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铅酸电池技术分哪几类?

按用途和设计分类

这是最常见和最核心的分类方式,因为不同用途的电池在结构、材料和性能上都有显著差异。

铅酸电池技术分哪几类?-图1
(图片来源网络,侵删)

启动电池

  • 主要用途:为汽车、摩托车、船舶等内燃机提供瞬间大电流,以启动发动机。
  • 核心特点
    • 瞬时放电能力强:能在短时间内释放数百安培甚至上千安培的电流。
    • 薄极板设计:极板通常很薄,以增大表面积,降低内阻,从而实现大电流放电。
    • 循环寿命短:主要设计用于启动,不耐受深度充放电,循环寿命通常在200-500次。
    • 部分荷电状态工作:车辆启动后,由发电机给电池充电,电池大部分时间处于满电状态。
  • 应用领域:汽车、摩托车、拖拉机等。

动力电池

  • 主要用途:为电动车辆提供动力。
  • 核心特点
    • 深循环能力:能够承受深度的放电(如放电至80% DOD),并具有较长的循环寿命。
    • 厚极板设计:极板较厚,活性物质含量高,有利于深度循环。
    • 坚固的结构:通常采用管式极板或 thicker 的平板式极板,以抵抗深循环过程中的机械应力。
    • 性能均衡:在提供一定动力的同时,也兼顾一定的启动能力。
  • 应用领域:电动汽车(如高尔夫球车、电动巡逻车、叉车)、电动自行车(部分早期型号)。

固定型电池

  • 主要用途:用于通信基站、数据中心、不间断电源、太阳能储能系统等作为备用电源。
  • 核心特点
    • 长寿命:设计寿命非常长,通常可达10-15年,甚至更长。
    • 浮充性能优越:长期与充电器并联,在满电状态下为负载供电。
    • 深循环能力:虽然不如动力电池频繁,但也能承受一定程度的深放电。
    • 电解液量多:采用富液式设计,电解液能完全淹没极板,并配有排气阀,能安全地释放充电时产生的气体。
  • 主要分类
    • 富液式:最传统的固定型电池,维护需要加水。
    • 阀控式密封铅酸电池:主流的固定型电池,无需加水,维护方便。
  • 应用领域:通信、电力、金融、数据中心、UPS、光伏储能。

储能用电池

  • 主要用途:专门为储能系统设计,用于平滑可再生能源(如光伏、风能)的输出、削峰填谷、家庭备用电源等。
  • 核心特点
    • 极高的循环寿命:这是最重要的指标,设计用于数千次甚至上万次的深度循环。
    • 低成本:在满足长寿命的前提下,力求降低每度电的储能成本。
    • 良好的深循环性能:能稳定地在20%-80% DOD(或更宽)的范围内循环。
    • 适应恶劣环境:对温度变化的适应性强。
  • 技术流派:近年来,铅炭电池成为储能领域的主流技术,它是在传统铅酸电池负极中添加了活性炭,显著提升了其循环寿命和部分荷电状态下的性能。
  • 应用领域:大规模电网储能、工商业储能、家庭储能。

按结构和维护方式分类

这个维度主要区分电池是否需要维护以及如何密封。

富液式/开放式电池

  • 结构特点:电池壳体是开放的,电解液是自由流动的液体。
  • 维护方式:需要定期检查电解液液位,并添加蒸馏水或去离子水来补充蒸发掉的水分。
  • 优点:结构简单,散热好,价格低廉。
  • 缺点:会产生氢气和氧气,有爆炸风险;需要定期维护;不能倒置或倾斜放置。
  • 应用领域:传统的汽车启动电池、固定型富液电池。

阀控式密封铅酸电池

  • 结构特点:电池是密封的,但有一个安全阀,内部通过“氧循环”原理实现气体复合,正常情况下几乎无气体析出。
  • 维护方式:完全免维护,无需加水。
  • 工作原理:充电时,正极产生的氧气通过隔板扩散到负极,与负极的海绵铅反应重新生成水,实现了内部氧气的循环,从而避免了水分的损失。
  • 优点:安全、密封、免维护、可任意方向放置。
  • 缺点:成本相对较高;对充电器要求更严格(需恒压限流);如果过充或损坏,安全阀会打开,导致失效。
  • 应用领域:现代汽车(AGM、EFB电池)、UPS、后备电源、电动自行车。

免维护电池

这是一个广义的术语,通常指阀控式密封铅酸电池,还有一种更早期的“低锑或无锑”合金的富液式电池,通过减少水的电解,延长了加水周期,被称为“低维护”电池,但现在已基本被VRLA取代。


按技术发展和性能提升分类

这是对传统铅酸电池的技术演进方向的分类。

AGM 电池

  • 全称:Absorbent Glass Mat Battery,即“吸附式玻璃纤维隔板电池”。
  • 技术特点:采用超细玻璃纤维棉作为隔板,它能像海绵一样吸附并固定住所有电解液,但电池内部仍有气体通道,极板被紧密压缩,提高了活性物质的利用率。
  • 优点
    • 高倍率放电性能:内阻极低,启动性能优于普通铅酸电池。
    • 优良的循环寿命:能承受更多的深循环次数。
    • 良好的低温性能
    • 完全密封,免维护
  • 应用领域:豪华汽车、启停系统、高性能UPS。

EFB 电池

  • 全称:Enhanced Flooded Battery,即“增强型富液式电池”。
  • 技术特点:可以看作是传统富液电池的升级版,专为汽车启停系统设计,它采用特殊的板栅和添加剂,并配有特殊的塑料隔板,以增强抗振动能力和深循环能力。
  • 优点:成本低于AGM,但性能优于传统富液电池,能适应启停系统的频繁启停和微混需求。
  • 应用领域:配备简易启停系统的经济型汽车。

铅炭电池

  • 技术特点:在传统铅酸电池的负极活性物质铅膏中,混合了高比表面积的活性炭,这种结构集成了铅酸电池的高功率特性和超级电容的快速响应和长寿命特性。
  • 优点
    • 显著提升循环寿命:活性炭能有效抑制负极硫酸盐化,是其在储能领域应用的关键。
    • 优异的部分荷电状态性能:非常适合光伏、风电等可再生能源的储能场景,因为这类场景下电池经常处于不满电状态。
    • 高功率和快速响应
  • 应用领域:家庭储能、工商业储能、电网级储能。

总结对比表

分类维度 主要类别 核心特点 主要应用
按用途 启动电池 瞬时大电流,薄极板,循环寿命短 汽车、摩托车
动力电池 深循环能力,厚极板,坚固结构 电动汽车(高尔夫车、叉车)
固定型电池 长寿命,浮充性能好,富液或VRLA 通信基站、UPS、数据中心
储能用电池 极高循环寿命,低成本,深循环 大规模储能、家庭储能
按结构/维护 富液式/开放式 需加水,有气体析出,价格低 传统汽车、部分固定型
阀控式密封 免维护,密封,通过氧循环工作 现代汽车、UPS、后备电源
按技术演进 AGM 玻璃纤维隔板,高功率,长循环 豪华汽车启停、高性能UPS
EFB 增强型富液,成本低于AGM 经济型汽车启停
铅炭 负极加炭,抑制硫酸盐化,长寿命 各类储能系统

铅酸电池技术已经发展出一个庞大而精细的家族,从传统的富液电池到先进的AGM、EFB和铅炭电池,每种技术都针对特定的应用场景进行了优化,以满足不同市场对性能、成本和寿命的多样化需求。

铅酸电池技术分哪几类?-图2
(图片来源网络,侵删)
铅酸电池技术分哪几类?-图3
(图片来源网络,侵删)
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