少蓄电池寿命。然而,蓄电池的准确C率可以在蓄电池和充电器的制造规格表中找到。一些使用专用充电器允许更高的充电速率,例如2C,5C,高达12C。

在处理超高容量电池时,C率会低得多, 因为在充电或放电1C的时候就会有相应的大量电流。(例如200安培小时电池在充电或放电1C的时候就需要一个小时处理200安培的大电流量)。如前所述,高电流系统会产生大量的废热,效率通常较低。

启动电池和深循环电池

启动电池在汽车中通常存在以允许内燃机的电点火(通过电启动器)。它也被称为起动点火电池(SLI – starting-lighting-ignition)。这些电池具有大量最大表面积的薄铅板,以满足发动机启动期间短暂的瞬时电流突发。通常情况下,开始放电的电池容量不足3%。发动机启动后,电池将进入由运行的发动机和交流发电机支持的充电阶段。

启动电池价格低廉,但不适合太阳能应用,因为在太阳能应用中,频繁的深度放电会导致电极瓦解并导致过早失效。在太阳能应用中,白天有很长时间的浮充电,但整个晚上处于长时间的部分放电状态。

因此,深循环电池用于太阳能应用中,其具有较小但较厚的铅板,其由于循环而不易退化。它们也具有较高密度的活性膏体材料,较厚的隔板和较多的锑含量。电动车辆(如高尔夫球车),太阳能光伏系统和不间断电源(UPS)中存在深循环电池。这些电池允许恒定电流放电,但通常比启动电池的峰值负载电流更低。

深循环电池通常设计为放电45%至75%的容量,其中一些能够放电至少80%。然而,比较浅放电和深放电,如果每个周期的放电深度较低,则电池的寿命周期将更长。为了获得更好的使用寿命与成本因素,建议平均放电周期为45%(防止放电深度超过50%)。

尽管淹没式铅酸电池可以是启动电池类型或深循环电池类型,因此取决于应用,但选择一种适合应用可以确保系统不会过早失效的类型。

深循环电池也可用于VRLA,AGM或Gel电池。


普通太阳能蓄电池类型

普通太阳能蓄电池类型有如

  • 标准铅酸电池或淹没式铅酸电池
  • 阀控式密封铅酸(VRLA – Valve Regulated Lead-Acid)有三种类型:密封铅酸(SLA – Sealed Lead-Acid),凝胶电池,吸收玻璃垫(AGM – Absorbent Glass Mat)。
  • 锂离子电池

标准铅酸(淹没式铅酸)电池

标准铅酸电池是最古老的可充电电池。它常见于汽车,是能够提供高浪涌电流(例如用于启动汽车发动机)的最经济实惠的电池之一。

由于电池可以很容易地设置为并联运行以提供更大的电流,或者串联运行以提供更高的电压。以较低的成本进行大规模的电网备份也是有利的。

在一个标准的铅酸电池中,它由一系列6伏的2伏电池组成。 2伏电池的电压范围可以是从空电时的1.8伏(对应于〜10.8伏)到满电时的2.1伏(对应于~12.6伏)。电压是决定电池充电状态的标准之一。

标准铅酸蓄电池组由负极和正极铅板夹在隔离两个不同极板的绝缘体之间以防止短路。它被淹没并在由水和硫酸组成的电解质中浸浴。

以下是标准铅酸电池放电或充电时发生的事情的图示。


(1)串联6个2.1伏单电池,制成典型的12伏电池(12.6伏)。

(2)在放电期间,硫酸和铅板之间的化学反应产生电,同时正极板和负极板也开始被硫酸铅涂覆(也称为硫酸盐化)。

(3)完全放电时,板几乎被硫酸铅覆盖。电池电压从12.6伏下降到10.5伏。

(4)硫酸铅层最初是软的,只要放电的电池立即充电,它可以恢复成铅和硫酸。如果铅酸电池没有立即充电,硫酸铅将开始形成坚硬的晶体,导致电池容量不可逆转的损失。

(5)电池充电时,硫酸铅转化为铅和硫酸。充电过程中也会发生电解。水被转化成氢气和氧气(气体),随着时间流逝,需要排出水并导致水损失。充电过程中产生的氢气是爆炸性的。

