hoppecke对放电的说明1

3.10放电曲线（容量曲线）概述放电曲线因生产商的不同表述方式往往不同，然而对不同形式的单体和电极其共 同的因素是一个复合函数： 容量 放电时间 放电电流 放电电压图10:管状极板的铅酸蓄电池的放电曲线（牵引型：5PzS350,C5=350Ah）（摘自/1/:H.Kahlen Batterien,Vulkan-Verlag Essen 1992）.电流增加输出电容量下降. 图10和图4中的表达方式是类似的，其中包含不同电流负载下的曲线。放电时间 随电流的变化而变化。在X-轴上替换时间标注的是输出的电量。这些曲线虽然是描述牵引电池管状极板的（C=350Ah-C可以在5小时率曲线的x- 轴上找到），但也适用于固定型电池。在图10中清楚地看到：实际容量在大电流放电时降低，在小电流时有微小的提高 -这是以一定标称容量为基础的。图10中还可以看出：因酸密度减小，搁臵电压 连续下降。（牵引电池标称电液密度d=1.27kg/l时满充电状态下电压U =2.11V/ 单体）此书中的图表仅仅反映了部分数据。因而，若一些有用的数据不在表中时，也可 以用插入法（可能不精确）或由HP71（/6/ ）程序或曲线求得。HOPPECKE选择了一种放电曲线的特殊表述方式，它涉及各种类型极板的一个电极 对（正/负），对于一定尺寸的单体电池，须根据其极板对的数目进行外推。 放电曲线的阐述及使用曲线使用如下（例：图11a）y-轴：左：放电电流（A），适用于T”曲线左：容量（Ah），适用于“C”曲线右：电池电压（V），适用于“U”曲线（不同放电率）在x轴上标注的是放电时间（分钟或小时）。符号T”和“C”分别代表电流和容量 曲线。这里我们可以看出随放电电流的增大，容量下降。“U”曲线表示了放电过程中放电深度（10，30，50，70，90，100%）对电池电压的影响。（注意：电流和容量曲线始终对应于100%放电即 完全放电）图lla:GroE100的电极对（C=100Ah）放电电流，容量和电池电压是放电时间的函数.见书中 对计算实例的解释.由于对电池的改进和工艺的优化，极板和电池的电性能也必然改变，这将不可避 免地影响上述曲线。对于销售人员，这些基于特定终压.反应电流和时间数据的曲线是最基本的知识。 修正放电数据时受这些所示曲线所限也是可能的，如图1 lb所示。与图11a比较, 图11b为GroE100极板对性能的改善（允许0.03V “电压袋”）。10Twr1.631.651.671.831.851.87HOPPECKE 100Ah GroE电池放电数据（允许有0.03V电压袋）图11b： GroE 100极板对改进的放电数据（与图11a相比较）1001000时间/mi n参数：V/电池260240220200180160 : 當40 120 ?1 0080 二 60匚 4020 二 0 i-4.充电4.1 术语（/I/）充电：充电是电能向化学能的转变荷电：为一种充电结束后的状态注：铅酸电池当其电压和酸密度在2h内不变时认为其充电结束。它适用于 恒流且无电压上限（强烈产生气泡！）的充电，至少在充电后期。如 果充电后期采用恒压充电（特别对电压低于产生气泡的2.4V/单体 时），酸密度可能几天甚至几星期才有所升高。完全充电：指充电后活性物质全部转化的充电 部分充电：指活性物质未全部转化的充电 起始充电：指注完电液后的首次充电注：最好描述成“初始充电”均衡充电：为保证全部单体电池中活性物质完全转化的进一步充电注：这种方法也常用于应用强气泡的产生去除可转变的产生短路因素 的试验。过充电：指活性物质完全转变后的充电。注：过充电状态可描述成充电系数大于1.0的状态，充电系数1.0指充 电电量等于输出电量。这仅仅是依上述定义的一种粗略估算，不 十分准确，因为充电系数等于1.0时，仍有一,小部分PbS04 （大约 3-5%）未转化。浮充电：浮充是一种恒压充电方法，没有时间限制，用来维持电池的完全充电状 态注:相当于运用IU曲线的充电，比方说在运行的备用电源中。涓流充电：这是一种恒流充电方式,无时间限制，用来维持电池的完全充电状态 注：涓流充电常与浮充电相混淆。