hoppecke對放電的說明1

1、3.10放電曲線（容量曲線）3.10.1概述放電曲線因生產(chǎn)商的不同表述方式往往不同，然而對不同形式的單體和電極其共同的因素是一個復(fù)合函數(shù)：容量放電時間放電電流放電電壓圖10:管狀極板的鉛酸蓄電池的放電曲線（牽引型：5PzS350,C5=350Ah）（摘自/1/:H.Kahlen Batterien,Vulkan-Verlag Essen 1992）,電流增加輸出電容量下降. 圖10和圖4中的表達方式是類似的，其中包含不同電流負載下的曲線。放電時間 隨電流的變化而變化。在x-軸上替換時間標注的是輸出的電量。這些曲線雖然是描述牽引電池管狀極板的（C5=350Ah-C5可以在5小時率曲線的x- 軸上

2、找到），但也適用于固定型電池。 55在圖10中清楚地看到：實際容量在大電流放電時降低，在小電流時有微小的提高 -這是以一定標稱容量為基礎(chǔ)的。圖10中還可以看出：因酸密度減小，擱置電壓連續(xù)下降。單體）（牽引電池標稱電液密度dN=1.27kg/l時滿充電狀態(tài)下電壓U0=2.11V/ 此書中的圖表僅僅反映了部分數(shù)據(jù)。因而，若一些有用的數(shù)據(jù)不在表中時，也可 以用插入法（可能不精確）或由HP71 （/6/）程序或曲線求得。HOPPECKE選擇了一種放電曲線的特殊表述方式，它涉及各種類型極板的一個電極 對（正/負），對于一定尺寸的單體電池，須根據(jù)其極板對的數(shù)目進行外推。3.10.2放電曲線的闡述及使用曲線

3、使用如下（例：圖11a）y-軸:左：放電電流（A）,適用于“I”曲線左：容量（Ah），適用于“C”曲線右：電池電壓（V）,適用于“U”曲線（不同放電率）在x軸上標注的是放電時間（分鐘或小時）。符號“I”和“C”分別代表電流和容量 曲線。這里我們可以看出隨放電電流的增大，容量下降?！癠”曲線表示了放電過程中放電深度( 10, 30, 50, 70, 90, 100%)對電池電壓的影響。(注意：電流 和容量曲線始終對應(yīng)于100%放電即 完全放電)700%】btsUe32Q15 20 30 45 iStd 23 4 5 7 10小時圖 11a:1 mm2 3 C 5 7 )0Entbdezeit 放

4、電時間M11a：GroE100的電極對(C=100Ah)放電電流,容量和電池電壓是放電時間的函數(shù).見書中 對計算實例的解釋.由于對電池的改進和工藝的優(yōu)化，極板和電池的電性能也必然改變，這將不可避 免地影響上述曲線。對于銷售人員，這些基于特定終壓.反應(yīng)電流和時間數(shù)據(jù)的曲線是最基本的知識。 修正放電數(shù)據(jù)時受這些所示曲線所限也是可能的，如圖11b所示。與圖11a比較， 圖11b為GroE100極板對性能的改善(允許0.03V “電壓袋”)。HOPPECKE 1OOAh GroE電池放電數(shù)據(jù)260 -240220200180160涓40i 12010080 -6040200 -0,1110100100

5、0時間/mi n（允許有0.03V電壓袋）圖11b： GroE 100極板對改進的放電數(shù)據(jù)（與圖11a相比較）4.充電4.1 術(shù)語（/1/）充電：充電是電能向化學(xué)能的轉(zhuǎn)變荷電：為一種充電結(jié)束后的狀態(tài)注：鉛酸電池當(dāng)其電壓和酸密度在2h內(nèi)不變時認為其充電結(jié)束。它適用于 恒流且無電壓上限（強烈產(chǎn)生氣泡！）的充電，至少在充電后期。如 果充電后期采用恒壓充電（特別對電壓低于產(chǎn)生氣泡的2.4V/單體 時），酸密度可能幾天甚至幾星期才有所升高。完全充虹指充電后活，性物質(zhì)全部轉(zhuǎn)化的充電 部分充虹指活性物質(zhì)未全部轉(zhuǎn)化的充電 起始充電：指注完電液后的首次充電注：最好描述成“初始充電”均衡充虹為保證全部單體電池中活

