南都蓄电池·原理

放电速率与电池容量
电池性能——温度与电池容量
在-40~40℃范围内，蓄电池的放电容量 随温度升高而升高
容量与温度的关系
电池性能 ——温度与电池容量
温度与蓄电池放电容量及终止电压关系（ I10=0.1C10）
温度(℃) -30 -20 0 5 25 30 35 放电电流(A) I10 I10 I10 I10 I10 I10 I10 放电容量(%C10) 37 52 80 88 100 103 109 终止电压(V) 1.80 1.80 1.80 1.80 ≥1.80 ≥1.80 ≥1.80
电池性能
� 电池的实际容量 放电速率与电池的实际容量 温度与电池的实际容量 温度对电池的影响 温度与电池容量 温度与充电电压 温度与电池寿命 电池的失效模式 容量损失 鼓胀 干涸 热失控 硫酸盐化 板栅腐蚀
�
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电池性能 ——温度与充电电压
温度变化，浮充电压应随之修正。按照基准 温度设定，温度上升1℃，浮充电压下降3mV/只； 反之，增加3mV/只；均充电压为5mV/只
放电速率简称放电率，常用倍率或时率表示 倍率是指电池放电电流的数值为额定容量数 值的倍数 0.1倍率的放电电流即10小时率放电电流I10 时率是用小时数来描述的电池放电速率，小 时数对应于放电电流的数值为I10数值的倍数 蓄电池的容量是指电流以10小时率放电电流 为一的倍数计算，放电到规定的终止电压为止所 能放出的安时数（放电时间应大于等于时率电流 对应的小时数）
胶体电池氧气的复合
电池原理 ——自放电原理（内部短路原理）
� 电子导体短路 � 杂质引起自放电 � 活性物质非常规转化为硫酸铅
PbSO4
自 放电 自放 电
Pb 负 极
PbO2 正 极
电池原理 ——充电曲线
70 60 2.3 2.4 充入电压变化曲线
140 120
充 电 电 40 流 (A )30
Three categories of premature capacity loss
引起早期容量损失的三个原因/三种现 象：突然容量损失、慢慢的容量损失和负极 的无法再充电
PCL-2 深放电
正极活性物质PbO2的软化： 正极板活性物质为PbO2，其中起荷载电荷和放电作用的 主要是β型PbO2，α型PbO2颗粒体积比β型PbO2大，主要起支 撑结构的作用，以使正极板的活性物质拥有较大的表面积来 充电放电和获得较牢固的支撑结构 当电池深放电或大倍率放电，整个正极板放出的电量或 其表面局部放出的电量达到40%时，β-PbO2会参与放电转化 为PbSO4，但在碱性环境中生成的β-PbO2很难在电池的酸性 电解液中生成，充电时PbSO4只能转化为α-PbO2 ，从而减少 了正极板中β-PbO2与α-PbO2的含量比例，破坏了牢固的支撑 结构 这样导致了正极板活性物质的充放电表面积减少和结合 疏松，特别是后者在过充电时有O2析出，在气泡的冲击下， 活性物质会直接从正极板脱落而丢失容量，这一现象叫正极 板的软化，
电池性能 ——温度与电池寿命
（原因一）热失控引起电池的失效： 由于阀控密封铅酸蓄电池本身散热条件 比较差，热量积累的增加引起恶性循环易造 成热失控，造成电池的失效 （原因二）温度升高，会增加电池正极板栅 的腐蚀速度
电池性能 ——温度与电池寿命
所以当环境温度在非25℃时，温度每降 低一度浮充电压增加3mV/只，以防出现亏 电现象，温度每升高一度，浮充电压应降低 3mV/只，防止过充电现象 采取这些措施可以适当延长电池的寿命
反 应
氧循环原理图 （ G a s R e c o mb i n a t i o n ） （H2 O 1/2 O2 H2 O）
�
复合效率不可能达到100%，信息产业部标准 密封反应效率： 是大于95%，南都电源的复合效率可达到三个九，即 99.9%
电池原理 ——密封原理（氧循环原理）
AGM和Gel技术的比较
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电池性能 ——电池的实际容量
电池的实际容量与电池活性物质的数量 及其利用率有关 利用率受电极的结构、制造工艺、电池 性能、放电制度的影响 活性物质的数量、电池性能随电池使用 时间而变化 使用中放电制度涉及温度和放电率 � � 温度与电池的实际容量 放电速率与电池的实际容量
电池性能 ——放电速率与电池容量
t 25 = tT × 2
(T − 25 ) / 10 譬如，电池在35℃下长期运 行，如果25℃下电池设计寿命 为10年，实际寿命则只有5年， 若长期在15℃下运行，电池寿命 则有20年
其中：T为实际环境温度 tT为实际环境温度下电池的寿命 t25为环境温度25℃下电池的寿命 上公式在10—40℃范围内有效
20
50
充入电量变化曲线
充 电 2.2 电 压 (V )
