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铅酸蓄电池的充放电过程是一种什么反应(铅酸蓄电池的充放电原理是什么)

导语:铅酸蓄电池充放电过程物理参数和相关名词说明

铅酸蓄电池不耐用的原因,除了无镉化和电池减重,电池组的单体数量和充电器的储电方法影响蓄电池的使用寿命。敬请参阅【铅酸蓄电池充电方法严重影响循环次数】

蓄电池极板无镉化后,硫酸铅晶体容易变粗变大,硫化速度加快,使用寿命缩短

蓄电池减重后,重量轻极板薄,内阻大容量低,温升高容量下降快,使用寿命短

电池组由几只12V的电池串联,真正的害群之马是单体电池硫化:硫化单体储电期和恒压前期电压上升量逐步减少,充电更加不足硫化速度更快;其它单体储电期和和压前期电压上升量逐步增加,过度充电增加内阻上升更快

电池组串联的单体数量越多,高电压单体数量增加,低电压单体的电压下降越快,硫化速度加快,电池组寿命缩短

铅酸蓄电池通常采用【恒流+恒压+浮充】三段式智能充电:新电池单体电压差别小,充放电次数增加,单体电压差别逐步变大;最低电压由14.55V逐步下降到小于14.45V,充电不足储电少,内阻小温升低放电多,充放电后PbSO4含量高,硫酸铅晶体容易变粗变大硫化

【1】充放电过程物理参数

时间,电流 I ,电压U,储电位{电动势}E,内阻R,温升,析气电压Ux

电池组所有单体的充电时间和电流相同;储电位和内阻差别引发电压和温升差别;电压和温升差别导致储电量和内阻上升速度差别

【2】热量来源和温升危害

充放电过程化学反应方程式

PbSO4+2H2O+PbSO4==PbO2+2H2SO4+Pb

1)充电过程:U=E+IR,电能转化为化学能

储电位E上升,H2SO4浓度上升,内阻上升

电压上升到析气电压{常温14.10V}析气开始

析气功耗大失水量多,H2SO4浓度高内阻大

能量损耗=内阻损耗+析气功耗,转化为热能

温升高的危害:温度上升,内阻上升,储电位下降,析气电压下降,充电多能耗大储电少

2)放电过程:U=E-IR,化学能转为电能

内阻损耗转为热能

温升高的危害:温度上升,储电位下降,内阻上升,放电电压下降快放电量少

【3】充放电过程能量转换

充电量=放电量+充放电内阻损耗+析气功耗

1)充电量=储电量+析气功耗+充电内阻损耗

功率P=IU=IE+I²R,∫IUdt=充电量

∫IEdt=储电量+析气功耗,∫I²Rdt=内阻损耗

析气功耗=∫I²(U-Ux)dt,常温Ux=14.10V

储电量=∫IEdt-析气功耗=∫IUdt-能量损耗

能量损耗【内阻损耗+析气功耗】转化为热能

2)放电量=储电量-放电内阻损耗

功率P=IU=IE-I²R,∫IUdt=放电量

∫I²Rdt=内阻损耗转化为热能

【4】三段式智能充电说明

蓄电池采用【恒流+恒压+浮充】三段式充电

新电池储电位高内阻差别小,单体充电电压差别小,最低14.55V,最高14.85V

随着充放电次数增加,单体电池的电压差别逐步变大,最低小于14.45V充电不足,最高大于14.85V过度充电

1)恒流期单体充电电压主动上升

恒流前期:储电位低内阻小,温升低内阻分压上升慢,充电电压上升慢

恒流后期:储电位高内阻大,充电电压大于14.10V,析气功耗转为热能,温升高内阻分压上升快,充电电压上升快

转恒压电压:14.5V✖️单体数量

过度充电单体:失水多内阻大,内阻损耗∫I²Rdt大,温升高内阻分压上升快,电压上升快率先进入析气,温升更高充电电压上升更快,转恒压时电压大于14.65V

充电不足单体:失水少内阻小,内阻损耗∫I²Rdt小,温升低内阻分压上升慢,充电电压上升缓慢,转恒压时电压小于14.45V

2)恒压期单体充电电压被动升降

能量损耗{内阻损耗+析气功耗}正比于电流的平方,恒压期电流下降发热减少,温度下降导致储电位上升内阻下降

过度充电单体:转恒压时储电位比较高,内阻大温升高;恒压前期温度下降快,储电位上升多内阻分压下降少,电压上升量逐步增加;恒压后期温度继续下降,储电位上升少内阻分压下降多,电压平稳或者下降

