铅酸蓄电池放电时间计算方法 (铅酸电池的充放电损耗)

铅酸蓄电池充电时,充电量转换为储电量,充电内阻损耗和析气功耗;蓄电池放电时,储电量转换为放电量和放电内阻损耗;析气功耗根据转恒压时的单体电压,充电电流,析气电压和析气时间估算;充电内阻损耗根据转恒压时的充电电流,电池内阻和充电时间估算

1 充放电过程等效电路和能量转换

1)充电电压U=E+IR,功率P=IU=IE+I²R,∫IUdt=充电量,∫I²Rdt=内阻损耗(热能),∫IEdt=储电量+析气功耗(热能)

2)储电量=充电量-充电内阻损耗-析气功耗

3)充电过程储电位上升,H2SO4浓度上升,蓄电池常温内阻上升

4)充电热量来源于内阻损耗和析气功耗,温度上升导致:储电位下降,内阻上升,析气电压下降

5)放电电压U=E-IR,功率P=IU=IE-I²R,∫IUdt=放电量,∫IEdt=储电量,∫I²Rdt=内阻损耗(热能)

6)放电量=储电量-放电内阻损耗

7)放电过程储电位下降,H2SO4浓度下降,蓄电池常温内阻下降

8)放电热量来源于内阻损耗,温度上升导致:储电位下降;内阻上升;放电电压下降;

9)充放电效率=放电量/充电量,充放电内阻损耗=充电量-放电量-析气功耗

铅酸蓄电池内阻与寿命的关系曲线,铅酸蓄电池放电时间计算方法

2 析气功耗和充电内阻损耗估算

充电量和放电量采用曲线功率计直接测量;或者根据充电和放电时的电流和电压进行估算

1)析气功耗:根据转恒压时的充电电流,单体电压,析气电压和析气时间进行估算

2)充电内阻损耗:根据转恒压时的充电电流,电池内阻和充电时间进行估算,充电内阻损耗系数Ki=(充电时间-0.9储电前期时间)×(转恒压时I)^(2+a),a取(0.1~0.4)

铅酸蓄电池内阻与寿命的关系曲线,铅酸蓄电池放电时间计算方法

3 试验过程说明

1)海宝路霸4820旧电池组,恒流模式和恒功率模式的放电量相同(870Wh)

2)恒流储电模式充放电至少三次,记录充电时间、充电电流、单体电压、充电量等参数

3)恒功率储电模式充放电至少五次,记录充电时间、充电电流、单体电压、充电量等参数

3·1 恒流储电模式充放电数据

1)放电时间110.7分钟,放电量871.40Wh

2)充电时间395分钟,充电量960.16Wh

铅酸蓄电池内阻与寿命的关系曲线,铅酸蓄电池放电时间计算方法

3·2 恒功率储电模式充放电数据

1)放电时间110.2分钟,放电量871Wh

2)充电时间388分钟,充电量932.51Wh

铅酸蓄电池内阻与寿命的关系曲线,铅酸蓄电池放电时间计算方法

4 析气功耗估算过程(以1#单体恒流模式充电为例)说明如下

1)1#单体内阻小温升低假设析气电压14.10V

2)储电期的析气时间大概5分钟

3)转恒压时电流3.09A,电压14.32V

4)转恒压时的析气功率(最大)

Pmax=3.09^2×(14.32-14.10)=2.1W

5)恒压期充电时间77分钟,假设转灯时P=0.57Pmax=1.2W

6)1#单体的析气功耗

=(0.5×2.1×5+0.5×(2.1+1.2)×77)÷60=2.21Wh

5 充放电过程内阻损耗估算说明

1)恒流模式充电时间395min,储电前期时间270min,转恒压时电流3.09A,充电内阻损耗系数K1=(395-243)×3.09^(2.2)=1819

2)恒功率模式充电时间388min,储电前期时间283min,转恒压时电流2.55A,充电内阻损耗系数K2=(388-255)×2.55^(2.2)=1043

3)恒流模式充电量960.16Wh,放电量871.4Wh,析气功耗19.65Wh,充放电内阻损耗=960.16-871.4-19.65=69.11Wh

4)恒功率模式充电量932.51Wh,放电量871Wh,析气功耗9.58Wh,充放电内阻损耗=932.51-871-9.58=51.93Wh

5)两种储电模式的放电量相同,放电内阻损耗相同,恒功率充电内阻损耗=(恒流内阻总损耗-恒功率内阻总损耗)/(K1/K2-1)=(69.11-51.93)÷(1,819÷1,043-1)=23.10

6)恒功率放电内阻损耗=恒流放电内阻损耗=51.93-23.10=28.83

7)恒流模式的充电内阻损耗=69.11-28.83=40.28

6 充放电内阻损耗和析气功耗对比

恒功率模式优于恒流模式

1)放电量(871Wh)相同,充电量下降27.65Wh,恒流960.16Wh恒功率932.51Wh,

2)总析气功耗减少10.07Wh,恒流19.65Wh恒功率9.58Wh;单体析气功耗差别下降3.67Wh,恒流4.49Wh恒功率0.82Wh

3)放电内阻损耗(28.83Wh)相同,充电内阻损耗减少17.18Wh,恒流40.28Wh恒功率23.10Wh

铅酸蓄电池内阻与寿命的关系曲线,铅酸蓄电池放电时间计算方法