淺談鉛酸蓄電池容量及其測(cè)試方法

1、鉛酸蓄電池剩余容量測(cè)試方法1、容量的定義鉛酸蓄電池的容量即電池的放電能力，指的是當(dāng)電池在一定的條件下進(jìn)行放電，外界可以從電池中獲取的容量，人們一般用安時(shí)數(shù)來表示，即AH符號(hào)是C。2、鉛酸蓄電池容量的分類鉛酸蓄電池的容量分為額定容量、理論容量、實(shí)際容量。1) 額定容量額定容量指的是在鉛酸蓄電池設(shè)計(jì)和生產(chǎn)的時(shí)候，廠家規(guī)定在一定放電條件下，電池能放出的最低限度的電量。2) 理論容量理論容量指的是按照理論計(jì)算，參照化學(xué)反應(yīng)方程式以及電解液中每種化學(xué)物質(zhì)的含量，假設(shè)電池中的所有化學(xué)物質(zhì)在電池放電時(shí)全部參加化學(xué)反應(yīng)，所有化學(xué)物質(zhì)消耗完所計(jì)算得到的容量。3) 實(shí)際容量實(shí)際容量指的是在實(shí)際的電池放電中，電池放

2、電放到規(guī)定條件時(shí)所釋放的電量。實(shí)際容量達(dá)不到理論容量，與鉛酸蓄電池使用的次數(shù)多少、使用時(shí)間的長(zhǎng)短有關(guān)。電池使用越多，時(shí)間越久，實(shí)際容量就會(huì)越少。一般鉛酸蓄電池放出1A的電量，其正極的二氧化鉛就會(huì)被消耗掉左右，負(fù)極的海綿狀鉛就會(huì)被消耗掉左右，電解液中的硫酸就會(huì)被消耗掉左右。3、放電率和放電終止電壓在講電池容量的時(shí)候，首先，有必要來了解一下與鉛酸蓄電池有關(guān)的兩個(gè)重要參數(shù)。即放電率和放電終止電壓。1) 放電率放電率指的是鉛酸蓄電池在一定條件下放電電流的大小，有電流率和時(shí)間率之分。電流率指的是對(duì)額定容量不同的鉛酸蓄電池間的放電電流的比較，一般用10小時(shí)率來作為電流率的標(biāo)準(zhǔn)，表示符號(hào)為I10。時(shí)間率指的

3、是鉛酸蓄電池在一定的放電條件下，電池放電放到電池的終止電壓時(shí)止的時(shí)間長(zhǎng)短。2) 放電終止電壓放電終止電壓指的是鉛酸蓄電池在一定的溫度下（例如25C）,用一定的放電率對(duì)電池進(jìn)行放電，放電放到電池還可以再反復(fù)充電使用時(shí)的最低電壓，這個(gè)最低電壓就稱為放電終止電壓。因此，一般鉛酸蓄電池的額定容量是這樣規(guī)定的，在溫度為25度的環(huán)境下，以放電率為10小時(shí)率的電流對(duì)電池進(jìn)行放電，放大終止電壓時(shí)電池所能釋放出的電量，即為電池的額定容量。電池10小時(shí)放電率下的額定容量用Co來表示。10小時(shí)率的放電電流的大小如下式：I=C1O=CIioCio4、影響鉛酸蓄電池容量的因素1）生產(chǎn)工藝因素這里包括電池鉛板與電解液接觸

4、的面積、極板的中心距離、參與化學(xué)反應(yīng)的物質(zhì)的孔率、電解液的量、鉛板的厚度等。2）電池使用過程中的因素包括電池放電時(shí)的放電終止電壓、電池工作環(huán)境（溫度、濕度）、放電電流大小、電解液的密度、電池使用的時(shí)間、電池使用過程中的保養(yǎng)等。5、鉛酸蓄電池剩余容量測(cè)試方法1）傳統(tǒng)測(cè)試方法傳統(tǒng)的容量測(cè)試方法是將電池接上一個(gè)負(fù)載進(jìn)行放電，按照某一個(gè)恒定的放電率，放到終止電壓后，停止放電，計(jì)算放電時(shí)間和放電電流的乘積，就得到電池的容量。這種方法雖然可以比較精確的得到鉛酸蓄電池的保有容量，但是這種方法在測(cè)量過程中時(shí)間長(zhǎng)，人工成本高，消耗的電池能量高，對(duì)在線的電池組有一定的風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)由于要對(duì)電池經(jīng)常性的放電，這樣就加速

5、了電池的老化，縮短了電池的使用壽命，因此在很多場(chǎng)合不適用。例如，電池用10A的電流放電，放電時(shí)間為10H,則此電池的容量為10*10=100AH對(duì)于一個(gè)200AH/12V的蓄電池，如果采用20小時(shí)放電率進(jìn)行放電，則放電電流為10A（）,放電到終止電壓，電池可以連續(xù)放電20小時(shí)。2）安培時(shí)間積分法此方法簡(jiǎn)單的來說就是對(duì)電池放電，放電電流是變化的，放到終止電壓為止，將放電放電電流與放電時(shí)間進(jìn)行積分，得到的值就是鉛酸蓄電池的容量的估值。公式表示如下：tC=0i(t)dt式中：C代表容量，單位為AHti(t)代表電流，單位為A3)曲線近似直線法此方法就是將曲線進(jìn)行等分，等分為很小的一段，然后將每一段近

