蓄電池基本理論

一、基本概念：

1、電池電壓：

a、開(kāi)路電壓：電池在開(kāi)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(guò)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(shí)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(shí)間的乘積。單位:AH。

c、電池的額定容量：按國家或有關(guān)部門(mén)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(shí)際容量〉額定容量.

3、電池的內阻：

電流通過(guò)電池的內部時(shí)受到阻力，使電池的電壓降低。電池的阻不是常數，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。內阻可分為歐姆內阻和極化阻，歐姆內阻符合歐姆定律;極化電阻隨著(zhù)放電流的增大而增大，但不是直線(xiàn)關(guān)系而是對數關(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α-PbO2/β-PbO2為0.8時(shí)，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(chēng)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(gè)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(wú)窮大，但實(shí)際上當蓄電池放電電壓低于終止電壓時(shí)如果仍繼續放電，這可能會(huì )損壞蓄電池，故對t值有所限制。

在蓄電池行業(yè)中，以小時(shí)或分表示蓄電池可持續放電的時(shí)間，常見(jiàn)的有C24 、C20、、C10、C 8、、C 3 、C1等標稱(chēng)容量值。

蓄電池容量可分為理論容量、額定容量和實(shí)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(shí)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(shí)間的乘積，其值小于理論容量。額定容量也稱(chēng)為標稱(chēng)容量或保證容量，是按國家或有關(guān)部門(mén)頒發(fā)的標準，保證蓄電池在一定的放電條件下應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(shí)率手放出的容量作為蓄電池的額定容量，并用來(lái)標定蓄電池的型號。

陽(yáng)光10小時(shí)率蓄電池的標稱(chēng)容量是電池在5℃~35℃時(shí)，按0.1C電流放電至1.8V/單格時(shí)的10小時(shí)率放電容量。 湯淺蓄電池 10小時(shí)率蓄電池的標稱(chēng)容量是電池在5℃~35℃時(shí)，按0.1C電流放電至1.8V/單格時(shí)的10小時(shí)率放電容量。相應的20小時(shí)率蓄電池的額定容量是在 5℃~35℃時(shí)，按0.05C電流放電至1.8V/單格時(shí)的20小時(shí)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(shí)間、終止電壓、內阻、充電電壓等因素有關(guān)。

溫度越高，電池內的化學(xué)反應相應變快，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(cháng)時(shí)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(shí)，一要控制時(shí)間，二要提高終止電壓，以保護電池;相應的大電池放電時(shí)，終止電壓相對較低。所謂終止電壓指蓄電池低于這一規定的電壓時(shí)蓄電池就無(wú)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放電使用，可能會(huì )造成蓄電池永久性損壞。

放電容量和放電時(shí)間也有關(guān)系，當放電時(shí)間大于該電池相應的標稱(chēng)時(shí)間時(shí)，放電容量大于標稱(chēng)容量，相反則是小于標稱(chēng)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(chēng)為體積比容量和重量比容量，其單位分別為Ah/L(安時(shí)/升)或Ah/kg (安時(shí)/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(gè)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(yáng)光電池的稱(chēng)標電壓有2V、12V，電池的最基本的單元是2V。

蓄電池的開(kāi)路電壓是指蓄電池在開(kāi)路狀態(tài)下的端電壓。它等于蓄電池在斷路時(shí)(即沒(méi)有電流通過(guò)兩極時(shí))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(shí)外電源加在其兩端的電壓。陽(yáng)光A400系列的充電電壓是2.27V，A600系列的充電電壓是2.25V，理論上達到相應的電壓時(shí)，電池才是滿(mǎn)容量的。

蓄電池放電電壓又稱(chēng)為蓄電他的工作電壓或負荷電壓，是指蓄電池在放電時(shí)其兩端的電壓， 放電終止電壓是蓄電池放電時(shí)電壓下降到不能再繼續放電的最低工作電壓，一般規定固定型免維護蓄電池10小時(shí)率放電時(shí)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，具體補償系數后面有講。(以下10小時(shí)率電池為例，20小時(shí)率電池的限流相應調為0.05CA)

