鉛酸蓄電池的電性能用下列參數(shù)量度:電池電動勢、開路電壓、終止電壓、工作電壓、放電電流、容量、電池內(nèi)阻、儲存性能、使用壽命(浮充壽命、充放電循環(huán)壽命)等。
1、電池電動勢、開路電壓、工作電壓
當(dāng)
蓄電池用導(dǎo)體在外部接通時,正極和負(fù)極的電化反應(yīng)自發(fā)地進行,倘若電池中電能與化學(xué)能轉(zhuǎn)換達(dá)到平衡時,正極的平衡電極電勢與負(fù)極平衡電極電勢的差值,便是電池電動勢,它在數(shù)值上等于達(dá)到穩(wěn)定值時的開路電壓。電動勢與單位電量的乘積,表示單位電量所能作的最大電功。但電池電動熱與開路電壓意義不同:電動勢可依據(jù)電池中的反應(yīng)利用熱力學(xué)計算或通過測量計算,有明確的物理意義。后者只在數(shù)字上近于電動勢,需視電池的可逆程度而定。
電池在開路狀態(tài)下的端電壓稱為開路電壓。電池的開路電壓等于電池正極電極電勢與負(fù)極電極電勢之差。
電池工作電壓是指電池有電流通過(閉路)的端電壓。在電池放電初始的工作電壓稱為初始電壓。電池在接通負(fù)載后,由于歐姆電阻和極化過電位的存在,電池的工作電壓低于開路電壓。
2、容量
電池容量是指電池儲存電量的數(shù)量,以符號C表示。常用的單位為安培小時,簡稱安時(Ah)或毫安時(mAh)。
電池的容量可以分為額定容量(標(biāo)稱容量)、實際容量。
?。?)額定容量
額定容量是電池規(guī)定在在25℃環(huán)境溫度下,以10小時率電流放電,應(yīng)該放出最低限度的電量(Ah)。
a、放電率。放電率是針對蓄電池放電電流大小,分為時間率和電流率。
放電時間率指在一定放電條件下,放電至放電終了電壓的時間長短。依據(jù)IEC標(biāo)準(zhǔn),放電時間率有20,10,5,3,1,0.5小時率及分鐘率,分別表示為:20Hr,10Hr,5Hr,3Hr,2Hr,1Hr,0.5Hr等。
b、放電終止電壓。鉛蓄電池以一定的放電率在25℃環(huán)境溫度下放電至能再反復(fù)充電使用的最低電壓稱為放電終了電壓。大多數(shù)固定型電池規(guī)定以10Hr放電時(25℃)終止電壓為1.8V/只。終止電壓值視放電速率和需要而夫定。通常,為使電池安全運行,小于10Hr的小電流放電,終止電壓取值稍高,大于10Hr的大電流放電,終止電壓取值稍低。在通信電源系統(tǒng)中,蓄電池放電的終止電壓,由通信設(shè)備對基礎(chǔ)電壓要求而定。
放電電流率是為了比較標(biāo)稱容量不同的蓄電池放電電流大小而設(shè)立的,通常以10小時率電流為標(biāo)準(zhǔn),用I10表示,3小時率及1小時率放電電流則分別以I3、I1表示。
c、額定容量。固定鉛酸蓄電池規(guī)定在25℃環(huán)境下,以10小時率電流放電至終了電壓所能達(dá)到的額定容量。10小時率額定容量用C10表示。10小時率的電流值為
其它小時率下容量表示方法為:
3小時率容量(Ah)用C3表示,在25℃環(huán)境溫度下實測容量(Ah)是放電電流與放電時間(h)的乘積,閥控鉛酸固定型電池C3和I3值應(yīng)該為
C3=0.75C10(Ah)
I3=2.5I10(h)
1小時定容量(Ah)用C1表示,實測C1和I1值應(yīng)為
C1=0.55C10(Ah)
I1=5.5I10(h)
(2)實際容量
實際容量是指電池在一定條件下所能輸出的電量。它等于放電電流與放電時間的乘積,單位為Ah。
3、內(nèi)阻
