太阳能电站中的应用镉镍电池

镉镍蓄电池的种类较多，按外形分，有圆柱形、矩形和扣式；按电池封口结构分，有密封式和开口式；按工艺分，有全烧结式、袋式、压成式；按电池输出功率分，有低倍率电池、中倍率电池、高倍率电池、超高倍率电池等。低倍率电池放电电流小于0.5C 5 A；中倍率电池放电电流0.5～3.5C 5 A；高倍率电池放电电流3.5～7.0C 5 A；超高倍率电池放电电流大于7.0～15C 5 A。根据独立光伏电站蓄电池的工作特点，选用的是低倍率袋式开口镉镍蓄电池。

过充电、过放电性能镉镍蓄电池耐过充电、过放电性能较好，除可以按标准的0.2C 5 A充电外，还可以用较大的电流0.5C 5 A或较小的电流0.05C 5 A长期充电，耐过充电是镉镍蓄电池的重要特征之一。开口镉镍蓄电池可接受0.1C 5 A电流长期充电，而对电池性能基本无影响。

镉镍蓄电池可以耐过放电。过放电是指电池放电至规定的终止电压仍继续放电，经过活化处理后，对电池性能也没有太大的影响。这一点对光伏电站很重要，因为在光伏电站中，蓄电池的充电电压、电流完全依赖于太阳能，而太阳能是一种不连续、不稳定的能源。在用户用电较少，而太阳辐射量较高时，容易使得蓄电池出现过充电的现象；当出现连续阴雨天或用户用电较多，而太阳辐射量较低时，容易使蓄电池出现过放电的现象。

镉镍蓄电池使用温度范围较宽，可在－40～＋45℃的环境温度下使用。在－20℃的环境温度下能放出不少于75％的额定容量，在－40℃环境温度下，能放出不少于20％的额定容量。镉镍蓄电池是高、低温性能最好的电池由于镉镍蓄电池的极板结构非常坚固，具有耐腐蚀的优点，不易发生机械破损，因此比铅酸蓄电池的寿命长得多。镉镍蓄电池在20％放电深度时的循环寿命约为7200次，在50％放电深度时的循环寿命约为4000次，在80％放电深度时的循环寿命约为2500次。

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自放电是蓄电池的本质特性，它受电极的杂质含量和电化学稳定性影响，而贮存温度是影响自放电的重要因素。

镉镍蓄电池的自放电率较小。它在充电后放置初期自放电较多，经过一段时间逐渐减少。在温度较低的情况下（－10～－5℃），几乎没有自放电现象，但环境温度升高，自放电就明显增加，如在20℃环境温度下，蓄电池搁置30天，容量损失11％～18％；环境温度升高到40℃时，搁置30天，容量损失达20％～25％　尽管镉镍蓄电池具有良好的性能，但要使其达到设计寿命，良好的维护管理是必不可少的。针对镉镍蓄电池的特性，在使用过程中需在以下几方面加以注意。电解液的选用镉镍蓄电池电解液使用氢氧化钾（KOH）溶液，为提高蓄电池的容量和使用寿命，常加入少量的氢氧化锂（LiOHH 2 O）。根据使用环境温度的不同，电解液的配制要求也不相同，其配制。电解液的比重以20℃为标准。温度升高时比重下降，温度降低时比重上升。因此比重测定时，必须测温度，并且换算成基准20℃。其换算式为：D 20＝D t＋0.00052（t－20）式中：D 20为20℃换算比重；D t为t℃实测比重；t为电解液温度。电解液的质量对于蓄电池的性能有很大的影响。当电解液中混入杂质时，其特性及寿命都受到蓄电池在充电过程中，由于水分蒸发和水的分解，电解液面会慢慢下降，浓度升高。降至电解液面下线时需及时补加水。若未能及时加水，极板露出继续充电，伴随而来的是内部阻抗下降，充电电流增加，液面继续下降，这种恶性循环直到烧坏。

