hoppecke對(duì)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(duì)不同形式的單體和電極其共同的因素是一個(gè)復(fù)合函數(shù)：容量放電時(shí)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(dá)方式是類似的，其中包含不同電流負(fù)載下的曲線。放電時(shí)間 隨電流的變化而變化。在x-軸上替換時(shí)間標(biāo)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(shí)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(shí)際容量在大電流放電時(shí)降低，在小電流時(shí)有微小的提高 -這是以一定標(biāo)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(biāo)稱電液密度dN=1.27kg/l時(shí)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?jǐn)?shù)據(jù)。因而，若一些有用的數(shù)據(jù)不在表中時(shí)，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(gè)電極 對(duì)（正/負(fù)），對(duì)于一定尺寸的單體電池，須根據(jù)其極板對(duì)的數(shù)目進(jìn)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(biāo)注的是放電時(shí)間（分鐘或小時(shí)）。符號(hào)“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(duì)電池電壓的影響。(注意：電流 和容量曲線始終對(duì)應(yīng)于100%放電即 完全放電)700%】btsUe32Q15 20 30 45 iStd 23 4 5 7 10小時(shí)圖 11a:1 mm2 3 C 5 7 )0Entbdezeit 放

4、電時(shí)間M11a：GroE100的電極對(duì)(C=100Ah)放電電流,容量和電池電壓是放電時(shí)間的函數(shù).見書中 對(duì)計(jì)算實(shí)例的解釋.由于對(duì)電池的改進(jìn)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(duì)于銷售人員，這些基于特定終壓.反應(yīng)電流和時(shí)間數(shù)據(jù)的曲線是最基本的知識(shí)。 修正放電數(shù)據(jù)時(shí)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(duì)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(shí)間/mi n（允許有0.03V電壓袋）圖11b： GroE 100極板對(duì)改進(jìn)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(shí)認(rèn)為其充電結(jié)束。它適用于 恒流且無電壓上限（強(qiáng)烈產(chǎn)生氣泡?。┑某潆?，至少在充電后期。如 果充電后期采用恒壓充電（特別對(duì)電壓低于產(chǎn)生氣泡的2.4V/單體 時(shí)），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(jìn)一步充電注：這種方法也常用于應(yīng)用強(qiáng)氣泡的產(chǎn)生去除可轉(zhuǎn)變的產(chǎn)生短路因素 的試驗(yàn)。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(zhǔn)確，因?yàn)槌潆娤禂?shù)等于1.0時(shí)，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(shí)間限制，用來維持電池的完全充電狀 態(tài)注:相當(dāng)于運(yùn)用IU曲線的充電，比方說在運(yùn)行的備用電源中。涓流充電：這是一種恒流充電方式,無時(shí)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(shí)

7、間后進(jìn)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(shí)了，但仍被使用。例如在船（車或飛機(jī)）上，電池 在某一電壓下維持一段較長時(shí)間（如一個(gè)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?？焖俪浜缰笧闇p少充電時(shí)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(shí)間內(nèi)進(jìn)行，因此只能是部分充電注：必須限定時(shí)間是因?yàn)闅W姆損耗（可能）導(dǎo)致（強(qiáng)烈的）發(fā)熱。部 分充電是因?yàn)榇蟛糠蛛娔懿荒苻D(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(jìn)行的充電。充電受限特性：表示電池充電時(shí)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?yàn)?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(jìn)虹指充電過程中電池電壓和電流的進(jìn)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(jìn)行充電（見DIN41. 772 ）恒流充虹指以一恒定電流強(qiáng)度進(jìn)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(chǔ)存的電量與規(guī)定的幾小時(shí)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(gè)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(shí)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(diǎn)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(xì)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(jì)有 關(guān)的設(shè)計(jì)

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(chǎng)所，這將在以后章節(jié) 中討論。一切計(jì)算以開口鉛酸電池為例，特別是關(guān)于水損耗/補(bǔ)水間隔的計(jì)算都只與這種 產(chǎn)品有關(guān)，因?yàn)橹挥羞@種情況下需要考慮維護(hù)問題。4.2. 1特性曲線原則上，可按不同的特性曲線進(jìn)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(duì)象及可用的充電裝置。VR

13、LA電池應(yīng)該只用IU曲線進(jìn)行充電。析氣電壓ug :指電池明顯析氣時(shí)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?yàn)檫\(yùn)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(yùn)行及浮充中被使用通過限制充電電壓使 水損失最小并達(dá)到負(fù)載保護(hù)。I或W曲線充電方法一般運(yùn)用于初始充電或均衡充電 中（斷開負(fù)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(biāo)準(zhǔn)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(shí)間的進(jìn)程（由DIN 41772） 右:對(duì)特征圖的要求（由DIN 41773）圖12b:按DIN 41776標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的I圖譜.上左：充電特征（由DIN 41772）下左：充電隨時(shí)間的進(jìn)程（由DIN 41772）右:對(duì)特征圖的要求（由DIN 41773）a）沒有充電時(shí)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(shí)率放電電流 的10%時(shí).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(duì)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(biāo)稱電流圖 12c:圖12c:按DIN 41774標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的功率（W）圖譜.上左：充電特征，全充電后自動(dòng)斷電（由DIN 41772）下左：充電隨時(shí)間的進(jìn)程（由DIN 41772）右:對(duì)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(dá)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(hù)而設(shè)定。高于2.4V/單體的充電：依上面DIN/VDE標(biāo)準(zhǔn)，限定超過2.4V單體電壓的電流的唯一目的是寧保護(hù)電池。4.2.2析氣、放熱及損耗4.2.2.1 開口少維護(hù)鉛酸蓄電池大家都知道單體電壓超過2.4V時(shí)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(gè)矛盾：。為什么電池在充電過程中溫度升高？為了解答這個(gè)問題，我們必須了解一些常識(shí)：因?yàn)殡娮璧臒釗p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(shí)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(shí)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(fù)極同 時(shí)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(shí)：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(duì)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(shí)，電流主要作用于酸的混合上。因?yàn)槌潆娤禂?shù)高于1.0時(shí)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(dá)2.4V或更

19、高（恒流充電）。實(shí)踐中還會(huì)到達(dá)2.8V左右，常常被引用的2.65V/單體，僅僅是為了達(dá)到限流目的的一個(gè)指導(dǎo)性數(shù)據(jù)?？傊?.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(yàn)顯示其實(shí)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(diǎn)，最終在計(jì)算中加上這部分熱，在 壓差中就有了一個(gè)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(fù)面影響。氣泡使活性物質(zhì)的細(xì)小顆粒脫落，導(dǎo) 致可觀的活性物質(zhì)損失。隨氣體的強(qiáng)烈析出，正極板的腐蝕加快，這是因?yàn)槲鲅?更加強(qiáng)烈。關(guān)于開口鉛酸電池?fù)p耗計(jì)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(shí)壓差為0.75V/單體。-將其與浮充電流一起代入損耗計(jì)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(gè)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(duì)新電池（Ifi =20mA/100Ah）mP =大約景號(hào).提高充電電壓條件下的損耗計(jì)算依據(jù)見圖