蓄電池基本理論

一、基本概念：

1、電池電壓：

a、開路電壓：電池在開路狀態(tài)下的端電壓。

b、工作電壓：電池接通負荷后在放電過程中顯示的電壓。工作電壓與放電條件有關(guān)，放電電流越大，工作電壓越低;溫度越低，工作電壓越低。

2、電池的容量：

a、電池的理論容量：活性物質(zhì)按法拉第定律計算而得的最高理論值。

b、電池的實際容量：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:AH。

c、電池的額定容量：按國家或有關(guān)部門頒布的標準，保證電池在一定條件下的最低限度的容量。

正常情況下，三者的關(guān)系是：理論容量〉實際容量〉額定容量.

3、電池的內(nèi)阻：

電流通過電池的內(nèi)部時受到阻力，使電池的電壓降低。電池的阻不是常數(shù)，因為活性物質(zhì)的組成、電解液溫度和濃度都在不斷的變化。內(nèi)阻可分為歐姆內(nèi)阻和極化阻，歐姆內(nèi)阻符合歐姆定律;極化電阻隨著放電流的增大而增大，但不是直線關(guān)系而是對數(shù)關(guān)系。

4、正極活性物質(zhì)：

正極活性物質(zhì)有α-PbO2和β-PbO2兩種晶型。β-PbO2具有較高的活性及利用率。α-PbO2具有較好的機械強度和較大的尺寸。當(dāng)α-PbO2/β-PbO2為0.8時，電池具有最好的深放電能力。

二、蓄電池的相關(guān)因素

1、電池的容量

蓄電池在一定放電條件下所能給出的電量稱為蓄電他的容量，常用C表示。然而，蓄電池作為電源，由于其端電壓是一個變值，選用Ah表示蓄電池的電源特性則更為準確。

理論上，可以趨于無窮大，但實際上當(dāng)蓄電池放電電壓低于終止電壓時如果仍繼續(xù)放電，這可能會損壞蓄電池，故對t值有所限制。

在蓄電池行業(yè)中，以小時或分表示蓄電池可持續(xù)放電的時間，常見的有C24 、C20、、C10、C 8、、C 3 、C1等標稱容量值。

蓄電池容量可分為理論容量、額定容量和實際容量三種。理論容量是把活性物質(zhì)的質(zhì)量按法拉策定律計算而得到的最高理論值。實際容量是指蓄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，其值小于理論容量。額定容量也稱為標稱容量或保證容量，是按國家或有關(guān)部門頒發(fā)的標準，保證蓄電池在一定的放電條件下應(yīng)該放出的最低限度的容量。固定型閥控式鉛酸蓄電池一般采用10小時率手放出的容量作為蓄電池的額定容量，并用來標定蓄電池的型號。

陽光10小時率蓄電池的標稱容量是電池在5℃~35℃時，按0.1C電流放電至1.8V/單格時的10小時率放電容量。 湯淺蓄電池 10小時率蓄電池的標稱容量是電池在5℃~35℃時，按0.1C電流放電至1.8V/單格時的10小時率放電容量。相應(yīng)的20小時率蓄電池的額定容量是在 5℃~35℃時，按0.05C電流放電至1.8V/單格時的20小時率放電容量。

從上面的定義中可以看出，電池的容量和溫度、放電電流、放電時間、終止電壓、內(nèi)阻、充電電壓等因素有關(guān)。

溫度越高，電池內(nèi)的化學(xué)反應(yīng)相應(yīng)變快，電池容量增加，反之電池容量減小。

放電容量隨放電電流(放電率)大小變化而變化，放電電流越小，放電容量越大;放電電流越大，放電容量越小。但是電池不容許長時間小電流放電，否則極板容易形成較致密的硫酸鉛層即極板硫化，故小電流放電時，一要控制時間，二要提高終止電壓，以保護電池;相應(yīng)的大電池放電時，終止電壓相對較低。所謂終止電壓指蓄電池低于這一規(guī)定的電壓時蓄電池就無法正常工作的電壓。換言之，蓄電池在低于終止電壓的情況下繼續(xù)放電使用，可能會造成蓄電池永久性損壞。

放電容量和放電時間也有關(guān)系，當(dāng)放電時間大于該電池相應(yīng)的標稱時間時，放電容量大于標稱容量，相反則是小于標稱容量。

為了比較不同系列蓄電池，常用比容量的概念，即電位體積或單位質(zhì)量蓄電池所能給出的電量，分別稱為體積比容量和重量比容量，其單位分別為Ah/L(安時/升)或Ah/kg (安時/千克)。