补加水时，水位不能超过液面上线，超过上线电解液会溢出泄漏，若未及时处理，则在蓄电池槽盖上会有白色结晶粉末（爬碱），它将引起导电不良、接触电阻增大、自放电增强、绝缘强度降低。使用的水必须是清洁水或蒸馏水，若使用了不纯净的水，将会导致蓄电池性能下降，使用寿命减少。尽管镉镍蓄电池具有良好的温度特性，但蓄电池的最佳工作温度范围在25±10℃，当使用环境温度过高或过低，都会影响蓄电池的使用寿命或放电效率。独立光伏电站大都建在条件艰苦的高海拔、高寒地区。因此需要注意如下几点：设计时要考虑蓄电池室的保温性能，这对蓄电池的正常运行和使用寿命有着直接关系。由于蓄电池安放房间内严禁吸烟、生火取暖和有明火出现，所以采用集热、保温性能良好的太阳能采暖机房是较为有效可行的措施。

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充电控制器要具备温度补偿功能。有文献报道，当环境温度为－10℃时，以1.50V进行恒压充电，然后进行恒流放电（至1.0V），放电容量为66.4％；若以1.55V进行恒压充电，然后进行恒流放电（至1.0V），放电容量为79.0％。所以在环境温度较低的情况下进行充电时，应适当提高蓄电池的充电电压，以达到较好的充电效果。

在独立光伏电站中为满足设计要求，就必须将单体蓄电池进行串并联连接而组成蓄电池组。蓄电池组在运行中，不论是充电还是放电，流过各个单体电池的电流是相同的。如果单体蓄电池的性能均匀性差，那么它们在充放电过程中的电压值相差就大，蓄电池组电压平均值就不能代表单体蓄电池的电压值，因而根据该平均值来对蓄电池组的工作状态进行控制时，就会使部分单体蓄电池处于不利的工作状态，长此已久会使个别单体蓄电池提前失效。当出现单体蓄电池提前失效的情况，那么在蓄电池组充电的过程中，在整组电池尚未充满电时，失效电池已处于过充电状态；在放电过程中，在整组电池尚未放完电时，失效电池已处于过放电状态。这种现象日积月累就会影响整组电池的性能，最终影响蓄电池组的使用寿命。

因此，在蓄电池选型时要求单体蓄电池的一致性能要好，并且在运输条件允许的情况下尽量选用单体容量大的蓄电池，以减少蓄电池并联。另外，每半年要对蓄电池进行1～2次维护工作，主要是测量记录单体蓄电池电压、内阻等参数，将实际测量数据与原始数据进行比较，一旦发现个别单体电池的差异加大，应及时进行活化处理或更换。

光伏发电系统中蓄电池每日的充电电量是随太阳辐照度而变化，会造成蓄电池有时充电不足，导致蓄电池容量下降。因此，当电站运行一段（如1～3个月左右）时间后，蓄电池应进行反复放电－充电循环操作，即在晴好的天气状况下，将蓄电池储存的电全部放完，然后再给蓄电池充足电，经过2～3个循环后，电站再继续使用。

[NextPage] 蓄电池及其周围应保持清洁和干燥。充电过程中由于微量的碱雾发生，附着在盖板上。碱雾包含空气中的水分，也是盖板及导电部分腐蚀的原因。因此应定期用湿布擦拭。不要用干布或用有机溶剂擦拭，以避免发生静电引火爆炸或破坏有机部件（电池槽、盖等）。

蓄电池室要有良好的通风设施；室内严禁存放酸类物质，所有容器及工具不允许与酸性电池混用；每半年应至少进行一次电池单体间连接螺丝的拧紧工作，以防松动，造成接触不良，引发其他故障；除更换电池外，不得随意拆、装电池。在维护或更换蓄电池时，使用工具（如扳手等）必须带绝缘套，严禁带手表等物操作，以防短路。

镉镍蓄电池在耐过充电、过放电能力、对使用工作环境温度的要求以及使用寿命等方面具有良好的性能，但还应加强和重视对蓄电池的维护使用工作，针对蓄电池不同的特点、特性提出不同的维护要求，并通过不断摸索和积累经验，最大限度地提高镉镍蓄电池的使用寿命，降低电站运行成本。