艦船應(yīng)急電源鉛酸蓄電池容量檢測(cè)方法

艦船應(yīng)急電源鉛酸蓄電池容量檢測(cè)方法

一、電池鉛酸蓄能池的基本電性能1.硫酸轉(zhuǎn)變法正負(fù)負(fù)磷酸電池的主要成分是鉛，由于液位是硫酸，因此也被稱為酸電池。鉛蓄電池的充、放電是靠蓄電池內(nèi)部化學(xué)物質(zhì)的可逆反應(yīng)來(lái)完成的。放電時(shí),負(fù)極板上海綿狀的鉛和正極板上的二氧化鉛都逐漸轉(zhuǎn)變成硫酸鉛,同時(shí)消耗一部分硫酸,增加了一部分水,電解液的濃度減小,密度降低。充電時(shí),隨著電流的通過(guò),負(fù)極板上的硫酸鉛轉(zhuǎn)變成深灰色的海綿狀的鉛,正極板上的硫酸鉛轉(zhuǎn)變成黑褐色的二氧化鉛,溶液中有硫酸生成,電解液中硫酸的成分增加,水分減少,電解液濃度增加,密度升高。故可以用測(cè)量密度的方法來(lái)判斷電池的充、放電程度。2.放電時(shí)電池電勢(shì)下降鉛蓄電池在充好電后其電勢(shì)約為2.1～22V,開(kāi)始放電時(shí),其電勢(shì)為ZV左右。充電時(shí),電勢(shì)升高,一直升到2.5～26V。如繼續(xù)充電,因極板上的有效物質(zhì)已全部還原完畢,水的分解也漸趨于飽和,這時(shí)電解液只見(jiàn)沸騰而電壓卻穩(wěn)定在2.7V左右不再增加。停止充電后,電池電勢(shì)將驟降至2.3V,最后電勢(shì)又將穩(wěn)定在2.1～2.2V左右。放電時(shí),電勢(shì)驟降至2～2.05V。隨后在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi),電勢(shì)下降相當(dāng)緩慢而平穩(wěn),當(dāng)放電到某一電壓(即終止電壓)之后,電池電勢(shì)開(kāi)始急劇下降,這是放電完畢的象征。但由于蓄電池放電時(shí)有“休息”現(xiàn)象,所以斷路電池的電勢(shì)不能表示放電程度。3.溫度對(duì)電解溫度的影響鉛蓄電池發(fā)熱的因素有以下幾個(gè):鉛蓄電池存在一定的內(nèi)阻,通過(guò)電流產(chǎn)生內(nèi)阻熱。鉛蓄電池具有這樣一些性質(zhì),放電時(shí),電勢(shì)下降,要吸收一部分變成電能輸出,因此會(huì)促使電解液溫度下降;充電時(shí),電勢(shì)升高,可逆地消耗一部分能放出同樣的熱量,使電解液的溫度升高。硫酸和水混合使硫酸得到稀釋,要放出熱量。蓄電池在充電時(shí),孔隙內(nèi)形成的硫酸向孔隙外擴(kuò)散并稀釋,稀釋熱促使電解液溫度升高。電能用于電解水也要產(chǎn)生一部分熱量,使電解液溫度升高。鉛酸蓄電池正常運(yùn)行的溫度是20～50℃,溫度過(guò)高對(duì)電池的容量和壽命都會(huì)產(chǎn)生極其不利的影響。最佳運(yùn)行溫度是25℃,當(dāng)溫度每升高5℃,蓄電池的使用壽命就會(huì)降低10%。4.電解乳液的氧化反應(yīng)由于蓄電池的充、放電過(guò)程中,硫酸和水都參與了反應(yīng),這樣勢(shì)必會(huì)導(dǎo)致電解液液面的升高和降低。船用鉛酸蓄電池規(guī)定電解液液位應(yīng)高出30nun～75Innl,但不能超出這個(gè)范圍。二、電池容量1.放電電流c的測(cè)量蓄電池的容量概念與一般電氣設(shè)備不同。所謂蓄電池的容量是指充好電的電池,保持放電電流不變,放電至規(guī)定的最終電壓時(shí),所放出的總電量或總電能(功)。當(dāng)蓄電池以恒流放電時(shí),它的容量等于放電電流I和放電時(shí)間t(小時(shí))的乘積,單位為安時(shí),即:C=Iptp(安時(shí))(2.1)如果放電電流不是定值,那么蓄電池的容量為:容量的另一種表示方法叫瓦時(shí)容量。它的值為安時(shí)容量與放電期間平均電壓的乘積,即:W=CUcp=IptpUcp(2.3)2.密度對(duì)蓄電池電解容量的影響單體鉛酸蓄電池充滿電后,容量大致在10300安時(shí)。其容量在一定限度內(nèi)(實(shí)際應(yīng)用范圍內(nèi))隨密度的增加而增加,但有一定的范圍,超過(guò)一定范圍容量就開(kāi)始減少(圖2.3所示是蓄電池電解液密度與放出容量的關(guān)系曲線圖)。