在衡量蓄電池的指標中，蓄電他的額定電壓和額定容量是兩個最常用的技術(shù)指標。例如，如德國Sonnenschein A412/100A的額定電壓為12V，德國Sonnenschein A602/3000的額定電壓為2V。

2、電池的電壓

陽光電池的稱標電壓有2V、12V，電池的最基本的單元是2V。

蓄電池的開路電壓是指蓄電池在開路狀態(tài)下的端電壓。它等于蓄電池在斷路時(即沒有電流通過兩極時)蓄電池的正極電位與負極電位之差。

充電電壓是指蓄電池在充電時外電源加在其兩端的電壓。陽光A400系列的充電電壓是2.27V，A600系列的充電電壓是2.25V，理論上達到相應(yīng)的電壓時，電池才是滿容量的。

蓄電池放電電壓又稱為蓄電他的工作電壓或負荷電壓，是指蓄電池在放電時其兩端的電壓， 放電終止電壓是蓄電池放電時電壓下降到不能再繼續(xù)放電的最低工作電壓，一般規(guī)定固定型免維護蓄電池10小時率放電時單體蓄電池放電的終止電壓為1.8v(相對于單體2V蓄電池)。

3、充電

蓄電池充電有三種方式即浮充、均充、恒流。下面列出的充電參數(shù)均在溫度5℃~35℃前提下，超出此范圍有溫度補償，具體補償系數(shù)后面有講。(以下10小時率電池為例，20小時率電池的限流相應(yīng)調(diào)為0.05CA)

浮充：恒壓(湯淺2.23V)、限流(標稱是0.1CA或0.25CA)、不限時

用該充電方式24小時可充滿電池?；虺潆婋娏?00mA時表示電池充滿。

均充：恒壓(一般設(shè)為2.35V或2.4V)、限流(標稱是0.1CA或0.25CA)、限時(設(shè)為10H或8H，或根據(jù)電池的實際情況設(shè)置)，長期均充會使電池過充電。

恒流：恒流(0.25CA)、不限壓、限時(因為不限壓，故在充電時需有人值班，檢查溫度，當(dāng)溫度升高時就得停止充電)

用恒流充電的一般是在實驗試里，最省時，但一定得有人值班，實際操作中，我們一般用均充、浮充配合充電或只用浮充。

電池充電時，特別注意設(shè)置充電的參數(shù)，如電壓，在環(huán)境溫度在5℃~35℃范圍內(nèi)時，電壓的設(shè)置最好用標稱設(shè)置，以免電池過充或欠充，減短電池的使用壽命。

充電時，發(fā)現(xiàn)充電時電池電壓高到不正常的范圍，則可能會有如下原因：

一)、先查看一下充電電壓，看是否設(shè)置的電壓過高;

二)、檢查外觀，看其是否有磕壞的退跡，因為電池可能會因為有過磕碰而造成內(nèi)部電池開路;

三、須確認出現(xiàn)問題的是第幾次充電，如是第一次而充電電壓設(shè)置正確，外觀也是完好的，則可能是電池的質(zhì)量問題;要是不是第一次，而前面充電時是正常的，那么有可能是該次充電時操作失誤，造成電池內(nèi)部發(fā)生短路。

4、放電

10小時率蓄電池的標稱放電容量是電池在5℃~35℃時，放電至1.8V/單格時的10小時率放電容量。相應(yīng)的20小時率蓄電池的標稱放電容量是在相同的條件下放電20小時。

放電一般有兩個目的，一是測試電池容量，二是給電池作激活。

電池測試容量時，一般是充好電后，按標稱的參數(shù)放電，來測試電池是否滿容量。測試電池容量時，發(fā)現(xiàn)電池容量不足，或在充電時發(fā)現(xiàn)電充不進去，而造成的原因是極板被硫化的，則需要通過激活極板，來恢復(fù)電池容量。給長時間沒有使用也沒有維護而無法充電的電池做激活時，因極板硫化，小電流無法激活極板，需要先深度放電，加大電池電壓和充電電壓的電壓差，再用大電流沖擊，以激活極板，這種深放電不需要按標稱放電，可用大電流短時間放電，注意不要過放電。