6、性物質(zhì)完全轉(zhuǎn)化的進一步充電注：這種方法也常用于應(yīng)用強氣泡的產(chǎn)生去除可轉(zhuǎn)變的產(chǎn)生短路因素 的試驗。過充虹指活，性物質(zhì)完全轉(zhuǎn)變后的充電。注：過充電狀態(tài)可描述成充電系數(shù)大于1.0的狀態(tài)，充電系數(shù)1.0指充 電電量等于輸出電量。這僅僅是依上述定義的一種粗略估算，不 十分準確，因為充電系數(shù)等于1.0時，仍有一小部分PbSO4（大約 3-5%）未轉(zhuǎn)化。浮充電：浮充是一種恒壓充電方法,沒有時間限制，用來維持電池的完全充電狀 態(tài)注:相當(dāng)于運用IU曲線的充電，比方說在運行的備用電源中。涓流充電：這是一種恒流充電方式,無時間限制，用來維持電池的完全充電狀態(tài) 注：涓流充電常與浮充電相混淆。間隔充電指電池每擱置一段時

7、間后進行的周期性充電，用來保持電池的完全 充電狀態(tài)注：此方法已過時了，但仍被使用。例如在船（車或飛機）上，電池 在某一電壓下維持一段較長時間（如一個月），該電壓（如2.15V/ 單體）不能使電池保持在全充電狀態(tài)，因此需定期給予全充電。快速充虹指為減少充電時間而采用數(shù)倍于額定電流的電流給電池充電。這種 充電必須在有限的時間內(nèi)進行，因此只能是部分充電注：必須限定時間是因為歐姆損耗（可能）導(dǎo)致（強烈的）發(fā)熱。部 分充電是因為大部分電能不能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，而是以熱和產(chǎn)生氣體 （分解水）的方式損失。急速充虹指采用充電受限特性的最大值進行的充電。充電受限特性：表示電池充電時不能超過最大允許電流，它與電池 電

8、壓有關(guān)。受限數(shù)據(jù)見表4。注：在2.4V/單體下的IU充電，依上述定義不能稱為急速充電。因為 一直到析氣電壓都不需要限制電流。每100Ah電池的最大充電電流（其值與電池及極板類型有關(guān)）超過2.4V/單體電池初始充電電流充電程序特征GroEOGiOGi-bloc 1)OPzS 2)HOPPECKE閥控式電池I6.55.05.05.0-IUU=2.4V/單體-指導(dǎo)性數(shù)值3I101.5 I10 3)10W勿.4 V/單體2.65V/單體9.04.57.03.57.03.57.03.51）也適用于SIBE整體/USV整體電池2）也適用于“Solar”和“HOPzS”電池3）如相應(yīng)最高值2.35V/單體和

9、最長24h的情況下均衡充電的電壓電池允許的最大充電電流表4：不超過2.4V/單體電池和初充電電流（閥控式電池：不超過2.35V/單體電池） 充電進虹指充電過程中電池電壓和電流的進程充電方法：指由充電裝置的特性決定的充電過程中電流和電壓的形式充電特性 充電特性（充電曲線）是表示充電過程中電流和電壓關(guān)系的曲線（見 DIN41. 772 ）恒壓充電：指以一恒定電壓進行充電（見DIN41. 772 ）恒流充虹指以一恒定電流強度進行充電（見DIN41.772 ）注：IU充電是充電方法的組合荷電狀態(tài)：指電池所儲存的電量與規(guī)定的幾小時率容量的比例充電電壓虬：指充電過程中取決于充電電流和電池荷電狀態(tài)的電池上的

10、壓降 平均充電電壓岫：指在整個充電過程中電壓的算術(shù)平均值 充電終止電壓U：:指電池在恒流條件下完全充電后的最終電壓 浮充電壓Ufloat：指為保證浮充電流而加在電池上的電壓 充電終止電流I :指由電池類型決定的充電結(jié)束時的電流 浮充電流If頃：苫是指為保證電池處于完全充電狀態(tài)所必須的輸入電流效率虹充電過程中，電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能；放電過程為其逆過程。其所受損失 （例如，電池的歐姆電阻或析氣引起的電壓變化）用充電或能量效率 來描述。充電效率鞏：指輸出的電量（Ah）/輸入的電量（Ah）充電系數(shù)*04充電系數(shù)是電池完全充電所需的電量與電池在此前放出電量 之比。它是充電效率的倒數(shù)。注：此定義的缺點是不能考