(6)一些硫酸铅可能仍然留在板上,在每次充电循环后逐渐积聚,并且逐渐地电池将开始松散储存完全充电的能力并且最终必须被替换。

标准铅酸电池的好处:

  • 廉价和商业可用。
  • 很广范围的容量(某些充电电池有非常高的安培小时额定值)。
  • 能够在需要时处理大电流(峰值负载电流)(例如启动汽车电池)。
  • 维护良好的标准铅酸电池可以持续比VRLA更长的时间,通常维持水位,维持充电状态并防止放电> 50%。
  • Recyclable. Lead acid batteries are recycled 98% by volume, 99.5% by weight.

标准铅酸电池的缺点:

  • 硫酸盐化可能会显着降低电池储存和释放能量的能力。
  • 由于在放电期间在板上发生的硫化,随时间推移淹没式铅酸电池无法维持恒定的电流,在一段时间之后减少电流。
  • 取决于淹没式铅酸电池的规格使用。汽车电池(启动电池)具有大量的薄铅板,允许大电流瞬间短时间放电以满足启动时的突然峰值负荷,但薄板很容易因深放电而损坏,从而导致过早失效。深度放电循环导致薄电极分解。太阳能应用需要使用深循环铅酸蓄电池,这种蓄电池具有较厚的板,因此不易因循环而退化。
  • 需要频繁的维护以确保电解质处于良好的水平以充满电池。随着时间的推移,电解质将由于氢气和氧气在再充电期间释放到空气中而减少体积。
  • 有较低的放电 – 充电周期(电池寿命周期),如果频繁放电低于50%会恶化。
  • 与其他电池相比,自放电率更高。
  • 应该始终放置直立的位置,否则你会冒酸泄漏的风险。
  • 需要在充电电池周围通风。充电过程中释放的氢气可能会导致爆炸。
  • 铅对环境有毒,不要弃置于垃圾填埋场。

阀控式密封铅酸(VRLA)蓄电池

阀控铅酸蓄电池通常称为免维护蓄电池。它是通常被认为可以放置并忘记它,直到它最终蓄电池让步。没有必要像充水电池那样添加电池水。它的结构与标准充水铅酸蓄电池类似,但对于处理硫化和充气损失略有差异。

三种常见类型的阀控式密封铅酸蓄电池是:

  • 密封铅酸电池(密封阀调节湿电池)SLA
  • 吸收性玻璃纤维垫电池 AGM
  • 凝胶电池 Gel

在太阳能电池中,常用的VRLA是AGM或Gel电池。

密封铅酸(SLA)电池,其组成与标准铅酸电池相同,但没有敞开的通风孔来释放气体。只要压力保持在安全水平,电池就会将产生的气体保留在电池舱内。在正常的操作条件下,气体可以在电池本身内复合。在某些阀控式密封铅酸蓄电池中,只有极少量的气体通过一个非常小的通气孔才能释放气体,以便在过度充电时或压力超出其安全极限以防止爆炸时将压力调节回安全水平。从某种意义上讲,SLA是一种被密封的淹没式铅酸电池,不允许用户添加水,因此“免维护”。

吸收性玻璃纤维垫(AGM)电池(也称为缺电解质)在电池板之间具有非常薄的玻璃纤维网,用于容纳和固定电解质。电解液保存在玻璃垫中,而不是自由浸水。这些非常薄的玻璃纤维被编织成垫子以增加表面积以在电池寿命期间在电池上保持足够的电解质(高达95%)。由于玻璃垫和铅电极是紧密包装的,因此在振动时零板移动,这使其免受振动。它们在冷冻温度下也表现良好。然而,它们比Gel或SLA同类产品更昂贵。

