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

（武漢船用電力推進裝置研究所，武漢 430064）

為了準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系。制作樣品電池，進行了各種倍率放電試驗，對試驗數據進行了分析研究。結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系。因此，通過分析蓄電池電解液密度可以準確判斷蓄電池可用容量，并可用過渡法對蓄電池不規律放電時的可用容量進行分析判斷。

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。但在實際使用中，蓄電池放電是不規律的，放電電流隨負載功率變化而變化，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，使用設備如電動汽車還能運行多久就無法判斷。需要尋找規律，找出蓄電池可用容量分析判斷方法。

1 電化當量

法拉第定律指出，通過電極上的電量與參加反應的物質量成正比。每克當量物質參加化學反應時，將產生1法拉第電量。電極上通過單位電量時，在電極上參與化學反應的物質的量，稱為電化當量，單位g/Ah。

鉛酸蓄電池的成流反應式為:

鉛酸蓄電池參與反應的放電物質分別是PbO2、Pb、和純H2SO4，它們的電化當量分別為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該有一定關系。

純H2SO4的電化當量為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發生變化。將電化當量進行單位轉化，硫酸電解液的電化當量（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。

通過直線擬合發現硫酸溶液的電化當量與其密度成線性關系。擬合度R>0.9999。

電化當量與蓄電池容量直接相關，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律。按此方向進行相關實驗研究。

表1 硫酸溶液的電化當量

2 試驗

制造蓄電池試樣，進行各種倍率恒流放電，記錄放電過程中放電時間、放出容量與對應硫酸電解液密度。

將蓄電池額定容量減去已放出容量，剩下值為可用容量。

不同規格的蓄電池容量是不同的，因此計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行分析。

將蓄電池放電時間、放出容量百分比、可用容量百分比、對應電解液密度記錄在表2~表5中。

表2 蓄電池7I10放電數據

表3 蓄電池3I10放電數據

表4 蓄電池1I10放電數據

表5 蓄電池0.25I10放電數據

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)地層構成本區古老的結晶基底，主要由一套變質程度較淺、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 結果

對試驗數據進行分析，發現蓄電池放電時間和對應硫酸電解液密度之間存在線性關系。見圖1~圖4所示。

由于是恒流放電，放電容量與放電時間成正比，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

進一步分析可用容量和對應硫酸電解液密度之間的關系，發現二者之間同樣存在線性關系。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系。因此可以通過蓄電池電解液密度來判斷蓄電池繼續進行某倍率恒流放電的可用容量。主要原因就是因為蓄電池容量與硫酸電化當量之間存在線性關系，前面已經進行了分析，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

對于蓄電池不規律放電，可用容量可以通過恒流放電進行過渡分析。

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

無規律的放電可以用規律放電來分析。變流放電容量可以通過恒流放電來進行過渡分析。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系圖上讀取縱坐標值，即可知道用另一倍率電流放電的可用容量。

5 結束語

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，也是科學的。

[1] 桂長清等. 實用蓄電池手冊[M]. 北京: 機械工業出版社, 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，高級工程師。研究方向：鉛酸蓄電池。