铅碳电池发展潜力巨大
中国储能网讯：9月3日下午，2014山东国际节能与新能源汽车展开幕前一天，由第一电动网和华泰证券联合主办的“微电蝶变：微型电动车发展趋势研讨会”在山东济南隆重举行，行业专家学者、领先企业代表、投资机构人士和媒体记者就“微型电动车的行业发展趋势、政策和投资前景”等主要议题各抒己见，热烈研讨。来自天能集团新能源事业部的王謇先生发表演讲称，铅碳电池发展潜力巨大。
天能集团新能源事业部王謇
王謇首先对铅炭电池作了简短的介绍。在国际先进铅蓄电池联合会(ALABC)支持下，“超级电池”的概念被提出并进行研发。2005年澳大利亚联邦科学与工业研究组织(CSIRO)的L.T.Lam等人首先报道了铅炭超级电池的开创性工作。与日本古河电池公司合作，生产出12V 6.7Ah的超级电池。经行车路试后，证明它具备电容器的大功率和蓄电池大容量的特性，适合于动力电池领域和储能领域。2009年美国奥巴马政府拨出专款支持发展铅酸“超级电池”项目。2010年4月，天能集团和哈尔滨工业大学成立“铅炭超级电池”联合实验室，在国内率先开始铅炭电池研发。
铅炭电池是在超级电池的基础之上研发的另一种超级铅酸电池，特点是安全、低成本、寿命长、能做成大规格、比功率高、维护方便、资源可回收利用、比能量相对较低。铅炭电池的出现，在电动车加速时允许快速充放电，相比传统铅酸电池延长数倍，大幅度降低成本，性价比大大提高，原先的铅酸电池它的售价可能是略高于铅酸电池，但是它的寿命比铅酸电池高数倍，可以说是铅酸电池的一个创新技术。其次，铅碳电池与传统铅酸电池相比，放电功能可以提高3倍，普通的铅酸对外公布的充放电的次数400到600次，铅炭电池可以达到2000次，循环寿命大大提高。
王謇表示，铅碳电池发展潜力巨大。欧盟计划到2017年生产启停电动汽车(ISS)的占有率达到80%，仅此一项对铅炭电池的需求达到50亿美元/年。
2013年国内微型纯电动汽车(MEV)的产销量超过15万辆，动力电池需求量约20亿Wh，市值15亿元人民币，而且年增长率50%以上。2015年MEV对铅炭电池的需求量将达到50亿Wh，实现销售额30亿元人民币，到2020年达到100亿元人民币，为100万辆MEV提供性价比高的动力电池。铅炭电池在风、光电储能领域具有很大的市场。到2015年，仅国内风电装机规模1亿千瓦和光伏发电2100万千瓦，对超级电池的需求超过100亿元人民币。
谈到天能集团的铅碳电池研究技术水平，王謇称该集团已解决了3个技术突破点：高倍率部分荷电(HRPSoC)循环寿命、模拟HEV启-停模式(ISS)循环寿命，以及模拟中混HEV EUCAR功率辅助测试。天能集团的产品技术水平处于国内领先水平，在改性碳材料、铅碳混合负极、抑制析氢添加剂等方面进行了创新。
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铅酸蓄电池最佳充电方法
蓄电池充电
上世纪60年代中期，美国科学家对开口蓄电池的充电过程作了大量的试验研究，并提出了以最低出气率为前提的，蓄电池可接受的充电，如图1所示。实验表明，如果充电电流按这条曲线变化，就可以大大缩短充电时间，并且对电池的容量和寿命也没有影响。原则上把这条曲线称为最佳充电曲线。
放电后，用直流电按与放电电流相反的方向通过蓄电池，使它恢复工作能力，这个过程称为蓄电池充电。蓄电池充电时，正极与电源正极相联，电池负极与电源负极相联，电压必须高于电池的总电动势。充电方式有恒电流充电和恒电压充电两种。
蓄电池里面有大量的硫酸等可供电离的溶液，当插上电源，电流就通过里面的铅板（有些电池不是铅）电离溶液，这样就将电能转化为化学能；如果要使用，溶液就会转化为电能通过电极输送出去。这是原理上的描述，事实上，真实的情况十分复杂，可参考相关专业书籍。