凝胶电池将硅石粉或其他胶凝剂添加到电解质中,形成厚的腻子状凝胶。常见的有硫酸与气相法二氧化硅混合。电解质凝胶减少了电解质的蒸发,溢出并且对冲击和振动具有更大的抵抗力。铅板中的锑被钙替代以允许在电池中发生气体复合。 (锑与铅中的铅合金可以提高镀层硬度和机械强度,增加充电特性并减少充电过程中不需要的氢的产生)。气体复合在凝胶电池中非常有效地发生。在过充电过程中,从正极板放出的氧气将穿过凝胶到达负极板,在那里吸收在海绵铅负极板表面的氧气和氢气重新回到水中。阀门的调节压力为2 psi,足以发生全面复合并防止气体流失。

AGM和凝胶电池都具有固定电解质的能力,这对于许多便携式应用来说是一个额外的好处,您可以将电池直立,躺在任何方向,甚至颠倒。

阀控铅酸蓄电池的优点:

  • 免维护!您不需要担心随着时间的推移将水位添加到电池中(或者基本上不能添加其他任何东西)。
  • 安装在难以定期维护的地方(例如偏远地区)
  • 通常用于电力存储应用,例如用于计算机的不间断电源(UPS)和离网太阳能备份解决方案。
  • 循环寿命比保养不良的淹没铅酸蓄电池长,但比保养良好的淹没铅酸蓄电池短。
  • 能够放置在不同的方向上(尤其是AGM和凝胶类型)。
  • AGM由于紧密包装的带电极的玻璃垫在震动时板的移动几乎为零而不受振动影响。
  • AGM可以耐受冻结温度下的操作(适用于雪地移动)。

阀门调节铅酸电池的缺点:

  • 固定剂(AGM,凝胶)将阻止化学反应产生电流。这使得它们具有较低的峰值功率额定值,并且对于需要短暂的高电流的应用(例如起动发动机(除非声明用于启动电池用途))的用途较少。
  • 电解质不能用比重计测试以诊断不适当的充电。
  • 比标准铅酸电池更昂贵。(AGM,Gel)
  • 还需要通风,但要低于标准铅酸电池。
  • 你不能像淹没铅酸蓄电池那样用水补充VRLA蓄电池。从VRLA电池损失的氢气不容易被替换,因此需要超量供应电解质。 (主要是AGM)
  • 比标准铅酸电池更重(由于AGM的重量,胶凝剂和超量配置的电解液)。
  • 需要电压调节充电器来最大限度地延长VRLA电池的使用寿命(尤其是AGM和凝胶)。过电压会缩短其使用寿命。
  • 还是会放出氢气但要少得多(本质上是爆炸性的)。

锂电池

锂离子电池是一种可充电电池,其中锂离子在放电期间从负极移动到正极,并且在充电期间从正极到负极反向移动。

锂离子电池是便携式电子产品(例如手机,电动车等)中常见的可充电电池。它具有高能量密度,低记忆效应和低自放电率。

然而,纯锂具有很高的反应活性,可与水剧烈反应生成氢氧化锂和氢气。因此通常使用非水电解质并将其密封以防潮。

锂离子可以与不同的材料结合,具有不同的特性取决于应用。重量为重点的手持式电子设备通常使用锂钴氧化物(LiCoO2),它具有高能量密度,但存在安全隐患,尤其是在受损时。另一方面,如果重量不为重点的电子工具或太阳能应用,通常会使用磷酸铁锂(LiFePO4),锂离子锰氧化物电池(LiMn2O4,Li2MnO3或LMO)和锂镍锰钴氧化物LiNiMnCoO2或NMC)较低的能量密度,但寿命更长,并且实际使用中不幸事件(例如火灾,爆炸等)的可能性较小。

如果处理不当或充电速度过快,锂离子电池可能存在安全隐患(火灾和爆炸),因为它们含有可能保持加压的易燃电解质。因此它需要一个带温度传感器,过充电和深放电保护的专用充电器或电池管理系统(BMS)。电池电压过低或极端温度时,电池会关闭。

充电温度保持在0-45°C,以延长电池使用寿命。如果电池温度低于冰点温度,则会停止充电,因为在通过反复循环不能除去的不足循环范围内,负极可能发生金属锂电镀。在高于45°C的温度下充电会降低电池性能和使用寿命。过热或过度充电锂离子电池可能会发生热失控,导致泄漏,爆炸或起火。

