鉛酸蓄電池研究的國內(nèi)外研究綜述

李國強++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。鉛酸蓄電池作為能量存儲系統(tǒng)，曾被廣泛的用作啟動電源、備用電源、動力電源、儲能電源等。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，并受困于鉛價的頻繁波動，鉛酸蓄電池行業(yè)一度黯淡。隨著電動汽車和離網(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[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面報道多，導(dǎo)致技術(shù)人員對于鉛酸蓄電池的積極性不高，各項相關(guān)技術(shù)發(fā)展緩慢。在某些領(lǐng)域，比如用在儲能電池獨立發(fā)電系統(tǒng)中的鉛酸蓄電池，壽命要求至少達到五年，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)，自動化水平高且注重環(huán)保。目前國外的研究熱點是超級電池和鉛碳電池，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“超級電池”項目。日本古河公司對于超級電池的研究及生產(chǎn)在國際上處于領(lǐng)先水平，目前已經(jīng)實現(xiàn)了在電動汽車上的運行實驗。

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，除了其價格低廉、安全性高、技術(shù)成熟等特點外，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、負極板交替疊放卷繞在一起。超級電池是一種混合式儲能裝置，用來取代高成本且復(fù)雜的超級電容器-鉛酸電池系統(tǒng)，它將非對稱超級電容器和鉛酸電池的鉛電極組合成一個一體式的負極，然后共用正電極，不需要另設(shè)額外的電子控制裝置，其中超級電容作為脈沖動力，鉛酸蓄電池作為能源。雙極性電極一面有正極活性物質(zhì)，而另一面有負極活性物質(zhì)的堅實薄片極板。在雙極性電池中必須有兩個單極性電極，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，具有負極活性物質(zhì)的單極性負電極與負極端子連接。

很多專家認為鋰電池會取代閥控式鉛酸蓄電池，其實不然，鋰電池在實際應(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。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比都要好于鋰電池。而超級電池正在快速發(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：

[1]李剛.裝甲車輛鉛酸蓄電池維護保養(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（1993-），男，碩士研究生，從事裝甲車輛電氣故障診斷方向。