鉛酸蓄電池研究的國內(nèi)外研究綜述

李國強(qiáng)++李光升

摘 要：本文首先介紹了鉛酸蓄電池在軍用電氣系統(tǒng)中應(yīng)用的重要性及研究歷程，然后分別論述了鉛酸蓄電池的國內(nèi)和國外研究現(xiàn)狀和主要研究內(nèi)容，最后列舉了新型的鉛酸電池的發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞：鉛酸蓄電池；研究現(xiàn)狀；發(fā)展方向

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.24.046

0 引言

蓄電池是一種能把化學(xué)能轉(zhuǎn)變成直流電能的裝置。它具有電壓穩(wěn)定，使用方便，安全可靠，電壓、電流容量調(diào)整范圍大（通過串、并及混聯(lián)），可根據(jù)工作需要制成任意形態(tài)等特點(diǎn)。鉛酸蓄電池作為能量存儲(chǔ)系統(tǒng)，曾被廣泛的用作啟動(dòng)電源、備用電源、動(dòng)力電源、儲(chǔ)能電源等。如坦克、裝甲車等軍用車輛目前大多采用鉛酸蓄電池作為輔助電源，它與發(fā)電機(jī)并聯(lián)連接，構(gòu)成軍用車輛電氣系統(tǒng)的電源。但近10年來，由于受到其他材料電池的沖擊，并受困于鉛價(jià)的頻繁波動(dòng)，鉛酸蓄電池行業(yè)一度黯淡。隨著電動(dòng)汽車和離網(wǎng)照明系統(tǒng)等行業(yè)的迅猛發(fā)展，鉛酸蓄電池的需求量大增，與鉛酸蓄電池相關(guān)的研究領(lǐng)域再次成為研究的熱點(diǎn)[1]。

1 鉛酸蓄電池國內(nèi)研究現(xiàn)狀

在國內(nèi)，一方面，由于存在著對傳統(tǒng)蓄電池的偏見，鉛酸蓄電池領(lǐng)域高科技人才匱乏，蓄電池產(chǎn)業(yè)分散，廠家眾多，但大多規(guī)模不大，技術(shù)水平不高，生產(chǎn)制造缺乏理論指導(dǎo)，通常都是靠經(jīng)驗(yàn)積累，中低檔產(chǎn)品和國外相差不大，但高尖端設(shè)備的差距比較大。另一方面，我國鉛酸蓄電池行業(yè)得不到政府的扶持，對于新型電池宣傳過度，對鉛酸蓄電池宣傳的負(fù)面報(bào)道多，導(dǎo)致技術(shù)人員對于鉛酸蓄電池的積極性不高，各項(xiàng)相關(guān)技術(shù)發(fā)展緩慢。在某些領(lǐng)域，比如用在儲(chǔ)能電池獨(dú)立發(fā)電系統(tǒng)中的鉛酸蓄電池，壽命要求至少達(dá)到五年，但我國目前生產(chǎn)的該類型產(chǎn)品，壽命只有2～3年左右，很多還達(dá)不到兩年。比較大的一些鉛酸蓄電池生產(chǎn)廠家，比如雙登、光宇、南都等公司，在一些高端蓄電池上的技術(shù)相對比較成熟，但配套的一些關(guān)鍵材料國內(nèi)難以生產(chǎn)，只能依賴進(jìn)口，導(dǎo)致這些高端蓄電池難以大規(guī)模推廣。

2 鉛酸蓄電池國外研究現(xiàn)狀

在國外，鉛酸蓄電池產(chǎn)業(yè)比較集中，規(guī)模較大，在電池生產(chǎn)設(shè)備上領(lǐng)先國內(nèi)，自動(dòng)化水平高且注重環(huán)保。目前國外的研究熱點(diǎn)是超級(jí)電池和鉛碳電池，政府對該領(lǐng)域支持力度很大。美國政府曾分別安排3430萬美元和3250萬美元支持兩家公司發(fā)展鉛酸“超級(jí)電池”項(xiàng)目。日本古河公司對于超級(jí)電池的研究及生產(chǎn)在國際上處于領(lǐng)先水平，目前已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了在電動(dòng)汽車上的運(yùn)行實(shí)驗(yàn)。

在技術(shù)層面上，目前對于鉛酸蓄電池的研究主要集中在以下幾個(gè)方面[2]：

（1）荷電狀態(tài)（State of Charge，SOC）及剩余電量估測；（2）蓄電池壽命預(yù)測研究；（3）蓄電池充電技術(shù)；（4）蓄電池特性建模仿真技術(shù)。