充电不足单体:转恒压时储电位低,内阻小温升低;恒压前期温度下降少,储电位上升少内阻分压下降多,电压上升量逐步减少;恒压后期温度变化少、储电位和内阻分压变化少,电压平稳或者上升

【5】充电不足硫化 过度充电内阻大

蓄电池硫化:附着在极板上的硫酸铅晶体过多过密,逐步粗化堵塞极板上的孔隙,活性物质和电解液被隔离开来,储电能力下降

1)充电不足单体PbSO4含量高易硫化

充电电压低于14.45V的单体电池,充电不足PbSO4的化学反应不充分,充电后吸附在极板上的PbSO4含量多

充电不足单体:累计失水量少内阻小,电池发热少温升低,储电位下降少内阻上升少,放电电压高放电量多,放电后PbO2和Pb含量少,吸附在极板上的PbSO4含量多

充放电后PbSO4含量高,蓄电池不工作时,硫酸铅晶体容易变粗硫化,堵塞极板上的间隙孔导致储电能力下降

2)过度充电单体累计失水多内阻大

充电电压大于14.85V的单体电池,过度充电析气功耗大析气量多,累计失水多H2SO4浓度高内阻大,储电量随内阻上升而下降

3)充电不足和过度充电狼狈为奸

一旦出现充电不足硫化单体,就会产生过度充电内阻大单体;电池组储电位之和下降快,单体内阻和温升差别大,恒压期逐步延长

充电不足单体再充电电压下降,恒压期延长;过度充电单体再充电电压上升,过度充电时间延长,过度充电增加内阻上升更快

过度充电单体内阻上升更快,再充电电压上升更快;充电不足单体再充电电压更低,充电更加不足硫化更快

【6】【转灯无望】引发【热失控】

充电不足单体储电位下降多内阻上升少,过度充电单体储电位下降正比于内阻上升

储电位下降多,单体内阻和温升差别大,恒压期逐步延长发展到转灯无望

转灯无望电流上升到2.0A出现充电异常;异常继续充电产生热失控

1)恒压期【转灯无望】{以6020为例}

恒压期电流 I ={73.5-ΣEi)/ΣRi

硫化单体:储电位低,温升低内阻小

内阻大单体:储电位低,温升高内阻更大

储电位之和ΣEi低:恒压前期上升慢,恒压后期上升缓慢或者不再上升

{73.5-ΣEi}数‬值‬大‬:恒‬压‬前‬期‬下降慢,恒压后期下降缓慢或者不再下降

内阻之和ΣRi大‬:恒压前期下降快,恒压后期下降缓慢或者不再下降

充电电流 :恒压后期不再下降或者反而上升,不再下降电流大于0.6A充电器不转灯

2)【充电异常】继续充电引发【热失控】

充电不足硫化加深,过度充电内阻变大,储电位之和逐步‬减少,转灯无望电流逐步上升到2.0A出现充电异常

异常继续充电引发热失控,充鼓处于高温高电压高电流状态下的过度充电单体

【7】充放电过程相关名词

充电电压U=E+IR,充电量=∫IUdt

放电电压U=E-IR;放电量=∫IUdt

内阻损耗=∫I²Rdt;析气功耗=∫I²(U-Ux)dt

储电量=∫IEdt-析气功耗=充电量-能量损耗

能量损耗{内阻损耗+析气功耗}转化为热能

温度上升:内阻上升,储电位和析气电压下降

温升高的危害:充电时充电量多,能量损耗大储电量少;放电时电压下降快放电量少

【恒流+恒压+浮充】三段式充电

恒流期电压主动上升,恒压期电压被动升降

低电压单体:恒流期和恒压前器电压上升量逐步减少,充电电压逐步下降

高电压单体:恒流期和恒压前期电压上升量逐步增加,充电电压逐步上升

单体电池合理充电电压:14.60V~14.80V

充电不足:充电电压小于14.45V

过度充电:充电电压大于14.85V

电池硫化:充电不足单体充放电后PbSO4含量高,附着在极板上的硫酸铅逐步增加,蓄电池不工作时硫酸铅晶体逐步粗化,堵塞极板上的孔隙,活性物质和电解液被隔离开来,蓄电池的储电能力下降

电池内阻大:过度充电单体析气功耗大,累计失水量多,H2SO4浓度高,内阻上升快

转灯无望:充电不足与过度充电共存,储电位之和下降快,单体内阻和温升差别大,恒压期电流下降逐步减慢发展到不可能下降到0.6A,充电时间逐步延长发展到不转灯

充电异常:转灯无望电流逐步上升到2.0A

热失控:异常继续充电充鼓过度充电单体

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