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深循环电池 - 洪水,AGM,凝胶和铅碳

杰森·斯瓦克(Jason Svarc)

铅酸和铅碳深循环电池。

直到最近,铅酸深循环电池还是最常见的电池,用于太阳能离网和杂交种储能以及许多其他应用。铅酸电池有多种不同类型和尺寸的电池,可以是单个电池(2V)电池的任何东西,或者由许多串联连接在一起以在所需电压下操作的电池组成。例如,一个常见的12V电池(例如汽车中的电池)实际上是串联的6 x 2V电池。最常见的电池电压是2V,6V和12V。

下面列出的四个主要品种可用几种不同类型的铅酸深循环电池:

4种深循环铅酸电池

  1. 洪水泛滥(排气)

  2. 瓣膜调节的铅酸(VRLA)

    • 吸收的玻璃垫(AGM)

    • 凝胶电解质(凝胶)

  3. 铅碳 - 凝胶电流

  4. 深循环OPZV管状凝胶


  1. 铅酸洪水

特洛伊木马铅酸深循环离网电池.jpg

最古老,最基本的类型是洪水铅酸电池,电解质(酸)为液态。直到10 - 12年前,洪水泛滥的电池是最常见的深循环电池,仍然用于一些大型离网系统。在充电和放电期间,产生了电池挥发性气体,并从电池中排出,以防止压力堆积。这样做的缺点是,电解质水平降低并需要加盖监管,但是,这也使电池可以保持电池,因此,如果执行常规维护,则洪水泛滥可以持续很长时间(长达20年或更长时间)。

2.阀调节的铅酸-VRLA

密封的VRLA或阀调节的铅酸电池(AGM和凝胶)的工作方式与洪水泛滥的电池相同,但在防泄漏外壳中用非液体形式密封。

VRLA电池使用气体重组系统,将充电/放电过程中产生的气体恢复到电池中。这样可以防止通过盖料几乎所有损失(接近99%)的电解质。因此,这些电池是不可保存或无维护的,因为它们是密封的,并且没有酸溢出的机会。这意味着与洪水泛滥的电池相比,它们也更安全,更容易处理和运输。

Narada气体重组阀系统上的VRLA电池 - 图片信用Narada

Narada气体重组阀系统上的VRLA电池 - 图片信用Narada

  • AGM密封铅酸

AGM电池使用VRLA系统,但将电解质存储在铅钙板之间的吸收玻璃垫中。这是VRLA电池最具成本效益的类型,近年来已经非常受欢迎。然而,与洪水和凝胶电池相比,这种类型的电池的循环寿命(寿命)通常很低,通常为6 - 10年。

  • 凝胶密封铅酸

凝胶电池使用VRLA系统,但具有凝胶电解质,该凝胶电解质是使用特殊胶凝剂创建的,以创建厚实的固定电解质。众所周知,凝胶电池在高排放率下的性能非常好,并且通常比AGM电池更长,但是它们通常更昂贵。

3.铅碳电池

铅碳电池是一种先进的VRLA铅酸电池,它使用公共铅阳性板(阳极)和碳复合负板(阴极)。该碳充当一种“超级电容器”,可更快地充电和放电,并在部分充电状态下延长寿命。

纳拉达铅碳深循环离网电池S.JPG

就像普通的凝胶密封电池一样,铅碳电池也被密封,通常使用凝胶电解质以提高安全性和低维护。

REXC系列铅碳Narada的电池使用纳米碳材料阴极,该公司声称该阴极的周期寿命比传统的铅酸电池更长。有几家公司用纳米碳或高级阴极合金材料制造铅碳电池,包括日本制造商GS YuasaYHI力量

4.管状凝胶OPZV铅酸电池

有几家高质量的电池制造商,它们设计了非常高性能的高周期寿命电池,专门为太阳能装置设计。这些管状凝胶VRLA单电池(2V)电池串联链接在一起,形成24V或48V深循环电池库。这些通常被称为OPZV(Ortsfest Panzerplatte Verschlossen)电池,它是德语,用于“固定管状板封闭”电池。下面列出的制造商使用具有耐腐蚀的铅钙合金中的带有编织聚酯手套的高级管状板电极和固体网格。

如果满足特定的充电参数,并且电池在正确的温度范围内,则管状凝胶电池可提供非常高的周期寿命,在20%DOD和40%DOD时最多5000个周期(15年),在40%DOD处提供3000个周期(通常15-30摄氏度)。

最好的OPZV管状凝胶电池制造商

高级管状凝胶深循环电池是一项经过验证的技术,具有15年以上的设计寿命。有许多成熟的值得信赖的公司为太阳能应用制造高质量的管状凝胶铅酸电池。

查看深循环VRLA电池与可用的锂电池系统相比

查看深循环VRLA电池与可用的锂电池系统相比


电池容量和排放深度(DOD)

电池中存储的可用能量被称为电池容量,该电池容量以特定的C额定值在AMP小时(AH)中测量。C额定值是指C10(10小时放电)评级是最常用的评级。请注意,在比较电池容量或C评级时,应始终参考制造商规格。所有深循环电池制造商都将在一个或多个C评级下提供AH中电池的总容量。放电时间越长,容量AH等级越高。

电池排放时,所使用的电池电量的量被称为排出深度(DOD),仍然可用的能量量被称为负责状态(SOC)。DOD和SOC的水平与无负载下的电池或电池电压成正比。典型的充满电的12V电池的电压读数为12.8至13.0伏,在该电压上,作为完全放电的12V电池,根据温度和电池的年龄,将读取约11.8至12.0伏。请参阅下面显示的图表,以获取典型的12V铅酸电池:

笔记:没有能量表(或分流),只能在电池上没有负载的情况下确定使用电池电压的估计SOC!