給電池做激活可通過上面講的反復(fù)充、放電的方式。

5、內(nèi)阻、自放電

電池都有內(nèi)阻(單位為mΩ)，是指電流通過蓄電池內(nèi)部時受到的阻力，他包括歐姆內(nèi)阻和極化內(nèi)阻，極化內(nèi)阻又包括電化學(xué)極化內(nèi)阻和濃差極化內(nèi)阻等。由于內(nèi)阻的存在，蓄電他的工作電壓總是小于蓄電他的開路電壓或電動勢。歐姆內(nèi)阻是由蓄電池構(gòu)件(如極板柵、活性物質(zhì)、隔膜和電解液等)產(chǎn)生的，雖遵循歐姆定律，但也隨蓄電池荷電狀態(tài)而改變。而極化內(nèi)阻則隨電流密度增加而增大，但不是線性關(guān)系。內(nèi)阻的大小是衡量一個電池質(zhì)量很重要的參數(shù)，其因電池極板、電解液的材質(zhì)和工藝等的不同而不同，材質(zhì)內(nèi)的雜質(zhì)越少，工藝越好，內(nèi)阻值也越小。內(nèi)阻值越小，自放電電流也越小，電池的容量越大，因為材質(zhì)內(nèi)的雜質(zhì)會和極板上的活性物質(zhì)反應(yīng)，減少極板上的活性物質(zhì)，從而影響電池容量。

質(zhì)量好的蓄電池和質(zhì)量差的蓄電池在內(nèi)阻上差別很大。質(zhì)量好的蓄電池之所以能持續(xù)大電流放電，就是因為其內(nèi)阻很小，而質(zhì)量差的蓄電池則不然。

蓄電池的自放電是指在電池極板、電解液中的雜質(zhì)，在正負極板間形成了一個回路，這個回路就是自放電。它是蓄電池在開路擱置時的現(xiàn)象。蓄電池發(fā)生自放電將直接減少蓄電池可輸出的電量，使蓄電池容量降低。自放電的產(chǎn)生主要是由于電極在電解液中處于熱力學(xué)的不穩(wěn)定狀態(tài)，蓄電池的兩個電極各自發(fā)生氧化、還原反應(yīng)的結(jié)果。蓄電池的自放電速率的大小是由動力學(xué)因素決定的，主要取決于電極材料的特性、表面狀態(tài)以及電解液的組成、濃度和雜質(zhì)含量等，液取決于擱置的環(huán)境條件，如溫度和濕度等因素。

自放電大，內(nèi)阻增加，造成容量不足。這反應(yīng)在電池的儲存期上是最明顯了。

6、電池的均一性

電池的均一性是指一組電池內(nèi)單個電池電壓的存在范圍。

當(dāng)電池放置了一段時間后，均一性會變差，無法滿足對均一性要求高的行業(yè)，需要進行激活，這是因為每個電池的內(nèi)阻不同，自放電也不同，使其放置后的容量不同，而反應(yīng)容量的是它的電壓，每個電池電壓差越大，均一性也越差。

行業(yè)間對所需電池的均一性要求不同，如電力系統(tǒng)，它對電池均一性的要求是，在不充電的情況下電壓差100mV;在充電的情況下電壓差50 mV。而電信系統(tǒng)則是在不充電的情況下電壓差50mV;在充電的情況下電壓差30 mV。與UPS配套的電池沒有明確的均一性要求。

對均一性要求高的行業(yè)，盡量采用同一批號的電池，以保證其均一性，因為不同的批號會因材料的配置、工藝的誤差，而使其均一性沒有同一批號的電池均一性好

7、溫度

電池?zé)o論是容量、充電、放電、儲存期、壽命等，都和環(huán)境溫度很有大的關(guān)系，溫度影響著和電池相關(guān)的每一個參數(shù)。

電池的溫度要求是5℃~35℃，超出這個范圍，溫度越高，電池內(nèi)的化學(xué)反應(yīng)越快，容量越大，同時也加快了極板的老化，減短了電池的壽命。

溫度和充電：充電時標稱溫度范圍是5℃~35℃，超過這個范圍，需要一個溫度補償系數(shù)，每升溫1度每2V的充電電壓下調(diào)3mV;相反，每降溫1度每2V的充電電壓上調(diào)3mV，要是不做相應(yīng)的調(diào)整也會造成欠充電。