间隔充电指电池每搁置一段时间后进行的周期性充电，用来保持电池的完全 充电状态注：此方法已过时了，但仍被使用。例如在船（车或飞机）上，电池在某一电压下维持一段较长时间（如一个月），该电压（如2.15V/ 单体）不能使电池保持在全充电状态，因此需定期给予全充电。快速充电：指为减少充电时间而采用数倍于额定电流的电流给电池充电。这种 充电必须在有限的时间内进行，因此只能是部分充电 注：必须限定时间是因为欧姆损耗（可能）导致（强烈的）发热。部 分充电是因为大部分电能不能转化为化学能，而是以热和产生气体（分解水）的方式损失。急速充电：指采用充电受限特性的最大值进行的充电。 充电受限特性：表示电池充电时不能超过最大允许电流，它与电池 电压有关。受限数据见表4。注：在2.4V/单体下的IU充电，依上述定义不能称为急速充电。因为 一直到析气电压都不需要限制电流。每100Ah电池的最大充电电流（其值与电池及极板类型有关）超过2.4V/单体电池初始充电电流充电程序特征GroEOGiOGi-bloc1)OPzS 2)HOPPECKE阀控式电池I6.55.05.05.0IUU =2. 4V/单体指导性数值3 I101.5 I 3)10W2.4 V/单体2. 65V/单体9.04.57.03.57.03.57.03.51）也适用于SIBE整体/USV整体电池2）也适用于“Solar”和“HOPzS”电池3）如相应最高值2.35V/单体和最长24h的情况下均衡充电的电压电池允许的最大充电电流表4：不超过2.4V/单体电池和初充电电流（阀控式电池：不超过2.35V/单体电池）充电进度：指充电过程中电池电压和电流的进程充电方法：指由充电装置的特性决定的充电过程中电流和电压的形式充电特性：充电特性（充电曲线）是表示充电过程中电流和电压关系的曲线（见 DIN41. 772 ）恒压充电：指以一恒定电压进行充电（见DIN41. 772 ）恒流充电：指以一恒定电流强度进行充电（见DIN41.772 ）注：IU充电是充电方法的组合荷电状态：指电池所储存的电量与规定的几小时率容量的比例充电电压指充电过程中取决于充电电流和电池荷电状态的电池上的压降ch平均充电电压工：指在整个充电过程中电压的算术平均值Mch充电终止电压Uh：指电池在恒流条件下完全充电后的最终电压浮充电压：指为保证浮充电流而加在电池上的电压充电终止电流I:指由电池类型决定的充电结束时的电流-Ech浮充电流I.:是指为保证电池处于完全充电状态所必须的输入电流float效率n：充电过程中，电能转化为化学能；放电过程为其逆过程。其所受损失 （例如，电池的欧姆电阻或析气引起的电压变化）用充电或能量效率 来描述。充电效率n :指输出的电量（Ah）/输入的电量（Ah）*Ah.充电系数1/n :充电系数是电池完全充电所需的电量与电池在此前放出电量Ah匚之比。它是充电效率的倒数。注：此定义的缺点是不能考虑到通过析气搅拌电液所需的电量 （见“完全充电”的定义）。故充电系数仅约为1.03，然而 考虑到酸的混合，其数值大约为1.20（，取决于 电池高度和电解液温度），我们看到，5-20%的浅放电，其 充电系数可能高于典型的1.20，即大约1.25，再加上单体 较高，其值可能为1.30。VRLA吸附式玻璃纤维隔膜电池因 为玻璃纤维膜的毛细管作用大大限制了酸的分层其充电系 数大约只有1.10。比较起来，通过人工循环电液的开口铅 酸电池充电系数为1.05。4.2 概述（特性、气体产生、热量产生、水的消耗）4.2章的内容与一些其他问题常联系在一起，这些问题是那些与蓄电池室设计有 关的设计工程师和专家经常提起的，它涉及气泡产生大量气体产生和热量产生 在这里我们不能忘记蓄电池室的通风设备依据DINVDE0510/第2.3部分（牵 引）必须考虑散热问题。仅仅VRLA电池须要提供一块避免“热失控”的良好热量交换场所，这将在以后章节 中讨论。一切计算以开口铅酸电池为例，特别是关于水损耗/补水间隔的计算都只与这种 产品有关，因为只有这种情况下需要考虑维护问题。4.2. 