锂电池与凝胶细胞的区别

①环保：太阳能路灯的锂电池无污染；胶体电池含有重金属铅污染。

②不同电解液：锂电池的电解液是非水的液态有机电解液；胶体电池的电解液是凝胶状电解液。

③使用寿命长：目前普通磷酸铁锂充电1500次无记忆效应，充电1500次后占存储容量的85%；凝胶电池约500次，记忆效应明显。

④安全性：动力锂电池材料的安全性不同于锂电池更成熟的安全性。

⑤高效、性能好：胶体电池自放电小，有利于长期贮存；深放电性能高，有利于提高活性物质的利用率和放电容量；深放电和过放电回收能力强，收费接受能力达到国家标准的50%以上。

⑥其工作原理是不同的：当锂电池被充电时，在正极上产生的锂离子通过电解液向负极移动，到达负极的锂离子越多，充电能力越高；当电池放电时，嵌入在负极的锂离子移回正极锂离子返回正极越多，放电容量越大。负电极上氧的减少和负电极氢过电位的增加避免了大量的析氢反应。

凝胶电池和铅酸电池哪个更好？

铅酸蓄电池包括胶体和液体，这两种电池是按地区使用的，胶体电池具有很强的耐寒性，在-15℃下其工作效率远高于液体电池，且保温性能优良，如果冬季生活场所温度很低，可选用胶体电池。

胶体电池属于铅酸蓄电池的发展范畴，最简单的方法是在硫酸中加入胶凝剂，使硫酸电液变成胶体，具有胶体电液状态的电池通常称为胶体电池。胶体电池与传统铅酸电池的区别不仅在于电液变成胶体。近年来，实验室在平板配方中加入了一种靶向偶联剂，大大提高了平板中活性物质的反应利用率，根据非公开数据，他可以达到70wh/kg的重量比能级。

胶体电池的性能优于阀控式密封铅酸电池，胶体电池具有性能稳定、可靠性高、使用寿命长、对环境温度（高温和低温）适应性强、耐长期放电、循环放电、耐深度放电和大电流放电、耐过充电过放电和自我保护等优点。

凝胶电池内部有深度放电保护机制，深放电电池仍能与负载连接。四周内充电不会损坏电池性能。充电后，可在不影响电池寿命的前提下，迅速恢复电池的额定容量。铅酸蓄电池深度放电会损坏蓄电池永久性，一旦放电，如果电池不能在短时间内充电和恢复，电池将立即报废。也就是说，经过长时间的充电，电池的部分容量可以恢复，电池的寿命和可靠性将大大降低。

以上是锂电池和胶体电池的区别，胶体电池和铅酸电池的区别更大。锂电池产品的出现是电动汽车产业进步的实现，虽然锂电池有很多优点，但目前电动汽车主要是铅酸电池，主要原因是技术不完善。要想取代铅酸蓄电池技术，必须达到相匹配的高度，提高性价比，才能被更多的人接受。

蓄电池是UPS系统中的一个重要组成部分，它的优劣直接关系到整个UPS系统的可靠程度。不管UPS设计的多么先进，功能多么齐备，一旦蓄电池失效，再好的UPS也无法提供不间断供电。千万不要因贪图便宜而选用劣质铅酸蓄电池，这样会影响整个UPS系统的可靠性，并将因此造成更大的损失。蓄电池是整个UPS系统中平均无故障时间(MTBF)最短的部分。如果能够正确使用和维护，就能够延长其使用寿命，反之其使用寿命会大大缩短。因此，我们要了解蓄电池的基本原理和使用注意事项。

铅酸蓄电池蓄电池的种类

一般可分为铅酸蓄电池、铅酸免维护蓄电池及镍镉电池等，考虑到负载条件、使用环境、使用寿命及成本等因素，UPS一般选择阀控式铅酸免维护蓄电池。它的主要特点是在充电时正极板上产生氧，通过化学反应在负极板上还原成水，使用时在规定浮充寿命期内不必加水维护，因此又称为免维护铅酸蓄电池。免维护只是与普通蓄电池相比，使用过程中免去了添加纯水或蒸馏水，调整电解液液面的工作，并非免去一切维护工作。相反，为实现UPS的不间断供电，我们要更加细致地维护和保养好铅酸免维护蓄电池。

