二、蓄电池的容量
通常情况下,蓄电池的额定电压有2 V、6 V和12 V,额定容量用安时(A·h)来表示。
蓄电池的实际容量表示满荷电状态的蓄电池在放电过程中,从端电压降低到终止电压时所放出的电量,通常取温度为25℃时10小时率容量作为蓄电池的额定容量。
蓄电池额定容量的单位为安时(A·h),它是放电电流(A)和放电时间(h)的乘积。由于对于同一个蓄电池,用不同的放电参数所得到的A·h是不同的,为了便于对蓄电池的容量进行描述、测量和比较,必须事先设定统一的条件。实践中,蓄电池的容量被定义为用设定的电流把蓄电池放电至设定的电压所得到的能量,也可以描述为用设定的电流把蓄电池放电至设定的电压所经历的时间和这个电流的乘积。
为了设定统一的条件,首先根据蓄电池的构造特征和用途的差异,设定若干个放电率,最常见的有20 h、10 h、2 h放电率,分别写作C20、C10、C2,其中C代表蓄电池的容量,后面跟随的数字表示该类蓄电池以某种强度的电流放电到设定电压所需要的时间(h)。于是,用容量除以时间即可得到额定放电电流。也就是说,容量相同而放电时率不同的蓄电池,其额定放电电流相差甚远。比如,一辆电动自行车的蓄电池容量为10A·h,放电时率为2h,记作10A·h/2,它的额定放电电流为10 A·h/2h=5A;而一辆汽车启动时用的蓄电池容量为54A·h,放电时率为20 h,记作54 A·h/20,它的额定放电电流仅为54 A·h/20h=2.7A。换个角度来说,即这两种蓄电池分别用5A和2.7 A的电流放电,则分别持续2h和20 h才能下降到设定电压。
上述设定电压一般是指终止电压,即电压下降到不宜再继续放电的最低工作电压。终止电压不是固定不变的,它随放电电流的增大而降低。同一个蓄电池,其放电电流越大,终止电压越低,反之则越高。也就是说,大电流放电时,容许蓄电池的电压下降到较低的值,而小电流放电时则不行,否则会造成蓄电池的损坏。
蓄电池的容量不是一个固定的参数,它是由设计、工艺和使用条件等综合决定的,它的影响因素主要有以下几点。
1.放电率的影响
蓄电池放电能力的大小用放电率表示,放电率有以下两种表示方法。
(1)小时率(时间率):以一定的电流值放完电池的额定容量所需的时间。
(2)电流率(倍率):放电电流值相对于蓄电池额定容量的倍数。如容量为100A·h的蓄电池,以100×0.1 A=10 A的电流放电,电流率为0.1 C10;若以100 A的电流放电,1h将全部电量放完,电流率为1 C10,以此类推。C10表示10 h放电率下的电池容量,C20表示20 h放电率下的电池容量,C的下角标表示放电小时率。(https://www.daowen.com)
一般规定10 h放电率的容量为固定式蓄电池的额定容量。若以低于10 h放电率的电流放电,则可得到高于额定值的电池容量;若以高于10 h放电率的电流放电,所放出的能量要比蓄电池的额定容量小。图6-1所示为放电率对蓄电池容量的影响,从图中可以看出,随着放电率的增大,蓄电池的额定容量逐渐减小。
图6-1 放电率对蓄电池容量的影响
2.电解液温度的影响
电解液温度升高(在允许的温度范围内),离子的运动速度加快,获得的动能增加,因此渗透力增强,从而使蓄电池的内阻减小,扩散速度加快,电化学反应加强,蓄电池的容量增大;当电解液的温度下降时,渗透力减弱,蓄电池的内阻增大,扩散速度降低,因而电化学反应滞缓,使蓄电池的容量减小。图6-2所示为电解液温度对蓄电池容量的影响,从图中可以看出,温度对蓄电池容量的影响为,随着电解液温度的增加,蓄电池的额定容量呈增大的趋势。
图6-2 电解液温度对蓄电池容量的影响
3.电解液浓度及层化的影响
在实际使用的电解液浓度范围内,增加电解液的浓度,就等于增加了反应物质,因此蓄电池的容量随之增大。极板孔眼内部的电解液浓度是决定蓄电池容量和电压的重要因素。若降低电解液浓度,在放电过程中,孔眼内部的电解液浓度相应地降低,由于不能维持足够的硫酸量,因此蓄电池的容量将减小。
电解液的层化是由于蓄电池充放电时,其反应往往集中在极板上且靠近电流的输出端,致使位于极板上部的电解液浓度低于极板下部的电解液浓度,即产生了浓度差。对于在静态环境中使用的富液式铅酸蓄电池,电解液的均匀性还受到重力的影响,使得密度大的硫酸向极板下部沉降。当蓄电池充放电循环时,电解液密度的差异,很容易造成极板上的活性物质得不到完全的、均匀的转化,以致影响到蓄电池的容量和使用寿命。