6、似看成是直線，然后將這些直線首尾連接起來。一般情況下，曲線的分段越多，直線段就越多，這些直線段擬合出來的曲線就越接近實(shí)際的曲線，結(jié)果就越接近于實(shí)際的值。當(dāng)然，這些直線段的端點(diǎn)選取有一定的方法。當(dāng)分段的數(shù)量確定了以后，就可以選取直線的端點(diǎn)，端點(diǎn)的選擇可以通過對(duì)曲線求二次導(dǎo)數(shù)來確定(二次導(dǎo)數(shù)存在的情況下才可以)或者直觀的觀察。電池的兩端的開路電壓跟電池的容量之間的關(guān)系是一個(gè)非線性關(guān)系，如圖1所示。圖1電池開路電壓與電池容量之間的關(guān)系我們可以通過大量實(shí)驗(yàn)得到每個(gè)開路電壓對(duì)應(yīng)的容量的關(guān)系，然后按照上述的方法，用擬合的方法，得到一條關(guān)系曲線，進(jìn)而得出容量與開路電壓的關(guān)系。但是這種方法有它的缺點(diǎn)，一是電池

7、的容量會(huì)隨著環(huán)境溫度、使用次數(shù)、使用時(shí)間的變化而變化，導(dǎo)致我們獲得關(guān)系式不具有代表性；二是電池兩端的電壓在使用以后要等一段時(shí)間才能恢復(fù)，立即測(cè)量的不準(zhǔn)確，就會(huì)導(dǎo)致時(shí)間比較長(zhǎng)。不過這個(gè)方法也有應(yīng)用，如我們的手機(jī)電池中，一般在手機(jī)屏幕上都會(huì)顯示剩余電量，例如時(shí)，對(duì)應(yīng)于手機(jī)的電池電量記為100%當(dāng)電壓降為時(shí),對(duì)應(yīng)的手機(jī)電池電量記為87%4）內(nèi)阻法對(duì)于鉛酸蓄電池來說，電池的容量越小，內(nèi)阻越大，二者之間存在非線性關(guān)系，如圖2所示。C=-a+mr-b式中：C表示電池容量；r表示電池內(nèi)阻；a,b,m為常數(shù)。上式可由最小二乘法，利用大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以求得a,b,m的值，進(jìn)而求得容量與內(nèi)阻的關(guān)系。5）密度法鉛酸蓄

8、電池的電解液是硫酸，在充電時(shí)，鉛酸蓄電池電池內(nèi)部的化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生硫酸，這樣使溶液密度不斷增大，活性物質(zhì)不斷增多，越來越多的電能被儲(chǔ)存起來。而在放電的時(shí)候，電池內(nèi)部的硫酸會(huì)參與化學(xué)反應(yīng)，生成硫酸鉛，這樣就會(huì)使溶液密度不斷減小，活性物質(zhì)不斷減少，電能被釋放。由上述分析可知，鉛酸蓄電池的容量和它的電解液密度有一定的正比關(guān)系。通過測(cè)量電池內(nèi)部電解液的密度，就可以間接求出容量值，且準(zhǔn)確度還比較高。但該方法在實(shí)際操作時(shí)存在一定的問題，一方面現(xiàn)在的鉛酸蓄電池都是密封的，測(cè)量要打開電池蓋，會(huì)比較麻煩。另一方面當(dāng)鉛酸蓄電池充電時(shí)，水會(huì)被分解成氧氣和氫氣從電池正極冒出，這無(wú)疑會(huì)增大電解液的密度，使測(cè)量出現(xiàn)誤差。此外，電解液密度只能在靜止?fàn)顟B(tài)下測(cè)量，電動(dòng)汽車在行駛時(shí)，蓄電池會(huì)發(fā)生振動(dòng)，不容易測(cè)量電池電解液的密度。6) 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是人們?cè)诂F(xiàn)代的人工智能領(lǐng)域應(yīng)用比較多的一種算法，具有自學(xué)習(xí)、自組織和分布式存儲(chǔ)信息的特點(diǎn)。它使用的結(jié)構(gòu)式并行處理結(jié)構(gòu)，不需要對(duì)其進(jìn)行模型預(yù)測(cè)，它可以直接通過輸入輸出樣本來獲取系統(tǒng)的輸入輸出關(guān)系，能夠?qū)Ψ蔷€性以及不確定的系統(tǒng)進(jìn)行任意逼近。我們可以利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的一些優(yōu)秀的品質(zhì)來進(jìn)行鉛酸蓄電池的容量預(yù)測(cè)。此方法的具體內(nèi)容請(qǐng)參照神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)