常规充电制度是依据1940年前国际公认的经验法则设计的。其中最著名的就是“安培小时规则”：充电电流安培数，不应超过蓄电池待充电的安时数。实际上，常规充电的速度被蓄电池在充电过程中的和气体的产生所限制。这个现象对蓄电池充电所必须的最短时间具有重要意义。
恒流充电法是用调整充电装置输出电压或改变与蓄电池串联电阻的方法，保持充电电流强度不变的充电方法。控制方法简单，但由于电池的可接受电流能力是随着充电过程的进行而逐渐下降的，到充电后期，充电电流多用于电解水，产生气体，使出气过甚，因此，常选用阶段充电法。
充电电源的电压在全部充电时间里保持恒定的数值，随着蓄电池端电压的逐渐升高，电流逐渐减少。与恒流充电法相比，其充电过程更接近于最佳充电。用恒定电压快速充电，由于充电初期蓄电池电动势较低，充电电流很大，随着充电的进行，电流将逐渐减少，因此，只需简易控制系统。
这种充电方法电解水很少，避免了蓄电池过充。但在充电初期电流过大，对蓄电池寿命造成很大影响，且容易使蓄电池极板弯曲，造成电池报废。鉴于这种缺点，恒压充电很少使用，只有在充电电源电压低而电流大时采用。例如，汽车运行过程中，蓄电池就是以恒压充电法充电的。
此方法包括二阶段充电法和三阶段充电法
①二阶段法采用恒电流和恒电压相结合的快速充电方法，首先，以恒电流充电至预定的电压值，然后，改为恒电压完成剩余的充电。一般两阶段之间的转换电压就是第二阶段的恒电压。
②三阶段充电法在充电开始和结束时采用恒电流充电，中间用恒电压充电。当电流衰减到预定值时，由第二阶段转换到第三阶段。这种方法可以将出气量减到最少，但作为一种快速充电方法使用，受到一定的限制。
①脉冲式充电法，这种充电法不仅遵循蓄电池固有的充电接受率，而且能够提高蓄电池充电接受率，从而打破了蓄电池指数充电接受曲线的限制，这也是蓄电池充电理论的新发展。脉冲充电方式首先是用脉冲电流对电池充电，然后让电池停充一段时间，如此循环，如图5所示。充电脉冲使蓄电池充满电量，而间歇期使蓄电池经化学反应产生的氧气和氢气有时间重新化合而被吸收掉，使浓差极化和极化自然而然地得到消除，从而减轻了蓄电池的内压，使下一轮的恒流充电能够更加顺利地进行，使蓄电池可以吸收更多的电量。间歇脉冲使蓄电池有较充分的反应时间，减少了析气量，提高了蓄电池的充电电流接受率。
②2REFLEXTM快速充电法，这种技术是的一项专利技术，它主要面对的充电对象是镍镉电池。由于它采用了新型的充电方法，解决了镍镉电池的记忆效应，因此，大大降低了蓄电池的快速充电的时间。铅酸蓄电池的充电方法和对充电状态的检测方法与镍镉电池有很大的不同，但它们之间可以相互借REFLEXTM充电法的一个工作周期包括正向充电脉冲，反向瞬间放电脉冲，停充维持3个阶段。
③变电流间歇充电法，这种充电方法建立在恒流充电和脉冲充电的基础上，如图7所示。其特点是将恒流充电段改为限压变电流间歇充电段。充电前期的各段采用变电流间歇充电的方法，保证加大充电电流，获得绝大部分充电量。充电后期采用定电压充电段，获得过充电量，将电池恢复至完全充电态。通过间歇停充，使蓄电池经化学反应产生的氧气和氢气有时间重新化合而被吸收掉，使浓差极化和欧姆极化自然而然地得到消除，从而减轻了蓄电池的内压，使下一轮的恒流充电能够更加顺利地进行，使蓄电池可以吸收更多的电量。
④变电压间歇充电法，在变电流间歇充电法的基础上又有人提出了变电压间歇充电法，如图8所示。与变电流间歇充电方法不同之处在于第一阶段的不是间歇恒流，而是间歇恒压。在每个恒电压充电阶段，由于是恒压充电，充电电流自然按照指数规律下降，符合电池电流可接受率随着充电的进行逐渐下降的特点。
⑤变电压变电流波浪式间歇正负零脉冲快速充电法，合脉冲充电法、ReflexTM快速充电法、变电流间歇充电法及变电压间歇充电法的优点，变变电流波浪式正负零脉冲间歇快速充电法得到发展应用。脉冲充电法充电电路的控制一般有两种：
1）脉冲电流的幅值可变.