電池內(nèi)阻包括歐姆內(nèi)阻和極化內(nèi)阻,極化內(nèi)阻又包括電化學(xué)極化與濃差極化。內(nèi)阻的存在,使電池放電時的端電壓低于電池電動勢和開路電壓,充電時端電壓高于電動勢和開路電壓。電池的內(nèi)阻不是常數(shù),在充放電過程中隨時間不斷變化,因為活性物質(zhì)的組成、電解液濃度和溫度都在不斷地改變。
歐姆電阻遵守歐姆定律;極化電阻隨電流密度增加而增大,但不是線性關(guān)系,常隨電流密度的對數(shù)增大而線性增大。
4、循環(huán)壽命
蓄電池經(jīng)歷一次充電和放電,稱為一次循環(huán)(一個周期)。在一定放電條件下,電池工作至某一容量規(guī)定值之前,電池所能承受的循環(huán)次數(shù),稱為循環(huán)壽命。
各種蓄電池使用循環(huán)次數(shù)都有差異,傳統(tǒng)固定型鉛酸電池約為500~600次,起動型鉛酸電池約為300~500次。閥控式密封鉛酸電池循環(huán)壽命為1000~1200次。影響循環(huán)壽命的因素一是廠家產(chǎn)品的性能,二是維護工作的質(zhì)量。固定型鉛電池用壽命,還可以用浮充壽命(年)來衡量,閥控式密封鉛酸電池浮充壽命在10年以上。
對于起動型鉛酸蓄電池,按我國機電部頒標(biāo)準(zhǔn),采用過充電耐久能力及循環(huán)耐久能力單元數(shù)來表示壽命,而不采用循環(huán)次數(shù)表示壽命。即過充電單元數(shù)應(yīng)在4以上,循環(huán)耐久能力單元數(shù)應(yīng)在3以上。
5、能量
電池的能量是指在一定放電制度下,蓄電池所能給出的電能,通常用瓦時(Wh)表示。
電池的能量分為理論能量和實際能量。理論能量W理可用理論容量和電動勢(E)的乘積表示,即
W理=C理E
電池的實際能量為一定放電條件下的實際容量C實與平均工作電壓U平的乘積,即
W實=C實U平
常用比能量來比較不同的電池系統(tǒng)。比能量是指電池單位質(zhì)量或單位體積所能輸出的電能,單位分別是Wh/kg或Wh/L。
比能量有理論比能量和實際比能量之分。前者指1kg電池反應(yīng)物質(zhì)完全放電時理論上所能輸出的能量。實際比能量為1kg電池反應(yīng)物質(zhì)所能輸出的實際能量。
由于各種因素的影響,電池的實際比能量遠(yuǎn)小于理論比能量。實際比能量和理論比能量的關(guān)系可表示如下:
W實=W理?KV?KR?Km
式中KV—電壓效率;KR—反應(yīng)效率;Km—質(zhì)量效率。
電壓效率是指電池的工作電壓與電動勢的比值。電池放電時,由于電化學(xué)極化、濃差極化和歐姆壓降,工作電壓小于電動勢。
反應(yīng)效率表示活性物質(zhì)的利用率。
電池的比能量是綜合性指標(biāo),它反映了電池的質(zhì)量水平,也表明生產(chǎn)廠家的技術(shù)和管理水平。
6、儲存性能
蓄電池在貯存期間,由于電池內(nèi)存在雜質(zhì),如正電性的金屬離子,這些雜質(zhì)可與負(fù)極活性物質(zhì)組成微電池,發(fā)生負(fù)極金屬溶解和氫氣的析出。又如溶液中及從正極板柵溶解的雜質(zhì),若其標(biāo)準(zhǔn)電極電位介于正極和負(fù)極標(biāo)準(zhǔn)電極電位之間,則會被正極氧化,又會被負(fù)極還原。所以有害雜質(zhì)的存在,使正極和負(fù)極活性物質(zhì)逐漸被消耗,而造成電池喪失容量,這種現(xiàn)象稱為自放電。
電池自放電率用單位時間內(nèi)容量降低的百分?jǐn)?shù)表示:即用電池貯存前(C10’)(C10”)容量差值和貯存時間T(天、月)的容量百分?jǐn)?shù)表示。