锂离子电池的生命周期也因制造商和技术而异。如果电池基于碳阳极,大部分电池的额定功率可达500-1000次,最高可达10,000次。降解主要取决于使用温度和放电深度。

由于大量生产使用锂离子电池的电动汽车和成熟的制造技术,锂离子电池的价格多年来一直下降。 18650尺寸的圆柱形电池已经成为笔记本电脑,家用储存解决方案和电动汽车中使用最普遍的圆柱形电池。

锂离子电池的优点

  • 高能量密度。
  • 紧凑且适用于便携式电子产品。
  • 非常低的记忆效应。
  • 自我放电率低(每月1.5-2%)。
  • 比铅酸电池的循环寿命更长。
  • 免维护。
  • 免受振动。
  • 可以放置在任何方向。
  • 由于Tesla Powerwall出色的市场推广,整个房屋电源备份解决方案备受欢迎。
  • 考虑到更深的放电周期(DoD为80%),更长的循环寿命(例如DoD时为80%的1000个周期),如果正确处理,电池更换次数更少,从长远来看可以是更便宜的替代方案。
  • 将电池管理系统(BMS)与锂离子电池一起使用将确保电池的安全性和使用寿命。
  • 锂离子电池含有比其他类型的可能含有铅或镉的电池更少的有毒金属。因此对环境毒性较小。
  • 锂离子电池中的金属(如铁,铜,镍和钴)可以循环使用。

锂离子电池的缺点

  • 比铅酸电池贵。
  • 与铅酸电池相比,充电要求严格。充电温度保持在0-45°C。
  • 处理不当,过热和过度充电可能导致热失控,导致爆炸和火灾。
  • 当长时间存放时,保护电路的小电流消耗可能会将电池耗尽到其关断电压以下;普通充电器可能无用,因为BMS可能会保留此电池(或充电器)“故障”的记录。
  • 即使超越标准小电压(毫伏)也会导致电池过早老化,锂离子电池在允许范围之外的电压容易受到损坏。

其他可充电电池解决方案

多年来,由于对家庭电源备份解决方案的要求越来越高,以及在电网低峰时间率进行蓄电池充电然后在电网高峰时间率释放存储电力的概念越来越普遍,充电电池一直在不断跟新发展。追求更安全,更便宜和可扩展的系统,使得不久的将来市场上将出现越来越多的新解决方案。

盐水电池和氧化还原液流电池的插图。两者都是整个房屋电池存储的有前途的解

盐水电池是一种使用盐水代替铅酸和锂离子电池等重金属的电池。盐水成本低,无毒,安全,不使用时可减少生活副作用(低自放电),从而延长存放时间。它由Aquion Energy普及。在电池中,高盐浓度允许固体电解质界面形成并释放更多的能量,比能量为100瓦特/千克,并且在0.15C至4.5的放电和充电速率下可以以接近100%的库伦效率运行。

由于钠(一种盐)具有高还原电位,低重量,无毒性,相对丰富性,可用性和低成本,它已经找到了许多可充电电池解决方案的方式,如熔盐电池,钠离子电池,钠硫电池等

流动电池或氧化还原液流电池是一种电化学电池类型,其中化学能由两种化学组分提供,溶解在系统内所含的液体中,液体通过允许两种化学品之间进行离子交换的膜分离。这些电池连接到储存电解液的两个较大的储罐(阳极液储罐和阴极液储罐)。储存的化学品泵送通过化学反应(还原和氧化)发生的氧化还原电池。充电氧化还原电池会逆转化学反应。这种电池容易根据需求进行扩展,但功能相对较弱。