2）脉冲电流幅值固定不变.
脉冲电流幅值和PWM信号的频率均固定，PWM占空比可调，在此基础上加入间歇停充阶段，能够在较短的时间内充进更多的电量，提高蓄电池的充电接受能力。
铅酸蓄电池恒压充电时,充电电流设电池安时值的10%。如165AH的充电，为16.5A!充电电流是个变量，跟容量、时间有关系，充电时间越长，伴随着电池储能的增加，充电电流会一路衰减。不过，选择电池参数的时候，是不会去考虑充电电流这一项的，只考虑电池的放电电流，电池厂家都要提供放电曲线的。
每一种电池的充电电压和电流都是不同的, 这在购买的时候,厂家会提供这些参数的. 以12V铅酸电池为例, 最佳充电电压为14.5-15V 。充电流一般都是容量的10%即10小时率. 比如100AH12V的电池, 最佳充电电压和电流分别为:15V 10A
一个100AH的蓄电池，充电电流最大不能大于30A。循环充电时，充电器提供的最高电压应有限制，6V电池的充电电压为7.2—7.5V，12V电池充电电压为14.4—15V，充电最大电流不大于额定容量值的30%A（比如2A．H的蓄电池最大充电电流不能大于2×0.3=0.6安培）；以10小时充电率为宜（比如2A．H的蓄电池以0.2安培为宜），若充电电流过大，则蓄电池易发热，造成极板脱落、断裂、短路以致造成爆炸、燃烧等事故。
充电时间（小时）=充电电池容量（mAh）/充电电流（mA）*1.5的系数
例如你用1600mAh的充电电池，充电器用400mA的电流充电，则充电时间为:.5=6小时（注意：这种方法不适用新购买或长期未使用的充电电池）。
一般说用户最感兴趣的是电池的放电参数，因为这就是选用电池容量的根据。通常人们常说用一个公式来计算电池的容量，而实际上没有一个通用的公式适合于所有的情况。因为电池一的放电不是线性的，况且各种品牌的电池也不尽相同。比如以某品牌的10Ah的12V电池为例，以放电到10.5(1.75X6)V为准。
如果按0.05C即0.5A放电时，可放20h，放出10Ah的容量；
如果按0.4C即4A放电时，可放2h，放出8Ah的容量；
如果按1C即10A放电时，可放0.5h，放出5Ah的容量；
如果按3C即30A放电时，可放0.025h，放出2.5Ah的容量。
就是说，放电电流越大，放出的容量就越小，计算出来的结果就越不准确。因此，若想在工程上比较精确地求出规定时间的电池容量，必须计算和查表或曲线相结合。
镍氢充电电池和锂离子充电电池其实也是有记忆效应，使用起来真的不用放电吗？
事实上镍氢充电电池和锂离子充电电池的记忆效应是十分轻微的，并不值得我们去注意它。请注意看到这里时，就不要利用充电器的放电功能对镍氢充电电池和锂离子充电电池进行放电动作，尤其是锂离子充电电池，由于本身的材质因数，并不允许电池本身能够承受充电器的强制放电。如果你硬要对锂离子充电电池进行放电，最终将导致电池损坏。）另外，你使用需放电的镍镉充电电池，那么建议你，不论使用电池的次数是否频繁，最好每隔两、三个月左右就对镍镉充电电池进行一次充放电，这样可以确保镍镉充电电池的记忆效应对电池的影响减到最低状态。
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铅炭蓄电池充电电压的研究
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