铅酸蓄电池的容量

每天学一点网页图书馆 铅酸蓄电池的容量 （一）电池的容量和活性物质的利用率 在一定的放电条件下,可以从电池中获得的电量称为电池的容量, 以符号 C表示,单位是 W·h或 A·h,W·h表示电池做功的能力,A·h表示 电池输出的电量｡铅酸蓄电池的容量愈大,该电池能输出的电量就愈 多,做功的能力也愈强｡ 电池的容量可分为理论容量､额定容量､实际容量｡相对应的电池 比容量也有理论比容量､额定比容量､实际比容量｡理论容量是依据活 性物质的量按法拉第定律计算求得的极板上活性物质全部用于放电 时的电量,实际上是不可能的;额定容量(也称标称容量或保证容量)是 指国家或有关部门颁布的标准,保证电池在一定放电条件下应该放出 的最低容量;实际容量总低于理论容量,因为不可能全部的活性物质都 参与反应｡ 实际容量等于放电电流与放电时间的乘积,计算公式为: C=∫t0I(t)dt 式中,C 为电池输出的容量(A·h)｡蓄电池用恒定电流进行放电是 实验室放电的主要方式,上式可简化为： C=It 第第 1 1 页页共共 10 10页页 每天学一点网页图书馆 由于各种原因,限制电极活性物质不能够百分之百地放电,例如前 面的终止电压｡当电池的输出电压降到最低工作电压,电压再降低,用 电器就不再工作,蓄电池要及时充电｡这就说明电极上的活性物质没 有全放电,利用率没有达到 100%｡活性物质的利用率还和放电条件､ 温度和放电电流的大小有关｡电极活性物质利用率为电极实际放出的 容量占电极的理论容量的百分比｡为了对不同大小的电池进行比较, 引入比容量的概念,有质量比容量和体积比容量｡ 一般电池的输出能量用下列方程式表述: E=∫t0U(t)I(t)dt 式中,E 为电池输出的能量(W·h);U 为电压(V);I 为放电电流(A);t 为放电时间(h)｡ 电池的输出能量也可表示为容量与平均电压的乘积｡ （二）影响铅酸蓄电池实际容量的因素和提高方法 1.影响因素影响铅酸蓄电池实际容量的因素如下｡ (1)放电制度,指放电速率､放电形式､终止电压和温度,高速率和 低温环境下放电时,会减少电池输出的容量｡ (2)电极的结构,包括电池极板的高宽比例､厚度､空隙率和导电 栅网的形式｡ 第第 2 2 页页共共 10 10页页 每天学一点网页图书馆 (3)制造工艺,包括电池极板的铅膏配比､隔板的压缩比例､硫酸 电解液密度和初始充电制度等｡ (4)放电率,常用倍率和小时率表示｡小时率是以放电时间表示的 放电速率,即某电流放电至规定终止电压所经历的时间,假设某电池 额定容量是 20A·h,若在 20h 率的情况下放电,则电流应该为 10/20=0.5A｡倍率是指电池放电电流的数值为额定容量数值的倍数, 电池放电倍率越高,放电电流就越大,放电时间就越短,放出的相应容 量也就越少,例如放电电流表示为 0.1C,对于容量是 10A·h 的电池,则 放电电流为 0.1×10=1A,3C 就是以 3A 的电流放电｡下图为放电率对 蓄电池容量的影响,由曲线可以看出,随着 C/20 到 C/1 放电率的增大, 电池容量在减小｡ 第第 3 3 页页共共 10 10页页 每天学一点网页图书馆 (5)放电电流｡放电电流越大,蓄电池的容量就越低｡因为放电电 流越大,单位时间所消耗的硫酸越多｡极板空隙内由于硫酸消耗较快 造成空隙内电解液密度下降较快,故大电流放电时,极板表面活性物 质的空隙极易被生成的硫酸铅堵塞,使空隙内实际参加电化学反应的 活性物质的数量下降,随着放电电流的增大,蓄电池的容量减小｡