铅酸电池充电状态

电池温度对SOC产生了重大影响 - 较低的电池温度将减少SOC和可用能量。但是,除非电解质冻结,否则电池温度不会降低电池寿命,在这种情况下会破坏电池。另一方面,高电池温度可以大大降低电池的寿命。理想的工作温度范围为15至25°C。通常,一旦电池温度(非空气温度)为35°C或更高,便会降低电池的寿命。造成的损坏与温度成正比。例如,长时间以上40°C以上的高温较高,可以破坏仅1 - 2年的10年设计寿命的电池。

电池充电仪 - 充电状态

来自Victron Energy- 图片信用victron能源

现在有许多可靠的电池充电表可以使用内部或外部分流器来确定电池SOC,以测量电池系统的电流流量。这些仪表中的许多都可以通过各种设置进行微调,以使在所有条件下都能非常准确的SOC读数。电池充电表对于确保电池定期不会太深地放电很重要,因为它会大大降低电池寿命。非常受欢迎的电池电量表是Victron BMV这也是通过智能手机应用程序控制的蓝牙。

重要的是要注意,随着电池的年龄,电池电压会缓慢降低。这是正常的,在阅读电池SOC时应考虑到。另外,如果未施加电荷电压,电池将随着时间的推移缓慢放电。这被称为自我解脱,通常每月约3-6%,具体取决于电池类型。因此,深度循环电池可以保持充满电的状态几个月,但绝对不要以完全放电的状态保持,因为这会导致快速硫化并永久损坏电池。


电池库

电池库

深度循环电池库是许多电池组合在一起或平行的电池的组合。当电池串联连接时,则输出电压会增加,而如果与电池平行连接,则总输出电流会增加。通过这样做,电池库电压(或系统电压)可以与逆变器和其他组件匹配。用于国内离网和混合动力系统最常见的系统电压为12V,24V和48V。通常,系统越大,使用的电压越高。例如,一个大型离网系统将使用24个高容量的2V电池,这些2V电池串联与互连电缆相连,以形成48V电池库。混合动力系统中通常使用的较小的电池组通常由少量的6V或12V电池组成,形成24V电池库。


深循环电池充电

充电铅酸深度循环电池系统需要专用多阶段充电器。大多数现代混合动力或多模式电池逆变器具有多阶段充电功能,而离网DC耦合系统DC太阳能调节器或太阳能控制器为电池充电。Typcial充电周期由3个主要阶段组成,具有可选的第四平衡阶段,用于洪水泛滥的电池。还有多达7个阶段充电器,它们包含其他各种电池回收功能。

充电器必须匹配电池库电压 - 例如,24V充电器只能在24V电池系统上使用。最现代的离网逆变器/充电器或多模式逆变器具有与温度传感器和精确的电压端子传感器一起构建的专用多阶段充电器。

铅酸电池充电阶段

  1. 散装充电阶段 -通常15-40分钟*

  2. 吸收充电阶段 -通常1-3小时*

  3. 浮动阶段 -不定

  4. 平衡阶段(仅用于洪水)

太阳能存储系统中使用的典型12V密封铅酸电池库的电荷周期。

*实际充电时间取决于电池DOD,电池温度,充电速率,负载和电池年龄。始终参考电池制造商规格(数据表)。

多阶段充电器的各种充电阶段可确保电池充满电回到100%,而不会过热或过度充电电池。多阶段充电器首先以更高的电压为电池充电大约1-3小时(体积和吸收阶段)然后降低电荷电流以降低电压到所谓的漂浮电压,可以无限期保持。但是,值得注意的是,许多便宜的充电器本质上只是浮动充电器,并且不会在正确的充电电压下为电池充电。只要浮子电压靠近电池制造规定的浮子电压,它们通常可以保持电池。所有新的混合动力和交互式逆变器(离网)均包含一个多阶段充电系统,因此这不是问题。

每周为更长的寿命充满充电深度循环电池

为了提高深循环铅酸电池的寿命,应将其充电至100%充电状态(SOC)每星期一次。这样可以通过完成化学反应和分解任何硫酸在长时间不收取电池时,会发生这种情况。在冬季,电池可能无法在很多天内获得全额充电,因此应使用外部备用电源(例如发电机)。

由于温度可能会对电池的充电状态产生巨大影响,因此高端电池充电系统(多模式逆变器,调节器或控制器)将具有电池温度传感器,并具有自动调整充电电压以适应以适应电池温度传感器细胞温度。这在炎热的气候中非常重要,因为电池在充电时可以过热,这将造成永久性损坏。

注意:切勿使用便宜的汽车电池充电器。这些对电池电压没有任何反馈控制,因此绝不应用于充电深度循环电池。

*重要的:始终参考电池制造规格和建议。每个电池将具有特定的充电电压,以确保电池以安全可靠的方式运行。始终使用具有自动截止和超负荷保护的高质量电池充电器或调节器,以防止损坏和过度充电。