11、慮到通過析氣攪拌電液所需的電量 （見“完全充電”的定義）。故充電系數(shù)僅約為1.03，然而 考慮到酸的混合，其數(shù)值大約為1.20（ 1.15-1.23，取決于 電池高度和電解液溫度），我們看到，5-20%的淺放電，其 充電系數(shù)可能高于典型的1.20，即大約1.25，再加上單體 較高，其值可能為1.30。VRLA吸附式玻璃纖維隔膜電池因 為玻璃纖維膜的毛細管作用大大限制了酸的分層其充電系 數(shù)大約只有1.10。比較起來，通過人工循環(huán)電液的開口鉛 酸電池充電系數(shù)為1.05。4.2概述（特性、氣體產(chǎn)生、熱量產(chǎn)生、水的消耗）4.2章的內(nèi)容與一些其他問題常聯(lián)系在一起，這些問題是那些與蓄電池室設(shè)計有 關(guān)的設(shè)計

12、工程師和專家經(jīng)常提起的，它涉及氣泡產(chǎn)生大量氣體產(chǎn)生和熱量產(chǎn)生在這里我們不能忘記蓄電池室的通風(fēng)設(shè)備依據(jù)DINVDE0510/第2.3部分（牽 引）必須考慮散熱問題。僅僅VRLA電池須要提供一塊避免“熱失控”的良好熱量交換場所，這將在以后章節(jié) 中討論。一切計算以開口鉛酸電池為例，特別是關(guān)于水損耗/補水間隔的計算都只與這種 產(chǎn)品有關(guān)，因為只有這種情況下需要考慮維護問題。4.2. 1特性曲線原則上，可按不同的特性曲線進行充電。例如：I -按PIN41776的曲線IU-按DIN41773的曲線W -按DIN41774的曲線圖12a到12c給出了這些曲線。充電過程的選擇取決于充電對象及可用的充電裝置。VR

13、LA電池應(yīng)該只用IU曲線進行充電。析氣電壓ug :指電池明顯析氣時的電壓。注：Ug=2.4V/鉛酸電池單體 =1.55V/鎘鎳電池單體 =1.7V/鐵鎳電池單體 =2.05V/辛銀鋅電池單體（摘自/1/）電池的最好充電方式是使用IU曲線，因為運用這種方法可設(shè)置 2.4V/單體的電 壓值。這種充電方法主要在固定能源的運行及浮充中被使用通過限制充電電壓使 水損失最小并達到負載保護。I或W曲線充電方法一般運用于初始充電或均衡充電 中（斷開負載！）。依據(jù)充電方法和極板類型，設(shè)置了一定的電壓和電流值（見表4 ）。其原因及充 電電流和電壓的作用我們將在下面的章節(jié)討論。圖 12a:01- 0 0.1 0.2

14、 03 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0圖 12b:圖12a:按DIN標準41773規(guī)定的IU圖譜全充電，快速部分充電，限流并聯(lián)充電 上左：充電特征（由DIN 41772）下左：充電隨時間的進程（由DIN 41772） 右:對特征圖的要求（由DIN 41773）圖12b:按DIN 41776標準規(guī)定的I圖譜.上左：充電特征（由DIN 41772）下左：充電隨時間的進程（由DIN 41772）右:對特征圖的要求（由DIN 41773）a）沒有充電時間限制的鉛酸電池的全充電是指當(dāng)充電電流不超過5小時率放電電流 的10%時.b）較高電流下的全充電是指充電電流不超過析氣開始后的最

15、大允許值.對這種全充 電需要斷電.c）大電流下的部分充電，析氣開始或超過了最高溫度限制，必須斷電.1,802550 75 % 100親呼垃aMUz Zellenspannung電池電壓 /L Ladestrom充電電流，dN Gerate-Nennstrom 設(shè)備標稱電流圖 12c:圖12c:按DIN 41774標準規(guī)定的功率（W）圖譜.上左：充電特征，全充電后自動斷電（由DIN 41772）下左：充電隨時間的進程（由DIN 41772）右:對特征圖的要求（由DIN 41773）。為什么電流有上限萋求？低于2.4V/單體的充電：表4中的數(shù)據(jù)表明了電池充電電流在未達析氣電壓前不需要限制。放完電的