流动电池的另一个变种是NanoFlowcell,它具有更高的能量密度,并且具有600Wh / L的常规氧化还原电池,允许用于汽车。

流动电池通常在锂离子长时间存储应用中处于顶峰。这是由于他们在几乎没有维护的情况下持续几十年的能力以及电解质材料可以重新循环使用或销售的事实。

然而,与老旧的忠实铅酸蓄电池相比,所有这些技术都相当新颖,并且锂电池的商业化进度很快,但需要一段时间才能有更多新的存储解决方案在家用太阳能备份解决方案中扎根。


购买蓄电池

在购买蓄电池并连接到您的太阳能光伏系统之前,请确保您已经考虑了您电池系统的目标。在购买之前有许多事情需要考虑,否则您可能会后悔电池系统的性能不如预期的那么好,或者由于操作不当而造成伤害或火灾。

正确选择 – 深循环电池

淹没铅酸电池比其他存储解决方案更便宜,存储容量更大。的确诱人从商店抢购最便宜的淹没铅酸电池并且认为它适用于太阳能应用。但是,等一下,你是抓起始电池(用于汽车启动用电池)还是深循环电池?

你通常不会在当地的汽车商店购买深循环电池,除非他们还将服务扩展到高尔夫球车等电动车。使用启动电池进行太阳能应用将导致过早失效,因为它们不支持深度放电和恒定电流消耗。

见标签。如果是深循环电池,则适用于太阳能应用以及其他备用解决方案,如UPS和全屋电源备份使用。

确保您的充电控制器支持您购买的蓄电池。

太阳能充电控制器是维护和充电电池的重要设备。不过,仔细查看每个充电控制器的制造数据表,它将揭示某些重要信息。一些充电控制器只接受密封铅酸电池,充电电池和胶体电池,而另一些充电控制器则延伸到支持锂电池。一些先进的充电控制器在检测正确的电池类型时具有自动检测功能并且相应地工作,而另一些需要手动设置。

在淹没铅酸电池设置中,充电控制器每个月都会有高达14.8V的均衡充电间隔功能,这个电压比正常的充电电压高,可以去除电池板上的任何硫酸盐晶体。它还允许在14.6V左右的升压充电和13.8V的浮充充电。充电电池有通风口,可以让充电电池中的气体逸出,因此可以使充电电压更加恶劣。

在密封的铅酸蓄电池中,由于它没有逸出气体而被紧密密封,均衡充电电压稍低在14.6V。升压充电电压约为14.4V,浮动充电电压为13.8V。密封铅酸电池不会滥用充电电压,因为它可能会发生爆炸。

在凝胶电池中,它不需要均衡充电电压。它允许14.2V的升压充电电压和13.8V的浮动充电电压。

在锂电池充电设置中,它是所有蓄电池中最温和的巨人。由于电池内没有酸或凝胶,没有硫酸化的危险,电荷保持率很高,锂电池不需要均充和浮充。它需要的是一个稳定的14.4V升压充电电压。请记住购买带有自己的电池管理系统(BMS)的锂电池,因为这些温和电池可以持续很长时间并存储非常高的能量密度,但不适当的处理将导致爆炸和电池早期故障。

取决于你住的地方

正如我们所知道的那样,温度会影响电池的化学性质,导致内部电阻增加并降低充电容量。如果您在冬季保持在摄氏零度以下的区域,获得带有温度感测探头的充电控制器(尤其是那些可以连接到电池的探头)非常重要。它会根据电池温度调整电压和充电特性,以防止充电不足或过度充电。

在冬天温度低于零摄氏度时,将充满水的电池置于部分充电状态会使电池内部的水冻结并导致电池壁和铅板损坏(随着电池放电越多,酸的特性将变得更像普通水,冷冻水会膨胀并破裂电池盒。)

如果摄氏零度以下,锂电池将停止充电。

因此,在冬季时至少对电池具有良好的绝缘性至关重要。良好的安置将允许整个冬季能够使用功能齐全的电池系统。

取决于您的系统标称电压

额定电压是电池储存时需要考虑的重要因素之一。你可以设置6伏,12伏,24伏,48伏等系统,但哪一个是你需要的?