影响使用寿命的主要因素和注意事项

下面介绍一下影响蓄电池使用寿命的主要因素和使用过程中应注意的事项：

⑴环境温度对电池的影响较大。环境温度过高，会使电池过充电产生气体，环境温度过低，则会使电池充电不足，这都会影响电池的使用寿命。因此，一般要求环境温度在25℃左右，UPS浮充电压值也是按此温度来设定的。实际应用时，蓄电池一般在5℃～35℃范围内进行充电，低于5℃或高于35℃都会大大降低电池的容量、缩短电池的使用寿命。

⑵放电深度对电池使用寿命的影响也非常大。电池放电深度越深，其循环使用次数就越少,因此在使用时应避免深度放电。虽然UPS都有电池低电位保护功能，一般单节电池放电至10.5V左右时，UPS就会自动关机。但是，如果UPS处于轻载放电或空载放电的情况下,也会造成电池的深度放电。

⑶电池在存放、运输、安装过程中，会因自放电而失去部分容量。因此，在安装后投入使用前，应根据电池的开路电压判断电池的剩余容量，然后采用不同的方法对蓄电池进行补充充电。对备用搁置的蓄电池，每3个月应进行一次补充充电。可以通过测量电池开路电压来判断电池的好坏。以12V电池为例，若开路电压高于12.5V，则表示电池储能还有80%以上，若开路电压低于12.5V，则应该立刻进行补充充电。若开路电压低于12V，则表示电池存储电能不到20%，电池不堪使用。

⑷电池充放电电流一般以C来表示，C的实际值与电池容量有关。例如，100AH的电池，C=100A。松下铅酸免维护电池的最佳充电电流为0.1C左右，充电电流不能大于0.3C。充电电流过大或过小都会影响电池的使用寿命。放电电流一般要求在0.05C～3C之间,UPS在正常使用中都能满足此要求，但也要防止意外情况的发生，如电池短路等。

⑸充电电压。由于UPS电池属于备用工作方式，市电正常情况下处于充电状态，只有停电时才会放电。为延长电池的使用寿命，UPS的充电器一般采用恒压限流的方式控制，电池充满后即转为浮充状态，每节浮充电压设置为13.6V左右。如果充电电压过高就会使电池过充电,反之会使电池充电不足。充电电压异常可能是由电池配置错误引起，或因充电器故障造成。因此，在安装电池时，一定要注意电池的规格和数量的正确性，不同规格、不同批号的电池不要混用。外加充电器不要使用劣质充电器，而且安装时要考虑散热问题。

目前，为进一步提高电池寿命，先进的UPS都采用一种ABM(AdvancedBatteryManagement)三阶段智能化电池管理方案，即充电分成初始化充电、浮充电和休息三个阶段：

第一阶段是恒流均衡充电，将电池容量充到90%;

第二阶段是浮充充电，将电池容量充到100%，然后停止充电;

第三阶段是自然放电，在这个阶段里，电池利用自身的漏电流放电，一直到规定的电压下限，然后再重复上述的三个阶段。这种方式改变了以前那种充满电后，仍使电池处于一天24h的浮充状态，因此延长了电池的寿命。

⑹免维护电池由于采用吸收式电解液系统，在正常使用时不会产生任何气体，但是如果用户使用不当，造成电池过充电，就会产生气体，此时电池内压就会增大,将电池上的压力阀顶开，严重的会使电池爆裂。