16、電池盡量在充電開始階段采用可能的最大電流充電。任何超過2.4V/單 體的限制因素最后必須為充電體自身保護而設(shè)定。高于2.4V/單體的充電：依上面DIN/VDE標準，限定超過2.4V單體電壓的電流的唯一目的是寧保護電池。4.2.2析氣、放熱及損耗4.2.2.1 開口少維護鉛酸蓄電池大家都知道單體電壓超過2.4V時電池析氣增加。因而2.4V也稱為析氣電壓。析氣是水損耗的外部表現(xiàn)（電解水）。這一過程是吸熱的，即其伴隨熱量的損失， 等效冷卻效應(yīng)。這里不可避免的出現(xiàn)了一個矛盾：。為什么電池在充電過程中溫度升高？為了解答這個問題，我們必須了解一些常識：因為電阻的熱損耗（流過金屬導(dǎo)體的電流給導(dǎo)體加熱），所以

17、電池從一開始充電， 溫度就略為升高（幾度）。但如果開始時充電電流不是很高，那么溫度升高有限， 并能將熱量散發(fā)到周圍環(huán)境中。在充電開始階段電流大部分被電池接受，轉(zhuǎn)化成化學(xué)能的形式。電池越接近100% 充電狀態(tài)（等于充電系數(shù)1.0），越多的電流不能被利用來將越來越少的PbSO4轉(zhuǎn) 換成活性物質(zhì)的最初形態(tài)。這時電流開始增加損耗，即分解水。4水的分解，首先是在正極析出02，隨后從過充電開始（充電系數(shù)1.0），負極同 時析出H2。在VRLA電池中H2的析出幾乎完全被抑制。開口鉛酸電池過充時：砂 1Ah分解0.336g（ml）水（大約3Ah/g（ml）這相當(dāng)于寧每年每100Ah損耗大約45-60g（ml）

18、水（新電池，Ifiat=15-20mA, 2.23V/單體，C） 對比：VRLA電池（見4.2.2.2）:腮寧每年每100Ah大約損失6-12g水（正常使用條件）。寧電解水過程所用單體電池電壓大約需1.23V。也就是說電解水使2.4V （或更大）的單體電壓損失掉1.23V。用電化學(xué)術(shù)語，我們也可以說“電解水的均衡電壓大約為1.23V/單體”。充電系數(shù)高于1.0時，電流主要作用于酸的混合上。因為充電系數(shù)高于1.0時僅僅一，小部分寧硫酸鹽被轉(zhuǎn)換。將電流乘以1.23V/單體所得的能量值，完全用于水的分解。這些能量以O(shè)和H析 22出的形式損失掉。在開口鉛酸電池中，在過充階段單體電壓可能到達2.4V或更

19、高（恒流充電）。實踐中還會到達2.8V左右，常常被引用的2.65V/單體，僅僅是為了達到限流目的的一個指導(dǎo)性數(shù)據(jù)?？傊?，2.4V減去1.23V/單體得到寧1.17V/單體的差將它乘以電流，這就是轉(zhuǎn)化為熱的能量損耗。考慮到1.23V/單體的水分解的均衡 電壓不含寧反應(yīng)熱這一數(shù)據(jù)將有些許減少：寧1.23V/單體的均衡電壓+用于反應(yīng)熱的電壓=1.48V/單體（/13/，/14/）反應(yīng)熱不能以伏特形式估算。然而，經(jīng)驗顯示其實際大約為1.23V/單體均衡電壓 的20%（熱量消耗，冷效應(yīng)），考慮到這一點，最終在計算中加上這部分熱，在 壓差中就有了一個降低。即，寧壓差不是1.17V/單體而是0.92V/單體

20、。這就是電池產(chǎn)生的熱量。然而，我們也應(yīng)考慮析氣自身的負面影響。氣泡使活性物質(zhì)的細小顆粒脫落，導(dǎo) 致可觀的活性物質(zhì)損失。隨氣體的強烈析出，正極板的腐蝕加快，這是因為析氧 更加強烈。關(guān)于開口鉛酸電池損耗計算的示例：守1浮充條件下的損耗:-水分解的單體電壓（包括反應(yīng)熱）大約1.48V。-浮充電壓為2.23V/單體時壓差為0.75V/單體。-將其與浮充電流一起代入損耗計算：0.75V/單體彳假設(shè)浮充電流：I =50mA/100AhP=U - Ile=0.75V - 50mA/100AhL0SS =37.5mW/100Ah單體新電池中這一數(shù)據(jù)要降低（大約一半或更少）。-又如：2個并聯(lián)的96單元整體電池USV1704 （=4V OGi bloc 230）I fioat=115mA/230Ah（50mA/100Ah）Pg、=86.25mW/單體M 4V192單元=384單體 86.25mW=大約翌W-對新電池（Ifi =20mA/100Ah）mP =大約景號.提高充電電壓條件下的損耗計算依據(jù)見圖