1特性曲线原则上，可按不同的特性曲线进行充电。例如：I -按PIN41776的曲线IU-按DIN41773的曲线W -按DIN41774的曲线图12a到12c给出了这些曲线。 充电过程的选择取决于充电对象及可用的充电装臵。VRLA电池应该只用IU曲线进行充电。析气电压:指电池明显析气时的电压。注：U=24V/铅酸电池单体G=1. 55V/镉镍电池单体 =1. 7V/铁镍电池单体 =2. 05V/牟银锌电池单体（摘自/1/）电池的最好充电方式是使用IU曲线，因为运用这种方法可设置 2.4V/单体的电 压值。这种充电方法主要在固定能源的运行及浮充中被使用通过限制充电电压使 水损失最小并达到负载保护。I或W曲线充电方法一般运用于初始充电或均衡充电 中（断开负载！）。依据充电方法和极板类型，设置了一定的电压和电流值（见表4）。其原因及充 电电流和电压的作用我们将在下面的章节讨论。4Uz2.32%2.00,1I 222.1图 12a:0.2 03 0.厶 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0ua2%.2%4a4i图12a:按DIN标准41773规定的IU图谱 全充电，快速部分充电，限流并联充电 上左：充电特征（由DIN 41772） 下左：充电随时间的进程（由DIN 41772） 右:对特征图的要求（由DIN 41773）图 12b:图12b:按DIN 41776标准规定的I图谱.上左：充电特征（由DIN 41772）下左：充电随时间的进程（由DIN 41772） 右:对特征图的要求（由DIN 41773）a）没有充电时间限制的铅酸电池的全充电是指当充电电流不超过5小时率放电电流 的10%时.b）较高电流下的全充电是指充电电流不超过析气开始后的最大允许值.对这种全充 电需要断电 .c）大电流下的部分充电，析气开始或超过了最高温度限制，必须断电.决tfaA兰 azMS0-?l a 二az so 旦8- V 6 厶 2, O, 乙 )2 乙 2 2I二1,802550 75 % 100g Zellenspannung电池电压/L Ladestrom充电电流，dN Gerate-Nennstrom 设备标称电流图 12c:图12c:按DIN 41774标准规定的功率（W）图谱.上左：充电特征，全充电后自动断电（由DIN 41772）下左：充电随时间的进程（由DIN 41772） 右:对特征图的要求（由DIN 41773）肯为什么电流有上限要求？低于2.4V/单体的充电：表4中的数据表明了电池充电电流在未达析气电压前不需要限制。放完电的电池尽量在充电开始阶段采用可能的最大电流充电。任何超过2.4V/单 体的限制因素最后必须为充电体自身保护而设定。高于2.4V/单体的充电：依上面DIN/VDE标准，限定超过2.4V单体电压的电流的唯一目的是F保护电池。析气、放热及损耗4.2.2.1 开口少维护铅酸蓄电池大家都知道单体电压超过2.4V时电池析气增加。因而2.4V也称为析气电压。析气是水损耗的外部表现（电解水）。这一过程是吸热的，即其伴随热量的损失, 等效冷却效应。这里不可避免的出现了一个矛盾：肯为什么电池在充电过程中温度升高？ 为了解答这个问题，我们必须了解一些常识： 因为电阻的热损耗（流过金属导体的电流给导体加热），所以电池从一开始充电， 温度就略为升高（几度）。但如果开始时充电电流不是很高，那么温度升高有限， 并能将热量散发到周围环境中。在充电开始阶段电流大部分被电池接受，转化成化学能的形式。电池越接近100% 充电状态（等于充电系数1.0），越多的电流不能被利用来将越来越少的PbSO转4 换成活性物质的最初形态。这时电流开始增加损耗，即分解水。水的分解，首先是在正极析出0，随后从过充电开始（充电系数1.0 ），负极同2时析出H。在VRLA电池中H2的析出几乎完全被抑制。2开口铅酸电池过充时：舒 1Ah分解0336g（ml）水（大约3Ah/g（ml）这相当于够每年每100Ah损耗大约45-60g（ml）水（新电池，I=15-20mA, 2.23V/单体，C）float对比：VRLA电池（见4.2.2.2）:頁每年每100Ah大约损失6-12g水（正常使用条件）。