铅酸蓄电池可用容量分析方法研究

彭 澎，司凤荣



铅酸蓄电池可用容量分析方法研究

彭 澎，司凤荣

（武汉船用电力推进装置研究所，武汉 430064）

为了准确地了解铅酸蓄电池的可用容量，研究了电解液密度与蓄电池可用容量的关系。制作样品电池，进行了各种倍率放电试验，对试验数据进行了分析研究。结果表明蓄电池放电容量、可用容量与蓄电池电解液密度之间均存在线性关系。因此，通过分析蓄电池电解液密度可以准确判断蓄电池可用容量，并可用过渡法对蓄电池不规律放电时的可用容量进行分析判断。

铅酸蓄电池 可用容量 电解液密度

0 引言

铅酸蓄电池容量是指蓄电池在一定条件下放出的电量，单位为Ah。富液式铅酸蓄电池容量按倍率或时率来划分。各倍率容量有一定差别，最大差别接近2倍。

蓄电池充足电后恒流放电能放出各倍率额定容量。但在实际使用中，蓄电池放电是不规律的，放电电流随负载功率变化而变化，放出的容量与恒流放电容量有差别，其可用容量即剩余多少容量可用无法判断，使用设备如电动汽车还能运行多久就无法判断。需要寻找规律，找出蓄电池可用容量分析判断方法。

1 电化当量

法拉第定律指出，通过电极上的电量与参加反应的物质量成正比。每克当量物质参加化学反应时，将产生1法拉第电量。电极上通过单位电量时，在电极上参与化学反应的物质的量，称为电化当量，单位g/Ah。

铅酸蓄电池的成流反应式为:

铅酸蓄电池参与反应的放电物质分别是PbO2、Pb、和纯H2SO4，它们的电化当量分别为4.46 g/Ah、3.864.46 g/Ah、和3.664.46 g/Ah。富液式铅酸蓄电池在放电过程中PbO2和Pb的浓度没法测量，但H2SO4电解液的密度却是可以测量的。放电过程中H2SO4电解液消耗，浓度降低，蓄电池放电量和硫酸密度应该有一定关系。

纯H2SO4的电化当量为3.66 g/Ah。在蓄电池充放电工作过程中硫酸电解液的密度会发生变化。将电化当量进行单位转化，硫酸电解液的电化当量（Ah/L）见表1。

另一方面,要证clcsX{A}⊆,由为(csX,τ)中的闭集,又只需证明A=clX(∪)∈即可。反设clX(∪)∉,即clX(∪)∈csX,由csX∈τ,存在O∈O(X)使得csX=csO。于是clX(∪)∈csO,从而clX(∪)∩O≠Ø,易证(∪)∩O≠Ø,故存在B∈使得B∩O≠Ø。由B∈csX,B∈csO,又csX=csO,B∈csX这与B∈矛盾。

通过直线拟合发现硫酸溶液的电化当量与其密度成线性关系。拟合度R>0.9999。

电化当量与蓄电池容量直接相关，因此可以初步推断，蓄电池容量和硫酸电解液密度之间存在一定规律。按此方向进行相关实验研究。

表1 硫酸溶液的电化当量

2 试验

制造蓄电池试样，进行各种倍率恒流放电，记录放电过程中放电时间、放出容量与对应硫酸电解液密度。

将蓄电池额定容量减去已放出容量，剩下值为可用容量。

不同规格的蓄电池容量是不同的，因此计算放出容量占额定容量百分比、可用容量占额定容量百分比来进行分析。

将蓄电池放电时间、放出容量百分比、可用容量百分比、对应电解液密度记录在表2~表5中。

表2 蓄电池7I10放电数据

表3 蓄电池3I10放电数据

表4 蓄电池1I10放电数据

表5 蓄电池0.25I10放电数据

司家营铁矿出露地层以前震旦岩系、震旦系和第四系为主。前震旦系(Ar)地层构成本区古老的结晶基底，主要由一套变质程度较浅、岩性较简单的变粒岩类、片岩类和石英岩类等组成，混合岩化弱而普遍。震旦系(Z)地层主要为大洪峪组石英砂岩和少量的含燧石条带白云岩及燧石岩。第四系(Q)地层分布广泛。

3 结果

对试验数据进行分析，发现蓄电池放电时间和对应硫酸电解液密度之间存在线性关系。见图1~图4所示。

由于是恒流放电，放电容量与放电时间成正比，因此可以推定蓄电池放电容量和电解液密度之间存在线性关系。

图1 蓄电池7I10放电密度变化曲线

图2蓄电池3I10放电密度变化曲线

图3蓄电池I10放电密度变化曲线

图4 蓄电池0.25I10放电密度变化曲线

进一步分析可用容量和对应硫酸电解液密度之间的关系，发现二者之间同样存在线性关系。具体见图5~图8所示。

4 讨论

由此可以判定铅酸蓄电池恒流放电可用容量与硫酸电解液密度之间存在线性关系。因此可以通过蓄电池电解液密度来判断蓄电池继续进行某倍率恒流放电的可用容量。主要原因就是因为蓄电池容量与硫酸电化当量之间存在线性关系，前面已经进行了分析，在此不用赘述。

图5 蓄电池7I10放电可用容量随密度变化曲线

图6 蓄电池3I10放电可用容量随密度变化曲线

图7 蓄电池I10放电可用容量随密度变化曲线

图8 蓄电池0.25I10放电可用容量随密度变化曲线

对于蓄电池不规律放电，可用容量可以通过恒流放电进行过渡分析。

蓄电池在实际使用中放电是不规律的，即不进行恒流放电。虽然其放电总量可以累计，但由于继续放电时仍是不规律放电，蓄电池还可以放出多少容量无法判定或分析。在设备大功率工作时，蓄电池大电流放电，放电时间较短，由于极化原因电压下降很快，无法继续大电流放电。但是此时蓄电池电解液密度还较高，还可以用相对低的电流放电，设备可以小功率工作，蓄电池还有一定可用容量。

无规律的放电可以用规律放电来分析。变流放电容量可以通过恒流放电来进行过渡分析。即大电流放电到一定电解液密度后，取此密度值在另一倍率放电的密度与容量关系图上读取纵坐标值，即可知道用另一倍率电流放电的可用容量。

5 结束语

蓄电池可用容量和蓄电池电解液密度之间存在线性关系，通过蓄电池电解液密度来判断蓄电池可用容量是可行的，也是科学的。

[1] 桂长清等. 实用蓄电池手册[M]. 北京: 机械工业出版社, 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，硕士，高级工程师。研究方向：铅酸蓄电池。