鉛酸蓄電池可用容量分析方法研究

彭 澎，司鳳榮

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鉛酸蓄電池可用容量分析方法研究

彭 澎，司鳳榮

（武漢船用電力推進(jìn)裝置研究所，武漢 430064）

為了準(zhǔn)確地了解鉛酸蓄電池的可用容量，研究了電解液密度與蓄電池可用容量的關(guān)系。制作樣品電池，進(jìn)行了各種倍率放電試驗(yàn)，對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析研究。結(jié)果表明蓄電池放電容量、可用容量與蓄電池電解液密度之間均存在線性關(guān)系。因此，通過分析蓄電池電解液密度可以準(zhǔn)確判斷蓄電池可用容量，并可用過渡法對(duì)蓄電池不規(guī)律放電時(shí)的可用容量進(jìn)行分析判斷。

鉛酸蓄電池 可用容量 電解液密度

0 引言

鉛酸蓄電池容量是指蓄電池在一定條件下放出的電量，單位為Ah。富液式鉛酸蓄電池容量按倍率或時(shí)率來劃分。各倍率容量有一定差別，最大差別接近2倍。

蓄電池充足電后恒流放電能放出各倍率額定容量。但在實(shí)際使用中，蓄電池放電是不規(guī)律的，放電電流隨負(fù)載功率變化而變化，放出的容量與恒流放電容量有差別，其可用容量即剩余多少容量可用無法判斷，使用設(shè)備如電動(dòng)汽車還能運(yùn)行多久就無法判斷。需要尋找規(guī)律，找出蓄電池可用容量分析判斷方法。

1 電化當(dāng)量

法拉第定律指出，通過電極上的電量與參加反應(yīng)的物質(zhì)量成正比。每克當(dāng)量物質(zhì)參加化學(xué)反應(yīng)時(shí)，將產(chǎn)生1法拉第電量。電極上通過單位電量時(shí)，在電極上參與化學(xué)反應(yīng)的物質(zhì)的量，稱為電化當(dāng)量，單位g/Ah。

鉛酸蓄電池的成流反應(yīng)式為:

鉛酸蓄電池參與反應(yīng)的放電物質(zhì)分別是PbO2、Pb、和純H2SO4，它們的電化當(dāng)量分別為4.46 g/Ah、3.864.46 g/Ah、和3.664.46 g/Ah。富液式鉛酸蓄電池在放電過程中PbO2和Pb的濃度沒法測量，但H2SO4電解液的密度卻是可以測量的。放電過程中H2SO4電解液消耗，濃度降低，蓄電池放電量和硫酸密度應(yīng)該有一定關(guān)系。

純H2SO4的電化當(dāng)量為3.66 g/Ah。在蓄電池充放電工作過程中硫酸電解液的密度會(huì)發(fā)生變化。將電化當(dāng)量進(jìn)行單位轉(zhuǎn)化，硫酸電解液的電化當(dāng)量（Ah/L）見表1。

另一方面,要證clcsX{A}?,由為(csX,τ)中的閉集,又只需證明A=clX(∪)∈即可。反設(shè)clX(∪)?,即clX(∪)∈csX,由csX∈τ,存在O∈O(X)使得csX=csO。于是clX(∪)∈csO,從而clX(∪)∩O≠?,易證(∪)∩O≠?,故存在B∈使得B∩O≠?。由B∈csX,B∈csO,又csX=csO,B∈csX這與B∈矛盾。

通過直線擬合發(fā)現(xiàn)硫酸溶液的電化當(dāng)量與其密度成線性關(guān)系。擬合度R>0.9999。

電化當(dāng)量與蓄電池容量直接相關(guān)，因此可以初步推斷，蓄電池容量和硫酸電解液密度之間存在一定規(guī)律。按此方向進(jìn)行相關(guān)實(shí)驗(yàn)研究。

表1 硫酸溶液的電化當(dāng)量

2 試驗(yàn)

制造蓄電池試樣，進(jìn)行各種倍率恒流放電，記錄放電過程中放電時(shí)間、放出容量與對(duì)應(yīng)硫酸電解液密度。

將蓄電池額定容量減去已放出容量，剩下值為可用容量。

不同規(guī)格的蓄電池容量是不同的，因此計(jì)算放出容量占額定容量百分比、可用容量占額定容量百分比來進(jìn)行分析。

將蓄電池放電時(shí)間、放出容量百分比、可用容量百分比、對(duì)應(yīng)電解液密度記錄在表2~表5中。

表2 蓄電池7I10放電數(shù)據(jù)

