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蓄电池充放电期间的最大温升

放电期间的最大温升

要检验用极高倍率放电时(甚至短路时)可能出现的热效应,可以使用一个起动蓄电池的数据。这样一个12V/40Ah蓄电池含能量是480Wh,即0.5kWh左右。起动蓄电池的比能量大约35Wh/kg,所以这个蓄电池的重量是14kg。因比热是1kJ/(kgK),蓄如果能量全部转变成热(0.5kWh=1800kJ)并且没有条件散电池的热容量是14kJ/K。热(绝热),湿度的增加量为:

(4.31)

AT=1800/14=129℃

这是一个理论值。实际上以这样高的倍率放电时,只有-一小部分能量能释放出来,这主要是因为硫酸铅(PbSO。)沉积在活性物质的表面,形成阻碍进一步放电的阻挡层,所以剩余能量只能在相当低的倍率放电时才能释放出来。当上述蓄电池在50℃下用200A的电流放电时(高温起动试验[16)),在大约5分钟时间内,由于内阻增加,电压降至1V(单体电池)。只有42%的额定容量(200x5/60=17Ah)得以利用。若平均放电电压为1.65V(单体电池)时,即电压降是0.45V(单体电池),焦耳效应产生的能量为每只单体电池200×0.45×5/60=7.5Wh,或每只蓄电池45Wh。可逆热效应一定与平衡条件下(=2V/单体电池)的放电有关,所以放出17Ah的电量相当于释放了34Wh的可逆能量,每只单体电池的可逆热效应达到34×0.035=1.2Wh(放电能量的3.5%)或每只整体电池7.2Wh。它使产生的热量总共降至38 Wh。

当再一次忽略散热损失的热量时(绝热),38Wh会使温度上升:

AT=38×3600/14×1000=9.8℃

(4.32)

在这个起动试验中,负载电阻使大约78%的总输出能量发生了转变。真正发生短路时,这个比例会更低,电流会更大。所以当电流加倍时,预计电压降会加倍,产生的能量是4倍(AE和i加倍)。那么,50%的能量在负载电阻中转变。但因放电时间明显减少,估计产生的总能量只能加倍。当继续发生短路时,在这样的低电压下,剩余能量释放出来,散热或多或少能与产生的热达到平衡。这个估算表明铅酸蓄电池不会通过自己的放电使温度升至造成损坏的温度。甚至在短路放电和不能散热的情况下,预计温度上升不超过30℃。这并不意味着负载大于规定限制时不会有引起破坏的危险。内部连接条或端子可能由于融化而断开,火花可能会点燃蓄电池上部的爆炸性气体混合物。

充电期间的温升

充电期间产生热要重要的多,甚至会发生危险,其原因有三:父充电能量来自于外部能源并且一般不受限制。所以充电时间可以人为地延长,甚至没有限制,如同固定型蓄电池进行浮充电那样。

父水分解、特别是内部氧循环是过充电期间的主要反应,这些副反应会产生不少热量。父可逆热效应可放出有限的但是额外的热量。绝热条件下最大热效应的估算只是对固定的充电时间才有意义。固定型蓄电池进行连续浮充电时,在绝热条件下若有足够长时间的充电,甚至产生的最小热量也会使蓄电池的温度升高至不能接受的程度。

假定是在绝热过程中进行充电。排气式蓄电池的数值,温度的上升与实际经验相符,即大型富液牵引蓄电池的充电会使温度升高12℃。表4-16中阀控式蓄电池温度升高的幅度要小,这要归因充电过程的优化。但是在一般情况下,由于内部氧循环产生的热量较高,阀控式蓄电池会有更危险的热问题发生。为此,蓄电池的生产者有时会限制阀控式牵引蓄电池的尺寸,使其达最大的储能量。

在正常的浮充电条件下,产生的热量很小。排气式和阀控式铅酸蓄电池的估计生热值,它们是根据一般浮充电流的大小和温度每升高10℃电流增加一倍的规律计算的。关于比表面积,最小的数值以估算最坏的情况。

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