因发 动机启动时属于大电流放电,如果长时间接通启动机,就会使蓄电池的 端电压急速下降至终止电压,输出容量减小,且使蓄电池过早损坏｡故 在使用启动机启动发动机时,一次启动时间不应超过 5s,连续两次启 动时间间隔 15s 以上,使电解液充分渗透到极板空隙内层,以提高极板 空隙内活性物质的利用率和再次启动的端电压,延长蓄电池的使用寿 命｡ (6)终止电压,指电池放电时电压下降到不能再继续放电时的最 低工作电压｡一般在高倍率､低温条件下放电时,终止电压要低一些｡ VRLA 电池 10h 率的终止电压为 1.8V/单体｡由于 VRLA 电池本身的特 性,即使放电的终止电压继续降低,电池也不会放出太多的电量,但是 终止电压过低会对电池造成损伤,会降低电池的使用寿命｡ (7)温度｡同一系列的电池,以相同的放电率在一定环境下进行放 电,放电容量随温度升高而升高,随温度降低而降低｡按国际标准,VRLA 电池放电时,若温度不是标准温度 25℃,则需要把实测容量换算成标 准温度的实际容量｡环境温度和电池容量关系的计算公式为： Ce=Cr/[1+k(T-25)] 第第 4 4 页页共共 10 10页页 每天学一点网页图书馆 式中,Ce 为标准温度下电池放电的容量;Cr 为非标准温度下电池 放电容量;T 为环境温度;k 为温度系数,10h 率容量实验时为 0.006℃ -1,3h 率容量实验时为 0.008℃-1,1h 率容量实验时为 0.01℃-1｡ 不断提高电池的比容量和比能量的措施如下: ①采用新型板栅合金材料或高强度的轻物质作为铅酸蓄电池的 板栅材料,以减小极板质量,如复合铅布板栅､铅网､泡沫铅､泡沫石墨 板栅等; ②采用新型结构设计,如水平式､双极性､卷绕式; ③采用新型添加剂和铅膏配方提高活性物质的利用率｡电解液温 度较低时,其黏度增大,致使渗透力下降､容量降低｡此外,温度越低,电 解液的溶解度与黏度也越低,则加剧了容量的下降｡温度每下降1℃,容 量下降约1%(小电流放电)或2%(大电流放电)｡因此,适当提高蓄电池 的温度,将有利于提高蓄电池的容量及启动性能｡在寒冷地区冬季启 动汽车时,低温和大电流放电是造成启动困难的原因之一｡ (8)电解液的相对密度｡适当地增加电解液的相对密度,可减小内 阻,有利于提高电解液的渗透能力,使蓄电池的容量增加｡但相对密度 较高时,由于电解液的黏度增加使内阻增加,引起渗透能力降低从而 导致容量下降｡此外,电解液相对密度较高时易造成极板硫化而导致 容量下降｡实践证明,电解液相对密度偏低,有利于提高放电电流和容 第第 5 5 页页共共 10 10页页 每天学一点网页图书馆 量,延长蓄电池的使用寿命｡故冬季在电解液不会结冰的前提下,也应 尽可能采用相对密度稍低的电解液｡ 2.提高实际电容量的方法 提高铅酸蓄电池的实际容量,主要采取以下措施｡ 1)增加活性物质量参加反应的活性物质量的多少与极板的厚度 有关,由于小电流长时间放电时,电解液能够渗透到极板深层的活性物 质空隙中,活性物质利用率高,放电容量就大｡相反,在短时间里,放电 电流过大,极板表面生成的硫酸铅容易堵塞活性物质的孔隙,导致极板 深层活性物质得不到电解液的及时补充而终止放电｡因此,采用大电 流短时间放电,放电容量取决于极板面积的大小｡ 2)改变活性物质空隙率活性物质中孔洞所占的总体积(容积)与 活性物质总体积(容积)之比,叫活性物质的空隙率(孔度)｡根据定义可 知,活性物质的空隙率越大,实际孔洞就越多,活性物质就越少｡虽然空 隙率越大,电解液与活性物质接触面积越大,电池放电量越大,但是因 为孔洞太多,活性物质