表3 蓄電池3I10放電數(shù)據(jù)

表4 蓄電池1I10放電數(shù)據(jù)

表5 蓄電池0.25I10放電數(shù)據(jù)

司家營鐵礦出露地層以前震旦巖系、震旦系和第四系為主。前震旦系(Ar)地層構(gòu)成本區(qū)古老的結(jié)晶基底，主要由一套變質(zhì)程度較淺、巖性較簡單的變粒巖類、片巖類和石英巖類等組成，混合巖化弱而普遍。震旦系(Z)地層主要為大洪峪組石英砂巖和少量的含燧石條帶白云巖及燧石巖。第四系(Q)地層分布廣泛。

3 結(jié)果

對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)蓄電池放電時(shí)間和對(duì)應(yīng)硫酸電解液密度之間存在線性關(guān)系。見圖1~圖4所示。

由于是恒流放電，放電容量與放電時(shí)間成正比，因此可以推定蓄電池放電容量和電解液密度之間存在線性關(guān)系。

圖1 蓄電池7I10放電密度變化曲線

圖2蓄電池3I10放電密度變化曲線

圖3蓄電池I10放電密度變化曲線

圖4 蓄電池0.25I10放電密度變化曲線

進(jìn)一步分析可用容量和對(duì)應(yīng)硫酸電解液密度之間的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)二者之間同樣存在線性關(guān)系。具體見圖5~圖8所示。

4 討論

由此可以判定鉛酸蓄電池恒流放電可用容量與硫酸電解液密度之間存在線性關(guān)系。因此可以通過蓄電池電解液密度來判斷蓄電池繼續(xù)進(jìn)行某倍率恒流放電的可用容量。主要原因就是因?yàn)樾铍姵厝萘颗c硫酸電化當(dāng)量之間存在線性關(guān)系，前面已經(jīng)進(jìn)行了分析，在此不用贅述。

圖5 蓄電池7I10放電可用容量隨密度變化曲線

圖6 蓄電池3I10放電可用容量隨密度變化曲線

圖7 蓄電池I10放電可用容量隨密度變化曲線

圖8 蓄電池0.25I10放電可用容量隨密度變化曲線

對(duì)于蓄電池不規(guī)律放電，可用容量可以通過恒流放電進(jìn)行過渡分析。

蓄電池在實(shí)際使用中放電是不規(guī)律的，即不進(jìn)行恒流放電。雖然其放電總量可以累計(jì)，但由于繼續(xù)放電時(shí)仍是不規(guī)律放電，蓄電池還可以放出多少容量無法判定或分析。在設(shè)備大功率工作時(shí)，蓄電池大電流放電，放電時(shí)間較短，由于極化原因電壓下降很快，無法繼續(xù)大電流放電。但是此時(shí)蓄電池電解液密度還較高，還可以用相對(duì)低的電流放電，設(shè)備可以小功率工作，蓄電池還有一定可用容量。

無規(guī)律的放電可以用規(guī)律放電來分析。變流放電容量可以通過恒流放電來進(jìn)行過渡分析。即大電流放電到一定電解液密度后，取此密度值在另一倍率放電的密度與容量關(guān)系圖上讀取縱坐標(biāo)值，即可知道用另一倍率電流放電的可用容量。

5 結(jié)束語

蓄電池可用容量和蓄電池電解液密度之間存在線性關(guān)系，通過蓄電池電解液密度來判斷蓄電池可用容量是可行的，也是科學(xué)的。

[1] 桂長清等. 實(shí)用蓄電池手冊(cè)[M]. 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社, 2010.

How to Judge the Remained Capacity of the Lead-acid Batteries

Peng Peng, Si Fengrong

(Wuhan Institute of Marine Electric Propulsion, Wuhan 430064, China)

TM912

A

1003-4862（2015）02-0006-03

2014-03-17

彭澎（1969-），男，碩士，高級(jí)工程師。研究方向：鉛酸蓄電池。