F电解水过程所用单体电池电压大约需123V。也就是说电解水使2.4V （或更大）的单体电压损失掉1.23V。用电化学术语，我 们也可以说“电解水的均衡电压大约为1.23V/单体”。充电系数高于1.0时，电流主要作用于酸的混合上。因为充电系数高于1.0时仅仅 一小部分F硫酸盐被转换。将电流乘以1.23V/单体所得的能量值，完全用于水的分解。这些能量以0和H析22 出的形式损失掉。在开口铅酸电池中，在过充阶段单体电压可能到达2.4V或更高（恒流充电）。实 践中还会到达2.8V左右，常常被引用的2.65V/单体，仅仅是为了达到限流目的的 一个指导性数据。总之，2.4V减去1.23V/单体得到F1.17V/单体的差将它乘以电流，这就是转化为热的能量损耗。考虑到1.23V/单体的水分解的均衡 电压不含F反应热这一数据将有些许减少：F1.23V/单体的均衡电压+用于反应热的电压=148V/单体（/13/，/14/） 反应热不能以伏特形式估算。然而，经验显示其实际大约为1.23V/单体均衡电压 的20%（热量消耗，冷效应），考虑到这一点，最终在计算中加上这部分热，在 压差中就有了一个降低。即，F压差不是1.17V/单体而是0. 92V/单体。这就是电池产生的热量。 然而，我们也应考虑析气自身的负面影响。气泡使活性物质的细小颗粒脱落，导 致可观的活性物质损失。随气体的强烈析出，正极板的腐蚀加快，这是因为析氧 更加强烈。关于开口铅酸电池损耗计算的示例：肯1 浮充条件下的损耗:-水分解的单体电压（包括反应热）大约1.48V。-浮充电压为2.23V/单体时压差为0. 75V/单体。-将其与浮充电流一起代入损耗计算： 0.75V/单体 假设浮充电流：I =50mA/100Ahfloat P =UI =0.75V50mA/100AhLossLE= 37.5mW/100Ah单体新电池中这一数据要降低（大约一半或更少）。-又如： 2个并联的96单元整体电池USV1704 （=4V OGi bloc 230） I =115mA/230Ah（50mA/100Ah）floatP =86.25mW/单体Loss4V192单元=384单体 86.25mW=大约33W-对新电池（I =20mA/100Ah）floattP =大约13W肯2.提高充电电压条件下的损耗计算依据见图17h,它反映了充电过程中电池电压、电流和充电状态的变化。其 所含参数是充电电压（2.4V/单体）和100Ah电池充电时可得到的电流。在急速充电或较长时间均衡充电时，以下数据将用于损耗计算：A: 100%充电状态（充电系数1.0）: 2.4V/单体时大约3A；B: 120%充电状态（充电系数1.2）： 2.4V/单体时约1.2A我们假设均衡充电在2.4V/单体经过最长72小时后电液温度从20C升到30C，此 时总充电电流已接近图15中的浮充电流，但此数据不能在“30C”上读出）； C: 30C, 2.4V/单体时大约220mA。关于每单体每100Ah容量的损耗，我们有如下估算：A: （2.4V/单体，20C）:0.92V 3A =大约2.76WB: （2.4V/单体，20C）:0.92V 1.2A =大约 1.1WC: （2.4V/单体，30C）:0.92V 0.22A =大约200mW充电时间介于A和B时，取平均值，大约2W/100Ah。对230Ah的384单体电池组（上 例）大约为1800W，但当对新电池长时间充电时大约为13W （前面已计算过）。通过这两个例子，固定电池的使用人员在有关热损耗方面，不会再有什么问题。F对一全充电态的电池浮充或充电，将引起大约IV/单体的损耗（表述为热的 生成），因为除了已考虑的化学反应无其它反应发生，剩余能量仅仅转化为 热。肯有低电流限制吗？ -没有！-只要考虑电池的使用，也就是说在低电流下有物质转变的化学反应。-有！-只要考虑充电时间和电池寿命（酸的混合），这种情况在IUIa充电（牵引电池）时尤为重要。