摘要：近年来，我国的电力行业发展迅速，供电系统有了很大进展，对蓄电池在低温下的供电能力影响因素进行分析，改进蓄电池的结构，经过计算验证和试验验证，提高同等容量下的蓄电池性能，达到轻量化和降成本的目的，节能降耗。
关键词：蓄电池；极板；容量；低温起动电流
引言
近年来，随着可再生能源的发展，微电网得到广泛运用。由于直流微电网没有无功功率、谐波电流、直流/交流转换损耗等交流微电网中存在的问题，所以，有关直流微电网方面的研究逐渐增加。稳定直流微电网系统中的直流母线电压，保证系统功率平衡是直流微电网的研究重点之一。由于光伏、风电等可再生能源在不同的时间尺度上存在不同的波动特征，单一储能很难在技术经济性上满足其平抑要求。因此，多类型储能得到了广泛应用，其中能量型储能吸收长时间尺度频率波动较小的可再生能源功率，而功率型储能吸收短时间尺度频率波动较大的可再生能源功率。
1蓄电化内阻的影响因素
蓄电池的使用时间。蓄电池在充放电状态下，其内部的物质将依次失去水分、板栅将逐渐被侵蚀。如蓄电池处于长期过度放电状态，其极板将出现物理形变，进而导致整个电池的容量下降，内阻渐次变大。蓄电池的电荷量。因为不同蓄电池的电解液、电极表面活性、电极空隙等有着巨大差异，所以导致蓄电池内阻千差万别。在实际运用过程中，不同蓄电池的载荷量也存在着巨大的差异。环境湿度。外界温度的升高会使电池内部反应物的扩散速度加快，电荷输运速率加快、电化学反应和物质迁移更容易发生，从而导致蓄电池的内阻降低。反之，环境温度的降低则会导致蓄电池的内阻升高。蓄电池的型号。因为蓄电池是由不同厂家制作而成，不同的蓄电池有着不同的型号、类别，其所应用的结构、材质等均存在巨大差异，因此蓄电池型号对蓄电池内阻影响巨大。测量信号频率。当今大多数蓄电池内阻检测技术本质上测量的都是蓄电池的阻抗，而阻抗中包含了电池的容抗，容抗的值与测量信号的频率相关，导致了蓄电池内阻检测数据不具备准确性。若寻求准确的结果，应根据测量信号的电压和电流的相位关系，排除掉蓄电池电容值对测量数据的干扰，使得检测数据同测量信号频率不呈现相关性，即在任意频率的测量信号作用下内阻测量结果具有唯一性。
2复合储能蓄电池荷电状态的研究现状
在复合储能中，一组蓄电池无法满足平抑任务的要求，通常由几组或多组蓄电池分布式接入微电网与超级电容器，以共同承担平抑功率波动的任务。当多组蓄电池同时存在时，若不按照蓄电池的荷电状态进行功率分配，过度地充电、放电会使蓄电池退出工作。因此，在充电时，荷电状态高的蓄电池以小电流充电，荷电状态低的蓄电池以大电流充电；在放电时，荷电状态高的蓄电池以大电流放电，荷电状态低的蓄电池以小电流放电，进而达到各蓄电池组的荷电状态均衡。通过采用高通滤波器和一阶低通滤波器对蓄电池和功率型储能元件进行功率分配，但是二者都没考虑蓄电池的荷电状态。通过功率平衡控制可以实现蓄电池间的荷电状态均衡，但是蓄电池之间会产生环流。将蓄电池与超级电容级联，通过蓄电池给超级电容提供电能维持母线电压稳定，但是控制较为复杂。都通过复合储能平抑了母线功率波动，实现了直流母线电压稳定，但均未考虑蓄电池间的荷电状态均衡问题。首先，根据直流母线电压波动情况，通过改进下垂控制得到总的平抑电流，经过低通滤波器，根据蓄电池与超级电容器的特点，把高频波动分量给到超级电容，把低频波动分量给到蓄电池组。然后，根据各个蓄电池的荷电状态，通过电流分配控制使蓄电池合理分配平抑电流，达到蓄电池荷电状态的均衡，从而避免部分蓄电池组过充或过放，延长复合储能使用寿命并使其平抑效果最佳。最后通过MatLab/Simlink进行仿真。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆该控制策略不仅使复合储能维持直流母线电压稳定，还使蓄电池的荷电状态达到均衡，验证了该策略的可行性和有效性。
3蓄电化内阻测试方法
（1）动态大电流冲击负载放电法。电池两端通过电线连接放电负荷，基于所得到的电压变化量和电流变化量可推算出电池的内阻数据，计算公式为：内阻=（蓄电池电动势-蓄电池电压）/放电电流。其中蓄电池电动势指蓄电池空载时的开路电压，蓄电池电压指蓄电池接入负荷后整个闭合回路的电压。特点：蓄电池从浮充状态切换到放电状态，不同的浮充电压差值完全不同，具有较大的不稳定性和较大的离散性；放电时间的长短影响电压的取值。由于放电时电压发生持续改变，必须选取电压基本保持平稳的阶段，从而获得电压改变幅值。因而实际测试时，该手段测得数据基本没有重复性；只能进行离线测试、不能在线测试，因而无法应用于单组电池；为获得放电曲线一般采用较大电流，如100A上，对电池造成的损坏较大。（2）直流瞬间大电流放电法。核心思想是基于先进的零瞬间技术，结合蓄电池和所接负载断开后电动势立刻恢复的机制，在将负载接入后打开开关的瞬间读取标记数据（主要包括开路电压差和电流差），能够实现精准测量蓄电池内阻的目的。测量时瞬时电流通常非常大，在50~80A上下。优点是测试准确、精度高、可靠性高、测量结果一致；缺点是由于测量时电路中流过电流较大，必须保证负载与蓄电池可靠连接，防止接触不良产生电弧，造成事故。（3）直流小电流放电法。将待测蓄电池和串联电阻构成简单电路回路，通过分析电流在蓄电池内阻和串联内阻所消耗的电能，得出两者的比值，进而巧妙地推算出蓄电池的内阻。这种方法抗干扰性、重复精度、实时性和安全性都达到该领域的领先水平，具有其他方法不可匹敌的优点。采用这种测量法，由于其数字化传输和模块化结构的特点，使得在构建测试系统时非常灵活、易于功能扩充，便于推广应用。
4试验验证
寒带试验验证：为了验证高性能蓄电池低温起动性能能否满足整车在寒带地区的低温起动需求，在2017年冬季搭载高性能蓄电池的某轻型车到东北黑河地区做寒带起动性能标定，结果一只高性能蓄电池起动时间和最低电压均优于2只并联的普通电池。开发100Ah高性能蓄电池，用1只100Ah高性能蓄电池替换2只普通的80Ah蓄电池，重量降低26公斤，达到了轻量化设计的目的，并降低成本，节能增效。因节能增效效果显著，高性能蓄电池研究项目被授予安徽省重大合理化建议和技术改进项目。
结语
综上所述，高性能蓄电池已经成功通过-25℃环境仓验证和黑河寒带整车冷起动验证，车辆冷起动性能合格，同等性能的前提下，蓄电池降重≥10%，同等容量的前提下CCA提升≥20%，是蓄电池优化的方向。
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论文作者:麻晓丹
论文发表刊物:《电力设备》2019年第16期
论文发表时间:2019/12/9
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