溫度和儲存期：電池儲存的溫度要求最嚴，是定在25℃，溫度每升高10℃，電池的儲存期減半，相反溫度下降時，儲存期也相應(yīng)增加。這是因為溫度越高，自放電越大，內(nèi)阻增加，造成儲存容量不足。

8、壽命

電池的壽命分為設(shè)計壽命和循環(huán)壽命。電池的使用壽命和它在使用中操作是否正確，是否有維護，以及它所處環(huán)境溫度等都有關(guān)系。

設(shè)計壽命則是指從電池出廠開始計算，一般有5年、10年、15年等，就算電池生產(chǎn)后沒有使用過，到了這個年限就報廢了，而不是從用戶開始使用時計算。循環(huán)壽命又稱為使用周期，是指在一定的放電條件下蓄電池容量下降到某—規(guī)定值前所經(jīng)歷的充放電次數(shù)。電池的設(shè)計壽命還有一種計算方式是電池的放電次數(shù)，電池的深循環(huán)次數(shù)是400次，或50%循環(huán)1200至2000次，只要達到這個數(shù)字，不管它的年限是否到了，該電池就得報廢了。所以我們給客戶配電池時，要放約 30%的余量，避免客戶在使用中造成深循環(huán)，使實際放電量控制在電池容量的70%左右，最好是50%。

三、日常維護與操作

● 放電

(1)終止電壓如下表，請注意不要使蓄電池的端子電壓低于此值。低于此值時電池就造成電池過放電，否則電池便受到損害。

(2)放電后不要放置，請立即充電。不小心過放電后，也請立即充電。

(3)電池放電時請在-15～45℃的環(huán)境下進行。

(4)最大允許放電電流為6CA，放電5秒以下，不要超過這個值，否則有可能損壞電池。

放電電流的大小與放電終止

電壓的關(guān)系：

放電電流(A) 單體放電終止電壓(V)

0.1C10以下或間歇放電 1.90

0.1C10或近似電流 1.80

0.16C10或近似電流 1.75

0.23C10或近似電流 1.70

注：“C10”是10小時率容量值。

●充電

(1)浮充

浮充電壓一直加在電池端子上，電壓值過高或過低對電池的影響如下：

長時間過高(過充電)：縮短壽命。

長時間過低(充電不足)：鶴悴渙爍涸鼗蚴溝緋氐繆共灰恢攏從而使電池整組容量下降，壽命縮短。

(2)恢復(fù)充電

A、回復(fù)充電最好按浮動充電來實行，如果采用均充轉(zhuǎn)浮充方法，側(cè)均充電流到達1%C10時轉(zhuǎn)為浮充電，并且均充時間不能設(shè)定;

B、充電初期的電流沒有特別規(guī)定，但最好限制在0.1C～0.3C安培充電，能在25℃24小時以內(nèi)充入放電量的100%以上。

C、要使其完全恢復(fù)(充電量至放電量的大約105%)，有必要在達到設(shè)定電壓后繼續(xù)充電24小時以上。

(3)溫度補償

當(dāng)溫度偏離25℃時，請按每變化1℃，以-3mv/單格進行修正。

(4)均衡充電

均衡充電時，使用的均充電壓為2.30-2.35V/單格。

(5)電池充電時注意事項

A、如果設(shè)定的充電電壓超過2.23V/單體，充電末期充電電流超過0.05C，會對蓄電池的外觀、性能、壽命等造成永久的劣化，所以請?zhí)貏e注意充電電壓。

B、請使用有電流下降特性的定電壓充電裝置、且充電電壓精度為±2%以內(nèi)(負載變動0～100%時)的充電器。

C、浮動充電電壓在一般室內(nèi)使用溫度(5℃～35℃)時為2.23V/單體，但長時間低溫或高溫等特殊環(huán)境下使用時，以25℃為基點，對充電電壓按 -3mV/℃ 單體進行修正較為合適。這是為防止低溫時回復(fù)充電時間的加長及高溫時過充電造成電池的劣化。特別是將蓄電池裝入電池箱內(nèi)時，電池箱內(nèi)蓄電池的周圍溫度有可能超過35℃時，為防止蓄電池的過熱腐蝕，請進行溫度調(diào)節(jié)或者給充電器增加保護機能，以使溫度升到55℃時將充電電壓下降到2.11V/單體。有關(guān)溫度修正的詳細情況，請與制造廠家聯(lián)系。

D、充電請在環(huán)境溫度-15℃～+45℃范圍內(nèi)進行。