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

用該充電方式24小時(shí)可充滿(mǎn)電池?；虺潆婋娏?00mA時(shí)表示電池充滿(mǎn)。

均充：恒壓(一般設為2.35V或2.4V)、限流(標稱(chēng)是0.1CA或0.25CA)、限時(shí)(設為10H或8H，或根據電池的實(shí)際情況設置)，長(cháng)期均充會(huì )使電池過(guò)充電。

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

用恒流充電的一般是在實(shí)驗試里，最省時(shí)，但一定得有人值班，實(shí)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(shí)，特別注意設置充電的參數，如電壓，在環(huán)境溫度在5℃~35℃范圍內時(shí)，電壓的設置最好用標稱(chēng)設置，以免電池過(guò)充或欠充，減短電池的使用壽命。

充電時(shí)，發(fā)現充電時(shí)電池電壓高到不正常的范圍，則可能會(huì )有如下原因：

一)、先查看一下充電電壓，看是否設置的電壓過(guò)高;

二)、檢查外觀(guān)，看其是否有磕壞的退跡，因為電池可能會(huì )因為有過(guò)磕碰而造成內部電池開(kāi)路;

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

4、放電

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

放電一般有兩個(gè)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(shí)，一般是充好電后，按標稱(chēng)的參數放電，來(lái)測試電池是否滿(mǎn)容量。測試電池容量時(shí)，發(fā)現電池容量不足，或在充電時(shí)發(fā)現電充不進(jìn)去，而造成的原因是極板被硫化的，則需要通過(guò)激活極板，來(lái)恢復電池容量。給長(cháng)時(shí)間沒(méi)有使用也沒(méi)有維護而無(wú)法充電的電池做激活時(shí)，因極板硫化，小電流無(wú)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(chēng)放電，可用大電流短時(shí)間放電，注意不要過(guò)放電。

給電池做激活可通過(guò)上面講的反復充、放電的方式。

5、內阻、自放電

電池都有內阻(單位為mΩ)，是指電流通過(guò)蓄電池內部時(shí)受到的阻力，他包括歐姆內阻和極化內阻，極化內阻又包括電化學(xué)極化內阻和濃差極化內阻等。由于內阻的存在，蓄電他的工作電壓總是小于蓄電他的開(kāi)路電壓或電動(dòng)勢。歐姆內阻是由蓄電池構件(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。而極化內阻則隨電流密度增加而增大，但不是線(xiàn)性關(guān)系。內阻的大小是衡量一個(gè)電池質(zhì)量很重要的參數，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)內的雜質(zhì)越少，工藝越好，內阻值也越小。內阻值越小，自放電電流也越小，電池的容量越大，因為材質(zhì)內的雜質(zhì)會(huì )和極板上的活性物質(zhì)反應，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)量差的蓄電池在內阻上差別很大。質(zhì)量好的蓄電池之所以能持續大電流放電，就是因為其內阻很小，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(gè)回路，這個(gè)回路就是自放電。它是蓄電池在開(kāi)路擱置時(shí)的現象。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)的不穩定狀態(tài)，蓄電池的兩個(gè)電極各自發(fā)生氧化、還原反應的結果。蓄電池的自放電速率的大小是由動(dòng)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，內阻增加，造成容量不足。這反應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單個(gè)電池電壓的存在范圍。

當電池放置了一段時(shí)間后，均一性會(huì )變差，無(wú)法滿(mǎn)足對均一性要求高的行業(yè)，需要進(jìn)行激活，這是因為每個(gè)電池的內阻不同，自放電也不同，使其放置后的容量不同，而反應容量的是它的電壓，每個(gè)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，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(méi)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(huì )因材料的配置、工藝的誤差，而使其均一性沒(méi)有同一批號的電池均一性好