蓄電池的容量檢測(cè)是人們普遍關(guān)注的問(wèn)題,本文采用最直觀的密度法來(lái)檢測(cè)蓄的容量。三、測(cè)試鉛酸蓄能池容量的方法研究1.鉛酸蓄電池電量監(jiān)測(cè)現(xiàn)狀欲提高鉛酸蓄電池的壽命特性,除需對(duì)生產(chǎn)技術(shù)要素進(jìn)行改進(jìn)外,電池的使用管理也是一個(gè)很重要的環(huán)節(jié),有效的電池管理系統(tǒng)會(huì)有利于電池壽命的提高。實(shí)現(xiàn)電池能量管理系統(tǒng)的各種功能的基礎(chǔ),首先要正確判斷電池的荷電狀態(tài)。對(duì)蓄電池的剩余容量的準(zhǔn)確估計(jì),已成為艦船鉛酸蓄電池能量管理系統(tǒng)的中心問(wèn)題。當(dāng)前,對(duì)鉛酸蓄電池電量監(jiān)測(cè)的方法一般比較單一,雖然有的開(kāi)始時(shí)對(duì)鉛酸蓄電池的剩余容量的估計(jì)比較準(zhǔn)確,但隨著溫度變化、蓄電池的老化,估計(jì)的誤差會(huì)變得非常大。從有關(guān)論文和試驗(yàn)來(lái)看鉛酸電動(dòng)勢(shì)變換大概有以下趨勢(shì):(1)電動(dòng)勢(shì)隨著放電過(guò)程的進(jìn)行而降低,并且對(duì)放電電流下,電動(dòng)勢(shì)的下降速度是不同的,這個(gè)變化過(guò)程很復(fù)雜,很難用一條曲線描述。(2)鉛酸蓄電池的內(nèi)阻變化狀況和它的電動(dòng)勢(shì)變化類似,也是隨著放電阻增加。變化過(guò)程也十分復(fù)雜,在不同的電流下的變化也是非常復(fù)雜的。(3)鉛酸蓄電池的電容隨著放電的變化趨勢(shì),以及鉛酸蓄電池的剩余容量變化趨勢(shì),都呈現(xiàn)出不規(guī)則的狀態(tài)。因此,對(duì)鉛酸蓄電池的內(nèi)部以及確定蓄電池的剩余容量、確定充放電的上下限比較困難。在艦船中,由于不能正確估計(jì)蓄電池的剩余容量而導(dǎo)致蓄電池造成損害,使得蓄電池低,壽命大大減少。2.內(nèi)阻法:在船船放電時(shí)的放電內(nèi)阻,比船即通過(guò)檢測(cè)開(kāi)路電壓來(lái)得到剩余容量的大小。因?yàn)殂U酸蓄電池的剩余容量與它的開(kāi)路電壓有一定的正比關(guān)系,通過(guò)檢測(cè)開(kāi)路電壓就能夠直接得到剩余容量的大小,船用蓄電池要求在充放電過(guò)程中也能準(zhǔn)確的顯示剩余容量,而充放電進(jìn)行的過(guò)程中開(kāi)路電壓是無(wú)法檢測(cè)到的。雖然這種方法能夠直接比較準(zhǔn)確的得到剩余容量的百分比數(shù),但由于額定容量絕對(duì)值是隨著溫度、電池退化等因素變化使得這種方法一般用于UPS蓄電池。即檢測(cè)鉛酸蓄電池在恒流放電時(shí)的端電壓。這種方法比較準(zhǔn)確,但艦船在行駛的過(guò)程中是變負(fù)載的,鉛酸蓄電池的放電電流不是恒定的。這種方法不太適合船用蓄電池的容量檢測(cè)。通過(guò)計(jì)算鉛酸蓄電池的內(nèi)阻來(lái)推算剩余容量。這種方法實(shí)現(xiàn)比較困難,因?yàn)殡姵氐墓ぷ鳁l件對(duì)電池的內(nèi)阻影響很大,內(nèi)阻的計(jì)算需要考慮電動(dòng)勢(shì)的大小、端電壓、放電電流值,在船的實(shí)際行駛的過(guò)程中,電流的變化是相當(dāng)復(fù)雜的,計(jì)算起來(lái)比較復(fù)雜。另外,在放電的初期內(nèi)阻隨放電率的變化并不明顯,即在電池放電的前期,應(yīng)用內(nèi)阻法是不準(zhǔn)確的。內(nèi)阻法也不太適合船用蓄電池的容量檢測(cè)。即檢測(cè)鉛酸蓄電池中溶液的密度,因?yàn)殂U酸蓄電池的剩余容量跟它的電解液密度有一定的關(guān)系,通過(guò)測(cè)量電解液密度來(lái)得到剩余容量,這種方法準(zhǔn)確可靠,特別適合于船用鉛酸蓄電池的容量檢測(cè)。上面介紹了鉛酸蓄電池容量計(jì)算的幾種常用方法,由于不同蓄電池的特性不同,應(yīng)根據(jù)電解液密度與容量的關(guān)系,間接測(cè)量蓄電池的容量。由于蓄電池的實(shí)際容量受很多因素的影