它首先取决于你的负荷。如果所有的负载都是12V额定电压(例如LED灯和电机),那么使用全部12V电压系统将很容易。

但是如果你的负载是12伏的额定值,但由于高功率(瓦特)消耗,或者需要更高的电压,例如需要12伏特到120伏特或240伏特的逆变器,会消耗大量的电流,那么是时候决定拥有超过12伏的蓄电池系统。请记住,高电流消耗会导致更多的散热并降低系统效率。

总之,12伏特系统用于低功耗应用,24或48伏特用于更高功耗应用。一旦为系统设定了目标额定电压,您就可以购买充电控制器以获得目标额定电压的支持。

如果你有一个48伏特的电池组,但是你拥有的是一个12伏的LED灯泡怎么办?很简单,只需要一个降压转换器将48伏转换为12伏即可实现。

确保你知道如何维护你的电池

水淹电池需要经常检查,至少每月检查一次,以确保电池内有足够的酸溶液,以防止电池电池板由于干燥而受损,因为这些电池在充电过程中会释放气体,从而随着时间流逝而失去水分。有工具可以测量电池中酸的比重,因此您只能添加蒸馏水。

密封铅酸电池和凝胶电池通常比充满液体的电池维护要少,但始终确保物理接触良好,确保没有油或粉尘层,油或粉尘层可以在充电时减少电池的散热效应。

锂电池的维修保养最少。在良好的操作条件下它们可以持续很长时间。

扩大你的电池容量

这说明如何通过组合并行和串行配置来扩展电池组。

只需将更多电池捆绑在一起,扩大电池容量就可以轻松完成,但在系统中使用多个电池时也需要考虑更多。

使用一块电池时没有太多问题,除了担心需要放电的深度与电池的循环寿命相关。

如果有两个或更多的电池,那么会出现棘手的部分。每个电池都有自己的内部电阻。有些更高,有些更低。串联或并联添加两个或更多类似电池非常重要。像明智一样,不要将新旧电池混合在一起,因为内部电阻会因电池的化学性质而随时间而改变。

决定是串还是并行

在串联配置中,每串电池都增加了电阻。它不会对单个串联组造成太多问题,但是当您决定并行使用超过一个串联组时,建议不要过多使用两个以上的并行串联组。

即使使用相同的批次,相同的制造商和相同的电池类型,内部电阻之间也可能略有不同,将它们串在一起会累加该串中电池的所有内部电阻。由于两组串联蓄电池的电阻稍有不同,通过并排放置它们会导致更多电流流入阻力较小的串联组(因此这串联组工作比邻近的串联组更多),从而更快地磨损该特定串联组并伤害最困难工作的蓄电池。由于具有越来越多的并联电池串,越来越多的电阻起作用,导致蓄电池组的充电和放电不均匀。

同样,在锂电池中,尽管许多较小容量的电池一起放置在一个包装中,通常还有许多并联的串,这可以是两个以上并联的串,特别是对于大容量存储解决方案,它总是具有专用的电池管理系统每个串的充电和放电,允许电池均匀充电和放电,因此具有更长的循环寿命。即使使用具有多种18650型小型锂电池(常用于笔记本电脑电池)的自制“Tesla Powerwall”电池组,也必须仔细选择具有匹配内阻,自放电特性和电压特性的蓄电池。

示例:自制的巨型18650锂电池库的示意图。请记住,任何错误配置都可能导致火灾。

如果您真的需要更高的存储空间以及将更多电池添加到并行串中,即使考虑到连接电池本身的导线电阻也很重要。电线越长,电阻就越高。

平衡充电的概念很简单,以确保对每个并联电池的抵抗力相互接近。除非我们有大量的电池来测试每个电池以找出每个电池的内部电阻,否则我们能做的下一个最接近的事情是确保连接电池的电线平衡良好。

并联配置中不同的电池组接线可以形成不平衡,平衡和完美平衡的系统。

在一个不平衡的并联电池系统中,存在连接每个电池的不同导线长度的多条路径,因此存在电阻最小的路径(短导线)和最高电阻(较长​​导线)的路径。这会导致电池在阻力最小的路径上工作得更多,并缩短其使用寿命。在平衡系统中,路径差异被最小化,并因此产生近似相似的电缆电阻,使得工作负载在电池之间更均匀地分布。


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