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VRLA蓄電池在光伏系統(tǒng)的應用

2010年02月08日 15:58 14151次瀏覽 來源:   分類: 光伏


  三、影響光伏發(fā)電系統(tǒng)用儲能VRLA蓄電池壽命的因素:
  (1)正極活性物質(zhì)軟化脫落
  VRLA蓄電池在循環(huán)使用條件下,電池的失效主要是由正極活性物質(zhì)(PAM)的軟化、脫落所致。鉛酸電池循環(huán)過程中,正、負極活性物質(zhì)經(jīng)歷了可逆的溶解再沉積過程,改變了多孔二氧化鉛電極的結構。尤其對二氧化鉛電極,可能會引起表觀體積的增加,改變顆粒和孔隙的分布,多孔二氧化鉛結構中顆粒之間的機械結合性能和導電性能降低,隨著循環(huán)的繼續(xù),這種情況還會進一步的惡化,結果使得該區(qū)域的活性物質(zhì)軟化和脫落。
  (2)放電電流對蓄電池壽命影響
  在光伏系統(tǒng)中,蓄電池的放電電流非常小。在小電流條件下形成的PbSO4比大電流條件下形成的PbSO4轉(zhuǎn)化困難得多。這是因為在小電流條件下形成的PbSO4結晶顆粒要比大電流條件下形成的PbSO4結晶顆粒粗大,粗大的PbSO4結晶顆粒減少了PbSO4的有效面積,這樣在再充時加速了極板極化,導致PbSO4轉(zhuǎn)化困難,隨著循環(huán)的繼續(xù),這種情況還會更加加劇,結果使得極板充不進電,最后導致蓄電池壽命終止。
  (3)深度放電后蓄電池容量恢復
  在光伏系統(tǒng)中,蓄電池的放電率要比蓄電池應用在其它場合低,通常介于C20~C240,甚至更低。小電流下深度放電意味著極板上的活性物質(zhì)將得到更充分的利用。在許多光伏系統(tǒng)中,通常不會發(fā)生深度放電,除非充電系統(tǒng)出現(xiàn)故障或者持續(xù)長時間的壞天氣。在這種情況下,如果蓄電池得不到及時的再充電,硫化問題將更加嚴重,進一步導致容量損失。
  (4)電解液分層對蓄電池壽命影響
  電解液分層現(xiàn)象是由于重力的作用在電池的充放電過程中產(chǎn)生的,即充電時正負極板表面都產(chǎn)生H2SO4,它的密度大,因重力的作用而下沉。在放電時,正負極板表面均消耗H2SO4,故表面液層密度小,低密度的電解液順著極板間上升,而極群上部高密度的電解液則從極群側(cè)面向下流,電解液流動的結果造成了上部密度低、下部密度高。分層現(xiàn)象的產(chǎn)生對蓄電池的使用壽命和容量均產(chǎn)生不利影響,加速了板柵的腐蝕和正極活物質(zhì)的脫落,導致負極板硫酸鹽化。
  (5)電解液密度對鉛蓄電池壽命的影響
  電解液的濃度不僅與蓄電池的容量有關,而且與正極板柵的腐蝕和負極活性物質(zhì)硫酸鹽化有關。過高的硫酸濃度加速了正極板柵的腐蝕和負極活性物質(zhì)硫酸鹽化,并導致失水加劇。


  (6)板柵合金的影響
  VRLA蓄電池,由于長期循環(huán)使用,正極板柵會在電解液的作用下逐步腐蝕并長大,板柵的長大使活物質(zhì)和板柵的結合性降低,從而導致電池容量逐漸衰減。這種正極板柵的腐蝕和長大主要受板柵的合金組成、電解液密度及板柵筋條形狀等因素的影響。
  在蓄電池充電過程中,板柵和活性物質(zhì)的界面形成非導電層(CaSO4),這些非導電層或低導電層在板柵和PAM界面產(chǎn)生了高的阻抗,導致充放電時發(fā)熱和板柵附近PAM膨脹,從而限制了電池容量(即所謂的PCL效應)的輸出。
  (7)極板的厚度的影響
  極板的厚度應屬于電池設計方面的問題,一般來說,較厚極板的循環(huán)壽命要長于較薄極板,而活性物質(zhì)利用率相比之下要差一些。但有利于循環(huán)壽命的延長。
  (8)裝配壓力的影響
  裝配壓力對VRLA電池壽命有很大影響。AGM隔板彈性差,組裝時,極群不加壓或壓力過小,隔板和極板之間不能保持良好的接觸,電池容量大大下降。
  在循環(huán)過程中,活性物質(zhì)的膨脹、疏松、脫落是電池壽命提前終結的原因之一,而采用較高的裝配壓力可以防止活性物質(zhì)在深循環(huán)過程中的膨脹。若裝配壓力太低,還會導致隔板過早地與極板分離,引起電液傳輸困難,電池內(nèi)阻迅速增大,容易導致蓄電池壽命終止。因此,采用較高的裝配壓力是電池具有長循環(huán)壽命的保證。
  (9)溫度的影響
  高溫對蓄電池失水干涸、熱失控、正極板柵腐蝕和變形等都起到加速作用,低溫會引起負極失效,溫度波動會加速枝晶短路等等,這些都將影響電池壽命。 在一定環(huán)境溫度范圍放電時,電池的輸出容量隨溫度升高而增加,隨溫度降低而減少。在環(huán)境溫度10~45℃范圍內(nèi),鉛蓄電池容量隨溫度升高而增加,如閥控密封鉛酸蓄電池在40℃下放電電量,比在25℃下放電的電量多放出10%左右,但是,超過一定溫度范圍,則相反,如在環(huán)境溫度45~50℃條件下放電,則電池容量明顯減小。低溫(<5℃)時,電池容量隨溫度降低而減少。電解液溫度降低時,其粘度增大,離子運動受到較大阻力,擴散能力降低,電化學的反應阻力增加,結果導致蓄電池容量下降。其次低溫還會導致負極活性物質(zhì)利用率下降,影響蓄電池容量,如電池在-10℃環(huán)境下放電時,負極板容量僅達35%左右的額定容量。
  通常情況下,若在25℃條件下使用時,蓄電池的壽命為3年,那么30℃條件下使用時,就下降至2.5年,40℃時就下降至1.5年。即以25℃為基準,每升高10℃,其使用壽命縮短一半。

 

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責任編輯:小貝

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