⑺UPS在运行过程中，要注意监视蓄电池组的端电压值、浮充电流值、每只蓄电池的电压值、蓄电池组及直流母线的对地电阻和绝缘状态。

⑻不要单独增加或减少电池组中几个单体电池的负荷，这将造成单体电池容量的不平衡和充电的不均一性，降低电池的使用寿命。

⑼电池应尽可能安装在清洁、阴凉、通风、干燥的地方，并要避免受到阳光、加热器或其他辐射热源的影响。电池应正立放置,不可倾斜角度。每个电池间端子连接要牢固。⑽定期保养。电池在使用一定时间后应进行定期检查，如观察其外观是否异常、测量各电池的电压是否平均等。如果长期不停电，电池会一直处于充电状态，这样会使电池的活性变差。因此，即使不停电，UPS也需要定期进行放电试验以便使电池保持活性。放电试验一般可以三个月进行一次,做法是UPS带载--最好在50%以上,然后断开市电，使UPS处于电池放电状态,放电持续时间视电池容量而言一般为几ms至几十ms,放电后恢复市电供电，继续对电池充电。

一、概述

目前，蓄电池监测模块大多都是电压巡检仪，在线监测电池的浮充电压，在超出设定值时给出报警。相对以前的整组电压监测方式来说，单体电压监测是前进了一大步，但对于电池的长期运行过程中的容量衰减以至失效的监测，电压能反映的问题非常有限：100Ah的电池和衰减至10Ah的电池在浮充电压上的差异很难区别开来。因此，需要从蓄电池的失效模式进行探讨，从而解决蓄电池的监测问题。

二、阀控铅酸蓄电池的失效模式

对于阀控式铅酸电池，通常的性能变坏机制有以下几种情况：

1、热量的积累

开口式铅酸电池在充电时，除了活性物质再生外，还有硫酸电解质中的水逐步电解生成氢气和氧气。当气体从电池盖出气孔通向大气时，每18克水分解产生11.7千卡的热。

而对于阀控式铅酸电池来说，充电时内部产生的氧气流向负极，氧气在负极板处使活性物质海绵状铅氧化，并有效低补充了电解而失去的水。由于氧循环抑制了氢气的析出，而且氧气参与反应又生成水。这样虽然消除了爆炸性的气体混合物的排出问题，但是这种密封式使热扩散减少了一种重要途径，而只能通过电池壳壁的热传导作为放热的唯一途径。

因此，阀控铅酸电池的热失控问题成为一个经常遇到的问题。

阀控铅酸电池依赖于电壳壁的热传导来散热，电池安装时良好的通风和较低的室温是很重要的条件。为了进一步降低热失控的危险性，浮充电压通常具体视不同的生产者和不同室温而定。厂家一般都给出电池的浮充电压和温度补偿系数。

2、硫酸化

阀控式比开口式电池更易产生的问题是负极板的硫酸化。这是由于：

1）氧的循环引起的负极板较低的电位；

2）在强酸电解质汇集的电池底部形成的酸的分层，在这种不流动，非循环的电解质系统中是很难避免的。

这两个都可能在浮充条件下产生一定数量的残留硫酸盐，然后转变成永久性的硫酸盐形式。因此，当极板加速去活化时，可用的放电安时容量就会减小。随着负极板温度的升高，这种状况会更加恶化。由于氧循环反应的发生，负极板表面被氧化，相当数量的热释放出来。

3、正极板群的腐蚀和脱落

阀控式铅酸电池中，这种形式的性能变坏本来就更加严重。由于氧循环反应，负极活性物质被持续氧化生成硫酸铅，有效地维持了放电状态，因此降低了负极板的电位。而对于给定的浮充电压正极板群的电位则相应较高。因而氧化气氛加剧了，引起了更多的氧气的析出，使活性物质的腐蚀与脱落加剧。

4、电池的干涸

在使用期间气体再复合机制的有效率不是100%，水被电解生成氢气和氧气的速度虽然低于相同大小的富液式电池的电解速率的2%，但水还是会逐渐失去。

当失水是主要的失效原因时，电解质的比重将会增加，当比重由最初的1.30增至1.36时，表示失水度约达到25%。在失水度达到25%时，酸的高浓度加速了硫酸化，电解质比重又开始下降。电池电压直接正比于电解质比重，因此电池电压并不是电池健康状况的可靠显示。

