目前的蓄电池种类非常之多,而且结构形式也各不相同,各个电池的特性差别也很大,分别适用于不同的应用场合和环境;此外,对于同一种类的电池,它的一些性能参数之间也是彼此矛盾的。因此对于某一特定的应用场合,需要对电池做出合理的选择,从而达到预期的效果。通常在对电池进行选用时,需要考滤如下几个主要的性能参数:
1.电池容量
电池容量是非常关键的性能指标,它是指在规定的使用温度、放电电流以及截止电压等条件下,电池从充足电以后放电至截止电压,所能提供的全部电量,对于单位体积质量电池所能释放的电量可以分别称为体积比容量或者质量比容量。电池的容量通常使用AH(安时)为单位,安时指的是放电电流与放电时间的乘积,如在1安电流下,电池可持续放电15小时电池耗尽,则电池的容量规格为15AH。当真正的标识电池的实际容量时,安时必须与电池标称电压相结合以WH(瓦时)才能标识电池的真正意义上的容量。在不同的电池标称电压比较电池容量时,必须将安时转换为瓦时才能比较:
瓦时 = 安时 X 标称电压
实际应用中电池的容量要比理论的容量要低得多,这主要是由于如下原因所致:
(1)电池在制造时,其正负极的活性物质不能按照实际反应成流比率来设计;
(2)由于正负电极活性物质的相互影响,它们的实际利用率是不一样的,其中过量的一种的利用率比较低,另外一种相对比较高;
(3)实际的蓄电池还有板栅、隔板、主柱以及外壳等辅助物件,这些东西也会导致实际的容量要低于理论容量;
(4)在使用过程中,伴随着电池老化,电池的实际容量会有所降低;
2.电池的开路电压
当电池处于开路时(不充电也不放电),电池输出端所输出的电压就称为蓄电池的开路电压,开路电压根据电池的种类和型号的不同而有所不同,开路电压非常接近理论电压,这是因为电池本身的自放电速度比较慢,而且正负电极的可逆度高,所以在实际的使用中可以利用检测开路电压来确定电池是否发生短路和判断电池的乘余容量,甚至可以确定电池的种类。
3.电池的端电压
电池的端电压也称为工作电压,指的是电池在工作时其输出的电压,包括在充电状态和放电状态下的电压。端电压在电池放电时要低于开路电压,在充电时要高于开路电压,其高出和低出的比率和电池的容量、内阻、充放电电流、老化程度相关,一些电池参数手册会标出一定速率放电条件下的开路电压和端电压比。
4.电池的剩余电量(State of Charge: SOC)
在使用蓄电池的时候,剩余电量是非常重要的一个参数,它不仅决定了电池的续航能力,同时还对此时电池的负载能力有非常重要的影响。剩余电量是指在某一个时刻电池所剩的电量与电池额定容量的比值。通常性况下,可以定义当蓄电池充满电的时候,其剩余电量为100%,当电池放电到不能再放出能量的时候,其剩余电量为0%,在实际使用中,电池不应当也无法放电至0%,否则电池可能损坏,通常在设计放电保护电路时,需为电池保留10%-20%的剩余电量。
5.电池内阻
当蓄电池中有电流流过的时候,蓄电池会呈现出一种电阻特性,这种电阻就叫做蓄电池的内阻,蓄电池的内阻是固有的,这是因为电池极板、连接线、甚至电解液本身都有电阻。如果一款电池需要进行大电流放电或大电流充电,那么它的内阻就需要很小,只有内阻变小,其比功率才会随着升高,充电时能够快速积累能量,充电时较短,充电温升和放电温升也会相对较小。对于不同类型的电池来说,内阻跟电池所用电解质的类型有关。
在宏观分析电池特性时,可以认为电池的端电压与电池开路电压的不同是由于电池内阻产生的压降引起,在放电时,由于电流流经电池内阻产生压降导致电池端电压低于开路电压;充电时,电池内阻产生的压降导致电池实际电压低于端电压。
在了解了蓄电池的主要性能参数后,随后的文章我们会开始介绍蓄电池的放电和充电特性。