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阀控密封铅蓄电池的开路电压变化规律 通德电.碌梭】I: 2007年1月25日第24卷第1期一 !!墨兰翌竺竺竺』::2:丝2: 文章编号:1009—3664(2007)01—0061—02 阀控密封铅蓄电池的开路电压变化规律 桂长清,柳瑞华 (中船总公司712研究所,湖北武汉430064) 摘要:起动型铅蓄电池的开路电压跟荷电态之间存在线性关系,因而可以根据开路 电压来推断电池的放电容量或荷 电态.阀控密封铅蓄电池的开路电压跟电极表面附近液层中的电解液的密度有关, 但它的放电容量不仅跟电池中参与电 极反应的电解液的量以及活性物质的量有关,而且还深受反应粒子的扩散过程迟 缓性的影响.因而不能直接用开路电压 来推断阀控密封铅蓄电池的放电容量或荷电态. 关键词:VRLA;开路电压;放电容量;荷电态 中图分类号:TM912文献标识码:A OpenCircuitVoltageofVRLABattery GUIChang-qing,LIURui—hua (cssc712ResearchInstitute,Wuhan430064,China) Abstract:Thereisalinearrelationshipbetweenopencircuitvoltage(OCV)andstateofcharge (SOC)forleadacid starterbatterv.soitwOUldbepossibletodeductthedischargingcapacityorSOCfromitsOCV usually.HowevertheOCV ofVRLAbattervwaSrelatedtothedensity(concentration)ofH2SO4electrolytenearthesurf aceOfelectrodesonly,and whichdischargingcapacitywouldbenotonlyrelatedtOthequantityoftheactivematerialsan 1/6页
dH2S04electrolytetaking partinelectrodereactions,butalsobeaffectedbythediffusionproeessrelaxationforalltherea ctingspecies.Forthisrea' sonitwouldbeimpossibletOdeductthedischargingcapacityorstateofchargeforVRLAbatte ryimmediatelyfromits OCVastheleadacidstarterbattery. KeyWOrdS:VRLAbattery)OCV;dischargingcapacity,state0fcharge 起动型铅蓄电池的开路电压与放电容量或荷电态 之间存在着线性关系-1],因而可以从蓄电池的开路电 压去推断它的放电容量或荷电态.那么对于阀控密封 铅蓄电池(VRLA电池)是否也存在着同样的关系呢 我们用不同型号的VRLA电池在不同条件下观察的 结果表明,上述规律性是受到一定限制的.本文将根 据试验结果阐明VRIA电池的开路电压与放电容量 或荷电态的关系,指出它与开口式自由电解液铅蓄电 池的区别,以供有关人员参考. 1试验部分 1.1试验1 将3块6DZM10电动车用密封铅蓄电池串联组成 蓄电池组,在25！30的室温下用5.0A连续放电 至31.5V;停30min,测定开路电压后,叉用5.0A连续 放电至31.5V.如此反复继续下去,直到蓄电池组用 5.0A放电时电压在1min内立即下降到31.5V为止. 1.2试验2 将12V/24Ah的UPS用胶体VRLA电池,采用 某UPS充电方式进行9次充放电,即用3.6A恒电流 充电9h,再在14.4V的条件下浮充5h,然后在24 收稿日期:2006—09—05 作者简介:桂长清(1938一),男,中船712研究所原总工程师, 2/6页