5、负极上部铅的腐蚀

正极板栅和极群的腐蚀性在铅酸电池的各个设计中都是本来就有的。与之形成明显对比的是负极板位于高度还原气氛，在开口式电池中位于极群汇流排通常浸在电解液液面以下，这样就避免了由于正极板群上冒出的氧气而产生的侵蚀。但是阀控电池的许多设计没有保护极板板耳、极群和汇流排，特别是两者之间的焊接接头。因此，它们暴露在从氧循环中逃溢出来、在电池板群上部的连续的氧气气流中。依赖于板栅（板耳）和极群所选铅合金的一致性和生产质量（需要板栅部分完全溶化焊接和汇流排的低孔隙率），迅速氧化可能就会发生。

三、蓄电池监测系统的研制

为了给蓄电池提供良好的运行环境，在线监测电池的工作状况，电池管理系统（BMS-BatteryManagementSystem）应运而生，成为高可靠电源系统的关键一部分。

1、电池单体的内阻测量

内阻R反比于传输电流的横截面积A。活性物质的脱落、极板板栅和汇流排的硫酸化和腐蚀、干涸都可降低有效的横截面积A，所以可通过测量内阻来检测电池的失效。

内阻和电池状态的相关程度可变性很大。从报导的相关性来看，变化范围从0%到100%。英国电子协会（ERA）对用阻抗监测的实验室设计和商用设计两种产品进行了大量的电池调查，发现二者的准确性在50%以上。一个基本的困难是测量小变化数值的精度问题。正常的300安时备用电流的电阻仅在0.25×10-3欧姆的数量级。因此，很小而且有意义的电阻变化可能观察不到。在下面的操作环境下，问题更加严重。

1）在线测量期间存在的变压器的“噪音”和浮充电压波动引起的干扰。

2）腐蚀裂纹对内阻的影响是有高度方向性的，内阻数值对平行于电流方向的裂隙是相对不敏感的。

3）电解质浓度的变化，继而电池的变化使得结果很难解释。

虽然内阻测量法很难准确测量电池的容量，内阻/容量的对应关系很难复现，但对于BMS来说，内阻测试只是用于电池单体之间的比较，而且计算机可以对内阻的变化进行记录和数据处理来预告电池容量衰减和失效，因此，内阻测试对于BMS而言是关键技术之一。

对于离线或电池开路情况下测量内阻而言，测量时可方便地将激励电流回路与电压测量回路以4端子方式与电池组中的单体相连接，但对于在线测量，很难解决激励和测量的问题。

目前大多采用在电池组两端并联放电器，因为有充电器和电池组并联，需要将充电器停止工作，而且要实时同步测量电池的电流变化和电压变化，很难处理采样干扰。

采用中点抽头的激励装置，与目前采用的在电池组正负极两端施加激励的内阻测试装置相比，由于连接了中点抽头，激励装置的电流通过中点抽头后经上部电池组和下部电池组到达电池组的正极和负极，消除了电池组外部充电器和用电负载的并联影响，在电池上产生了稳定的电流激励，能够准确测试电池的内阻。

2、系统结构

一般系统中阀控铅酸蓄电池（VRLAB）的配置一般是：

500kV变电直流系统：2组全容量电池，3台充电机。

220kV变电直流系统：1组全容量电池，2台充电机。

110kV变电直流系统：1组全容量电池，2台充电机。

以108只2V、18或19只12V电池为主。电池的安装摆放形式也差别很大，电池与操作间的距离不确定。

BMS由控制单元、测量模块、相关软件和辅助部件构成，一个控制单元可接入多个测量模块，完成对不同只数和不同电压的多组蓄电池的监测管理。控制单元用于数据传输、数据处理及人机界面控制，具有RS-232连机接口和RS-485远程（集中）管理接口、测量模块控制接口、操作键盘、显示面板、声光报警及报警输出控制接点。控制单元实时显示电池数据，智能分析数据，对异常的电池运行情况进行及时报警。

测量模块用于蓄电池数据的巡检，内置CPU独立高速工作，除进行常规电压、电流、温度等测量外，与内阻测试模块连接后可准确在线测试电池内阻。测量模块安装在电池附近，与控制模块之间通讯连接，方便现场接线安装。

