目前的蓄電池種類非常之多,而且結(jié)構(gòu)形式也各不相同,各個(gè)電池的特性差別也很大,分別適用于不同的應(yīng)用場合和環(huán)境;此外,對于同一種類的電池,它的一些性能參數(shù)之間也是彼此矛盾的。因此對于某一特定的應(yīng)用場合,需要對電池做出合理的選擇,從而達(dá)到預(yù)期的效果。通常在對電池進(jìn)行選用時(shí),需要考濾如下幾個(gè)主要的性能參數(shù):
1.電池容量
電池容量是非常關(guān)鍵的性能指標(biāo),它是指在規(guī)定的使用溫度、放電電流以及截止電壓等條件下,電池從充足電以后放電至截止電壓,所能提供的全部電量,對于單位體積質(zhì)量電池所能釋放的電量可以分別稱為體積比容量或者質(zhì)量比容量。電池的容量通常使用AH(安時(shí))為單位,安時(shí)指的是放電電流與放電時(shí)間的乘積,如在1安電流下,電池可持續(xù)放電15小時(shí)電池耗盡,則電池的容量規(guī)格為15AH。當(dāng)真正的標(biāo)識電池的實(shí)際容量時(shí),安時(shí)必須與電池標(biāo)稱電壓相結(jié)合以WH(瓦時(shí))才能標(biāo)識電池的真正意義上的容量。在不同的電池標(biāo)稱電壓比較電池容量時(shí),必須將安時(shí)轉(zhuǎn)換為瓦時(shí)才能比較:
瓦時(shí) = 安時(shí) X 標(biāo)稱電壓
實(shí)際應(yīng)用中電池的容量要比理論的容量要低得多,這主要是由于如下原因所致:
(1)電池在制造時(shí),其正負(fù)極的活性物質(zhì)不能按照實(shí)際反應(yīng)成流比率來設(shè)計(jì);
(2)由于正負(fù)電極活性物質(zhì)的相互影響,它們的實(shí)際利用率是不一樣的,其中過量的一種的利用率比較低,另外一種相對比較高;
(3)實(shí)際的蓄電池還有板柵、隔板、主柱以及外殼等輔助物件,這些東西也會導(dǎo)致實(shí)際的容量要低于理論容量;
(4)在使用過程中,伴隨著電池老化,電池的實(shí)際容量會有所降低;
2.電池的開路電壓
當(dāng)電池處于開路時(shí)(不充電也不放電),電池輸出端所輸出的電壓就稱為蓄電池的開路電壓,開路電壓根據(jù)電池的種類和型號的不同而有所不同,開路電壓非常接近理論電壓,這是因?yàn)殡姵乇旧淼淖苑烹娝俣缺容^慢,而且正負(fù)電極的可逆度高,所以在實(shí)際的使用中可以利用檢測開路電壓來確定電池是否發(fā)生短路和判斷電池的乘余容量,甚至可以確定電池的種類。
3.電池的端電壓
電池的端電壓也稱為工作電壓,指的是電池在工作時(shí)其輸出的電壓,包括在充電狀態(tài)和放電狀態(tài)下的電壓。端電壓在電池放電時(shí)要低于開路電壓,在充電時(shí)要高于開路電壓,其高出和低出的比率和電池的容量、內(nèi)阻、充放電電流、老化程度相關(guān),一些電池參數(shù)手冊會標(biāo)出一定速率放電條件下的開路電壓和端電壓比。
4.電池的剩余電量(State of Charge: SOC)
在使用蓄電池的時(shí)候,剩余電量是非常重要的一個(gè)參數(shù),它不僅決定了電池的續(xù)航能力,同時(shí)還對此時(shí)電池的負(fù)載能力有非常重要的影響。剩余電量是指在某一個(gè)時(shí)刻電池所剩的電量與電池額定容量的比值。通常性況下,可以定義當(dāng)蓄電池充滿電的時(shí)候,其剩余電量為100%,當(dāng)電池放電到不能再放出能量的時(shí)候,其剩余電量為0%,在實(shí)際使用中,電池不應(yīng)當(dāng)也無法放電至0%,否則電池可能損壞,通常在設(shè)計(jì)放電保護(hù)電路時(shí),需為電池保留10%-20%的剩余電量。
5.電池內(nèi)阻
當(dāng)蓄電池中有電流流過的時(shí)候,蓄電池會呈現(xiàn)出一種電阻特性,這種電阻就叫做蓄電池的內(nèi)阻,蓄電池的內(nèi)阻是固有的,這是因?yàn)殡姵貥O板、連接線、甚至電解液本身都有電阻。如果一款電池需要進(jìn)行大電流放電或大電流充電,那么它的內(nèi)阻就需要很小,只有內(nèi)阻變小,其比功率才會隨著升高,充電時(shí)能夠快速積累能量,充電時(shí)較短,充電溫升和放電溫升也會相對較小。對于不同類型的電池來說,內(nèi)阻跟電池所用電解質(zhì)的類型有關(guān)。
在宏觀分析電池特性時(shí),可以認(rèn)為電池的端電壓與電池開路電壓的不同是由于電池內(nèi)阻產(chǎn)生的壓降引起,在放電時(shí),由于電流流經(jīng)電池內(nèi)阻產(chǎn)生壓降導(dǎo)致電池端電壓低于開路電壓;充電時(shí),電池內(nèi)阻產(chǎn)生的壓降導(dǎo)致電池實(shí)際電壓低于端電壓。
在了解了蓄電池的主要性能參數(shù)后,隨后的文章我們會開始介紹蓄電池的放電和充電特性。