7、溫度

電池無(wú)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(zhù)和電池相關(guān)的每一個(gè)參數。

電池的溫度要求是5℃~35℃，超出這個(gè)范圍，溫度越高，電池內的化學(xué)反應越快，容量越大，同時(shí)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(shí)標稱(chēng)溫度范圍是5℃~35℃，超過(guò)這個(gè)范圍，需要一個(gè)溫度補償系數，每升溫1度每2V的充電電壓下調3mV;相反，每降溫1度每2V的充電電壓上調3mV，要是不做相應的調整也會(huì )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(shí)，儲存期也相應增加。這是因為溫度越高，自放電越大，內阻增加，造成儲存容量不足。

8、壽命

電池的壽命分為設計壽命和循環(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。

設計壽命則是指從電池出廠(chǎng)開(kāi)始計算，一般有5年、10年、15年等，就算電池生產(chǎn)后沒(méi)有使用過(guò)，到了這個(gè)年限就報廢了，而不是從用戶(hù)開(kāi)始使用時(shí)計算。循環(huán)壽命又稱(chēng)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—規定值前所經(jīng)歷的充放電次數。電池的設計壽命還有一種計算方式是電池的放電次數，電池的深循環(huán)次數是400次，或50%循環(huán)1200至2000次，只要達到這個(gè)數字，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(hù)配電池時(shí)，要放約 30%的余量，避免客戶(hù)在使用中造成深循環(huán)，使實(shí)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(shí)電池就造成電池過(guò)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(guò)放電后，也請立即充電。

(3)電池放電時(shí)請在-15～45℃的環(huán)境下進(jìn)行。

(4)最大允許放電電流為6CA，放電5秒以下，不要超過(guò)這個(gè)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(shí)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(guò)高或過(guò)低對電池的影響如下：

長(cháng)時(shí)間過(guò)高(過(guò)充電)：縮短壽命。

長(cháng)時(shí)間過(guò)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)恢復充電

A、回復充電最好按浮動(dòng)充電來(lái)實(shí)行，如果采用均充轉浮充方法，側均充電流到達1%C10時(shí)轉為浮充電，并且均充時(shí)間不能設定;

B、充電初期的電流沒(méi)有特別規定，但最好限制在0.1C～0.3C安培充電，能在25℃24小時(shí)以?xún)瘸淙敕烹娏康?00%以上。

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

(3)溫度補償

當溫度偏離25℃時(shí)，請按每變化1℃，以-3mv/單格進(jìn)行修正。

(4)均衡充電

均衡充電時(shí)，使用的均充電壓為2.30-2.35V/單格。

(5)電池充電時(shí)注意事項

A、如果設定的充電電壓超過(guò)2.23V/單體，充電末期充電電流超過(guò)0.05C，會(huì )對蓄電池的外觀(guān)、性能、壽命等造成永久的劣化，所以請特別注意充電電壓。

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?xún)?負載變動(dòng)0～100%時(shí))的充電器。

C、浮動(dòng)充電電壓在一般室內使用溫度(5℃～35℃)時(shí)為2.23V/單體，但長(cháng)時(shí)間低溫或高溫等特殊環(huán)境下使用時(shí)，以25℃為基點(diǎn)，對充電電壓按 -3mV/℃ 單體進(jìn)行修正較為合適。這是為防止低溫時(shí)回復充電時(shí)間的加長(cháng)及高溫時(shí)過(guò)充電造成電池的劣化。特別是將蓄電池裝入電池箱內時(shí)，電池箱內蓄電池的周?chē)鷾囟扔锌赡艹^(guò)35℃時(shí)，為防止蓄電池的過(guò)熱腐蝕，請進(jìn)行溫度調節或者給充電器增加保護機能，以使溫度升到55℃時(shí)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(chǎng)家聯(lián)系。

D、充電請在環(huán)境溫度-15℃～+45℃范圍內進(jìn)行。