3、系统的参数设置

BMS系统作为一个完整的监测系统，首先应该通用于直流220V系统、直流110V系统、直流48V系统,以及直流24V系统，设计时便考虑了其通用性，主监控模块和内阻检测模块是通用的，对于不同的系统，只需要增添数量不同的采集模块，同时，设定每一个采集模块的电池采样数量。因此，系统需要设定如下系统参数和报警参数：

1）采集模块数量

2）采集电池数量最少的采集模块的电池采集个数

3）后台通讯地址设置

4）后台通讯波特率设置

5）电池组浮充电压上下限

6）单电池浮充电压上下限

7）内阻阈值

8）容量报警

9）过流报警

10）温度异常

其中前四项为系统设定，后六项为报警设定。

4、电压、电流巡检与数据分析

最初的电池监测装置只是检测电池组的端电压、电流和温度，并将检测数据与设定的上下限比较，给出报警提示。电池巡检仪可以对每一个电池单体进行电压测量，并对浮充电压超限报警。

大多数电池厂家的技术人员将电压测量放在首位，对于处在浮充状态的电池，其浮充电压的细微差别可体现电池的荷电状态，能判断电池的严重失效，因浮充电流很小，电池之间的性能差异（以容量差异为主）很难表现出来。BMS对电池的完整工作过程进行监测，实时测量在充电、浮充、放电的不同状态下的电压、电流，并采用不同的数据处理方法，以提高数据分析的准确性。

浮充电压与温度的关系可按生产厂家提供的斜率进行补偿。

VF=V0+k(T-T0)

一般情况下k="3"~5mV。

5、剩余容量计算

试图通过某种方法在线测得电池的实际保有容量一直是电池用户最迫切的希望，但到目前为止，还没有这样的方法或算法。有些介绍用电池内阻来计算保有容量的资料或产品广告，但实际使用起来数据的对应关系并不严格，内阻只能用于区别电池容量的大幅度变化。尤其是利用电池内阻的相对变化可以准确预报电池落后。

当电池处于放电工作时，对于很多场合都需要知道电池的剩余容量及供电时间，根据电池的额定容量和放电电流的监测，不难实时计算出剩余容量，假定负载相对稳定，则换算出供电时间。一般情况下，电池制造厂都给出在不同放电信倍率下的电池容量。

用最小二乘法根据电池厂家提供的在不同倍率下的放电容量，可以简化地用二次曲线来表示电流和容量之间的关系，分别求得a、b、c：

6、电池运行事件记录

BMS的另一方面重要作用记录运行数据，以便在电池出现故障时进行追踪，确定是由于电池质量的原因还是不正常的使用所造成的。对于长时间的连续运行，要记录所有的数据不仅对硬件要求高，也没有实际意义。BMS设计有事件产生器，依据事件产生规则将电池正常运行情况以事件形式存储，大幅减小数据量，而且方便查询管理。主要包括：

1）浮充电压过高、过低

2）充电电流过大

3）放电电流过大

4）工作温度过高、过低

5）内阻变化

6）深度放电

事件记录当时的数据和持续时间。对于电力系统的电池运行特点，要求事件产生规则有较强的鲁棒性，可以屏蔽合闸冲击和测量干扰。

如果电池组中存在个别落后电池，则放电容量由最差的电池决定。

7、远程管理

随着无人值守变电站的推广，电池的在线监测更加必要。电池监测设备可以和集中监控系统联机，通过远程管理软件可以查看电池的当前运行状况和所记录的历史运行事件，及时得知监测过程发出的报警信息，决定是否派人维护，也可以通过远程遥控进行更深一步的测试。

8、实测数据分析

通过对六只不同容量不同电压等级的电池进行测试比较，其中标准内阻采用日本进口单电池内阻测试仪，标准电压采用0.1级标准数字万用表测试。在线测量由BMS电池巡检仪测的，具体数据如下（内阻单位为毫欧，电压单位为伏）：

通过测试分析，BMS电池巡检仪测试准确，精度高，完全能胜任蓄电池系统的在线监测。