1964年复旦大学电化专业研究生毕业荣获国务院颁发的政 府特殊津贴,主要从事化学电源的研究和设计. '- 25.C的室温下进行10h率放电. 1.3试验3 直接从车间生产线下来的6DZM10电池随机抽 取18只,测定开路电压后,分别在24.C-'--25.C的室 温下进行5A恒电流放电. 2试验结果和讨论 2.1放电过程中电池开路电压的变化 表1列出了一组3块6DZM10电池,在同一周期 内多次放电和中停的条件下,电池组开路电压和放电 容量的变化情况. 裹16DZM10电池组开路电压和放电容量的变化情况 开路电压/V4().434.734.534.434.234.134.033.9 垫皇查曼垒:坠::!::垄:!::!!: 蓄电池组充电末期,电压会升高到45！48V,此 时电极的电化学反应表面附近液层中的HS04浓度 高于隔膜和电极大空隙中的H:So4浓度,停充搁置30 min后,由于扩散作用,使HSO,浓度逐渐趋向均匀, 开路电压逐渐下降~1140.0！40.6V,即单格电池开路 电压平均为2.24-'-,2.26V.6DZM10电池的电解液密 度为1.33g/ml,电池的电动势应当为2.176V(25 ),远低于测得的开路电压值.随着电池静置时间延 长,H:S04浓度的分布接近均匀,电池组的开路电压 会逐渐下降,接近电池电动势值.但这需要很长时间, 甚至数十小时.它表明在VRLA电池中电解液的扩 6】'
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匝媳电l凉技】.: 兰.芏!—兰三釜箜.塑!!!!comPowerTechnologiesJan25,2007,Vo1.24No.1 散是非常缓慢的. 由表1数据可以看出,电池组首次放电到31.5V 时,放出的量为11.54Ah,这要消耗42.2g的纯H2. 原来6DZM10电池每单格加100ml密度为1.33g/rnl 的电解液,其中含57.5g的纯HSO4,那么首次放电后 每单格内电解液中剩有57.5—42.2=15.3(g)的H2 SO4.可以算出此时电池内电解液密度平均值应为 1.087g/ml,相应的单格电池电动势值应为1.943V. 由此可见,放完电的电池组静置半小时后的开路电压没 有达到稳定值1.943x18=34.97(V).虽然如此,但开 路电压却是逐次下降的,并且放电量一次比一次减少. 显然这是由于电池中的H2SO4逐步消耗,使电极表面附 近液层中和电池内部电解液中的HSO4浓度下降引起 的.这从另一方面反映了在?I.A电池中电解液的扩 散过程是非常缓慢的. 2.2不同放电周期中电池开路电压的变化 表2列出了某uPS公司测得的12v/24Ah的阀控 密封铅蓄电池在9次充放电循环过程中,开路电压和放 电时间的变化.可以看出,随着充放电循环过程的进行, 电池的开路电压越来越高,但电池的放电容量却越来越 小.这跟开口式自由电解液铅蓄电池的表现完全不同. 裹212V/24AhVRLA电池的开路电压和放电时间的变化 出现上述现象的根本原因在于?IA电池采用了 紧装配和贫液式结构设计.由于电池的开路电压只与 电极表面附近液层中的电解液密度(H2S04和HO活 [2],电池在充电过程中不断失水,电极表面附近 度)有关 液层中的电解液的密度每次充电都不断升高,那么开路 4/6页
电压数值必然不断升高.但储存在玻璃纤维隔板中的 电解液扩散速度,却较开口式自由电解液铅蓄电池要慢 得多,尤其是在失水情况下更加严重,使电解液中可以 参加放电反应的H2S04量减少,从而降低了电池的放电 容量.由此可见,IA电池的放电容量,不仅跟电极 表面附近液层中的电解液的密度和电池中电解液的量 有关,而且还受反应粒子的扩散过程迟缓性的影响. 实际上也观察到,将上述电池每单格添加25ml 的水,经补充电后,其开路电压又降到了12.86V,用 2.4A电流放电,其放电时间又可恢复到10h. 考虑到VRIA电池失水后会使内阻增大,文献[3, 4]提出用开路电压和内阻联合法来评估铅蓄电池的荷 电态,值得参考.即如果测得的VRIA电池的开路电 压较高,但它的内阻并未增大,则表明电池没有失水,其 放电容量是会有保证的;相反,如果测得的VRLA电池 的开路电压较高,并且它的内阻也有显着增大,则表明 电池出现失水,结果必然使电池放电容量下降. 62? 2.3同一批新电池的开路电压的变化 从同一批生产的6DZM10电池,随机抽取18只, 其开路电压与5A恒电流放电时间如表3所示.可以 看出,两者并不存在什么规律性. 表3新的6DzM10电池开路电压和5A放电时间 6D10这种阀控密封铅蓄电池的结构特别紧凑,极 群上部的空间很小,使得电池加酸特别困难,各个单隔内 实际吸收的电解液量很难完全一致,电解液扩散速度也 不可能完全相同,其放电容量难免会有差别.再加上开 路电压的数值也会受到测量时间的影响,那么表1反映 5/6页 |
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