2.1
100 充 电 电 80 量 (% ) 60 40
2.0 10 充电电流变化曲线 0 1.9 0 5 10 15
充 电 时 间 （ h）
20 0
20
25
30
电池原理 ——放电曲线
电池原理 ——放电曲线
电池性能
� 电池的实际容量 放电速率与电池的实际容量 温度与电池的实际容量 温度对电池的影响 温度与电池容量 温度与充电电压 温度与电池寿命 电池的失效模式 容量损失 鼓胀 干涸 热失控 硫酸盐化 板栅腐蚀
正极：H2O － 2e -→ 2H+ + 1/2O2 （充电达70%时） 负极： 2H+ + 2e- → H2 总反应： H2O → H2 +1/2 O2 （充电达90%时）
电池原理 ——密封原理（氧循环原理）
过 充 H2 O
（正 极）
O2 扩 散 充电
（负 极）
PbSO4
Pb
+
（ O2 ）
同 H2SO4 反应 PbO
根据这一要求，国内有些充电装置带有修正 浮充电压的温度补偿设施
电池性能 ——温度与充电电压
温度过高，会造成自放电电流 增大，内阻减小，浮充电流加大， 内部热量增加，失水过快，最终导 致热失控，电池损坏
电池寿命 ——温度与电池寿命
当环境温度超过25℃时，温度每升高 10℃，使用寿命将减少一半 寿命和环境温度关系：
电池性能
� 电池的实际容量 放电速率与电池的实际容量 温度与电池的实际容量 温度对电池的影响 温度与电池容量 温度与充电电压 温度与电池寿命 电池的失效模式 容量损失 鼓胀 干涸 热失控 硫酸盐化 板栅腐蚀
�
�
早期容量损失
早期容量损失(Premature Capacity Loss) 有三种模式:PCL-1、PCL-2、PCL-3
热失控
氧再化合：氧再化合过程产生热量，同时使排出的气体 量减小，减少了热的消散 电池体系都存在发热问题，在阀控蓄电池
中由于此而发热可能性更大
浮充电流：蓄电池存在电阻，浮充过程中所消耗的电能 会转化为热能使温度升高，浮充电流则随温度的升高而增 大，电流的增大与温度的升高形成恶性循环，造成热失控 其他原因：环境通风散热差（需注意安装间隙） 浮充电压设置过高，充电电流过大 环境温度高，无空调设备 整流器输出电流中纹波过大
板栅腐蚀与伸长
电池充电时，特别是过充电时，正极板 栅要发生腐蚀，被氧化成二氧化铅而失去支 撑等作用，所以一定要根据环境温度修正浮 充电压，浮充电压过高，会加速水损失和正 极板栅的腐蚀
电池的寿命取决于正极板的寿命，其寿命设计正是按照正极板栅的腐蚀 速率计算的。为补偿其腐蚀量加粗加厚了正极板栅，以保证电池的寿命，正 极板栅比负极板栅厚就是这个原因
电池性能 ——温度与电池容量
（原因一）在较高温度条件下放电，电 解液粘度下降，浓差极化影响减小，导电性 能提高，使放电容量增加 （原因二）盐粒图
低温放电
高温放电
温度与电池容量关系
在5~40℃，放电容量可通过下式进行换 算：
Cr Ce = 1 + k (t − 25)
式中： Cr—非基准温度时的放电容量 t—放电时的环境温度（℃） k—温度系数（/℃） 放电率≥10小时率，为0.006； 1小时率≤放电率≤10小时率，为0.008； 放电率＜ 1小时率，为0.01
• AGM技术：
内阻小，超细玻璃棉隔板吸收 电解液，具有93％以上的孔隙 率，其中10％左右作为O2的复 合通道。
AGM电池氧气的复合
电池原理 ——密封原理（氧循环原理）
• Gel技术：
内 阻 较 大 ， SiO2 胶 体 吸 收 电解液，胶体的微裂纹作 为O2的复合通道，使用初期 有酸雾逸出。
电池性能 ——放电速率与电池容量
放电率：电池放电倍率越高，放电电流越大，放电 时间越短，放出的容量越少
大电流放电
小电流放电
电池性能 ——放电速率与电池容量
放电时率、终止电压及应达到额定容量的百分数见下表：
放电时率 电池额定容量百分数η（%） 35 55 61 75 80 83 87.6 91.7 93 94.4 97.2 100 110 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 放电率（h） 0.5 1 2 3 4 5 6 7 7.5 8 9 10 20 放电电流倍数（A ） 20.0I 10.0I 5.00I 3.33I 2.50I 2.00I 1.67I 1.43I 1.33I 1.25I 1.11I 1.00I 0.50I 7.00I 5.50I 3.05I 2.50I 2.00I 1.66I 1.46I 1.31I 1.24I 1.18I 1.08I 1.00I 0.55I 终止电压（V） 1.70 1.75 1.80 1.80 1.80 1.80 1.80 1.80 1.80 1.80 1.80 1.80 1.85
阀控密封铅酸蓄电池
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