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技术特点铅酸蓄电池的电性能用下列参数量度:电池电动势、开路电压、终止电压、工作电压、放电电流、容量、电池内阻、储存性能、使用寿命(浮充寿命、充放电循环寿命)等。
1、电池电动势、开路电压、工作电压
当蓄电池用导体在外部接通时,正极和负极的电化反应自发地进行,倘若电池中电能与化学能转换达到平衡时,正极的平衡电极电势与负极平衡电极电势的差值,便是电池电动势,它在数值上等于达到稳定值时的开路电压。电动势与单位电量的乘积,表示单位电量所能作的电功。但电池电动热与开路电压意义不同:电动势可依据电池中的反应利用热力学计算或通过测量计算,有明确的物理意义。后者只在数字上近于电动势,需视电池的可逆程度而定。
电池在开路状态下的端电压称为开路电压。电池的开路电压等于电池正极电极电势与负极电极电势之差。
电池工作电压是指电池有电流通过(闭路)的端电压。在电池放电初始的工作电压称为初始电压。电池在接通负载后,由于欧姆电阻和极化过电位的存在,电池的工作电压低于开路电压。
2、容量
电池容量是指电池储存电量的数量,以符号C表示。常用的单位为安培小时,简称安时(Ah)或毫安时(mAh)。
电池的容量可以分为额定容量(标称容量)、实际容量。
(1)额定容量
额定容量是电池规定在在25℃环境温度下,以10小时率电流放电,应该放出限度的电量(Ah)。
a、放电率。放电率是针对蓄电池放电电流大小,分为时间率和电流率。
放电时间率指在一定放电条件下,放电至放电终了电压的时间长短。依据IEC标准,放电时间率有20,10,5,3,1,0.5小时率及分钟率,分别表示为:20Hr,10Hr,5Hr,3Hr,2Hr,1Hr,0.5Hr 等。
b、放电终止电压。铅蓄电池以一定的放电率在25℃环境温度下放电至能再反复充电使用的电压称为放电终了电压。大多数固定型电池规定以10Hr放电时(25℃)终止电压为1.8V/只。终止电压值视放电速率和需要而夫定。通常,为使电池安全运行,小于10Hr的小电流放电,终止电压取值稍高,大于10Hr的大电流放电,终止电压取值稍低。在通信电源系统中,蓄电池放电的终止电压,由通信设备对基础电压要求而定。
放电电流率是为了比较标称容量不同的蓄电池放电电流大小而设的,通常以10小时率电流为标准,用I10表示,3小时率及1小时率放电电流则分别以I3、I1表示。
c、额定容量。固定铅酸蓄电池规定在25℃环境下,以10小时率电流放电至终了电压所能达到的额定容量。10小时率额定容量用C10表示。10小时率的电流值为C10/10
其它小时率下容量表示方法为:3小时率容量(Ah)用C3表示, 在25℃环境温度下实测容量(Ah)是放电电流与放电时间(h)的乘积,阀控铅酸固定型电池C3和I3值应该为
C3=0.75 C10(Ah)
I3=2.5 I10(h)
1小时定容量(Ah)用C1表示,实测C1和I1值应为C1=0.55 C10(Ah)
I1=5.5 I10(h)
(2)实际容量
实际容量是指电池在一定条件下所能输出的电量。它等于放电电流与放电时间的乘积,单位为Ah。
3、内阻
电池内阻包括欧姆内阻和极化内阻,极化内阻又包括电化学极化与浓差极化。内阻的存在,使电池放电时的端电压低于电池电动势和开路电压,充电时端电压高于电动势和开路电压。电池的内阻不是常数,在充放电过程中随时间不断变化,因为活性物质的组成、电解液浓度和温度都在不断地改变。
欧姆电阻遵守欧姆定律;极化电阻随电流密度增加而增大,但不是线性关系,常随电流密度的对数增大而线性增大。
4、循环寿命
蓄电池经历一次充电和放电,称为一次循环(一个周期)。在一定放电条件下,电池工作至某一容量规定值之前,电池所能承受的循环次数,称为循环寿命。
各种蓄电池使用循环次数都有差异,传统固定型铅酸电池约为500~600次,起动型铅酸电池约为300~500次。阀控式密封铅酸电池循环寿命为1000~1200次。影响循环寿命的因素一是厂家产品的性能,二是维护工作的质量。固定型铅电池用寿命,还可以用浮充寿命(年)来衡量,阀控式密封铅酸电池浮充寿命在10年以上。
对于起动型铅酸蓄电池,按我国机电部颁标准,采用过充电耐久能力及循环耐久能力单元数来表示寿命,而不采用循环次数表示寿命。即过充电单元数应在4以上,循环耐久能力单元数应在3以上。
5、能量
电池的能量是指在一定放电制度下,蓄电池所能给出的电能,通常用瓦时(Wh)表示。
电池的能量分为理论能量和实际能量。理论能量W理可用理论容量和电动势(E)的乘积表示,即
W理=C理E
电池的实际能量为一定放电条件下的实际容量C实与平均工作电压U平的乘积,即
W实=C实U平
常用比能量来比较不同的电池系统。比能量是指电池单位质量或单位体积所能输出的电能,单位分别是Wh/kg或Wh/L。
比能量有理论比能量和实际比能量之分。前者指1 kg电池反应物质完全放电时理论上所能输出的能量。实际比能量为1 kg电池反应物质所能输出的实际能量。
由于各种因素的影响,电池的实际比能量远小于理论比能量。实际比能量和理论比能量的关系可表示如下:
W实= W理·KV·KR·Km
式中 KV电压效率; KR反应效率; Km质量效率。
电压效率是指电池的工作电压与电动势的比值。电池放电时,由于电化学极化、浓差极化和欧姆压降,工作电压小于电动势。
反应效率表示活性物质的利用率。
电池的比能量是综合性指标,它反映了电池的质量水平,也表明生产厂家的技术和管理水平。
6、储存性能
蓄电池在贮存期间,由于电池内存在杂质,如正电性的金属离子,这些杂质可与负极活性物质组成微电池,发生负极金属溶解和氢气的析出。又如溶液中及从正极板栅溶解的杂质,若其标准电极电位介于正极和负极标准电极电位之间,则会被正极氧化,又会被负极还原。所以有害杂质的存在,使正极和负极活性物质逐渐被消耗,而造成电池丧失容量,这种现象称为自放电。
电池自放电率用单位时间内容量降低的百分数表示:即用电池贮存前(C10’)(C10”)容量差值和贮存时间T(天、月)的容量百分数表示