針對這些難題，國內(nèi)外進(jìn)行了一系列的研究，包括蓄電池在線監(jiān)測技術(shù)、建模仿真分析、管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)等。但無論是在研究的深度還是廣度上，國外都超過我國。德國VARTA公司、西門子公司，美國SPD公司、Alber公司、Autocap公司、Btech公司，加拿大Midtronics公司，日本豐田公司、古河公司等一些國際知名公司，在蓄電池狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)上取得了突出的成就，所開發(fā)的電池監(jiān)測系統(tǒng)不僅功能齊全，而且精度上達(dá)到了很高的水平。

3 鉛酸蓄電池研究的發(fā)展方向

鉛酸蓄電池已經(jīng)發(fā)展了近150多年的歷史，至今在市場上仍然占有牢固的地位，除了其價(jià)格低廉、安全性高、技術(shù)成熟等特點(diǎn)外，還與其近幾年在競爭中發(fā)展了許多新技術(shù)也密切相關(guān)。近年來，新型的鉛酸電池正在快速發(fā)展，如卷繞式電池、超級(jí)電池、雙極性電池等[3]。

卷繞式鉛酸蓄電池是螺旋型結(jié)構(gòu)，采用壓延鉛合金的方式制造出了很薄的鉛箔作為極板基片，將正極板、隔板、負(fù)極板交替疊放卷繞在一起。超級(jí)電池是一種混合式儲(chǔ)能裝置，用來取代高成本且復(fù)雜的超級(jí)電容器-鉛酸電池系統(tǒng)，它將非對稱超級(jí)電容器和鉛酸電池的鉛電極組合成一個(gè)一體式的負(fù)極，然后共用正電極，不需要另設(shè)額外的電子控制裝置，其中超級(jí)電容作為脈沖動(dòng)力，鉛酸蓄電池作為能源。雙極性電極一面有正極活性物質(zhì)，而另一面有負(fù)極活性物質(zhì)的堅(jiān)實(shí)薄片極板。在雙極性電池中必須有兩個(gè)單極性電極，其中具有正極活性物質(zhì)的單極性正電極與正極端子連接，具有負(fù)極活性物質(zhì)的單極性負(fù)電極與負(fù)極端子連接。

很多專家認(rèn)為鋰電池會(huì)取代閥控式鉛酸蓄電池，其實(shí)不然，鋰電池在實(shí)際應(yīng)用中面臨著許多問題，如電池組規(guī)模龐大、對電池一致性的要求非常高、電池組壽命低等缺點(diǎn)。反觀新型鉛酸蓄電池，除了雙極性電池在中國的發(fā)展緩慢外，卷繞式鉛酸蓄電池已經(jīng)可以商業(yè)化生產(chǎn)，雖然性能稍微弱于鋰電池，但是其綜合性能和性價(jià)比都要好于鋰電池。而超級(jí)電池正在快速發(fā)展，它不僅具有卷繞式電池的優(yōu)勢，而且在環(huán)保方面也有較理想的效果。此外，國家《鉛酸電池行業(yè)準(zhǔn)入條件》的發(fā)布將淘汰那些產(chǎn)能低、環(huán)保不合格的鉛酸蓄電池企業(yè)，從而保證鉛酸蓄電池從生產(chǎn)到再回收都能滿足環(huán)保要求。未來的5-15年中鉛酸蓄電池仍然會(huì)占有主導(dǎo)地位，當(dāng)然這也需要廣大的研究鉛酸蓄電池的科研人員齊心協(xié)力，開拓創(chuàng)新發(fā)展更好的鉛酸蓄電池。

參考文獻(xiàn)：

[1]李剛.裝甲車輛鉛酸蓄電池維護(hù)保養(yǎng)策略研究[D].裝甲兵工程學(xué)院，碩士學(xué)位論文，2011.

[2]鄧穎.基于模糊控制的通信電源蓄電池監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究[D].武漢理工大學(xué)碩士學(xué)位論文，2008：4-5.

[3]汪毅，馬小平，宋昭昭.淺談鉛酸蓄電池在變電站中的應(yīng)用與發(fā)展[J].蓄電池，2012，05（49）：204-208.

[4]蓄電池原理與維修（下冊）[M].總參謀部裝甲兵部，1984：65-92.

作者簡介：李國強(qiáng)（1993-），男，碩士研究生，從事裝甲車輛電氣故障診斷方向。