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蓄電池充放電期間的最大溫升

放電期間的最大溫升

要檢驗用極高倍率放電時(甚至短路時)可能出現的熱效應,可以使用一個起動蓄電池的數據。這樣一個12V/40Ah蓄電池含能量是480Wh,即0.5kWh左右。起動蓄電池的比能量大約35Wh/kg,所以這個蓄電池的重量是14kg。因比熱是1kJ/(kgK),蓄如果能量全部轉變成熱(0.5kWh=1800kJ)并且沒有條件散電池的熱容量是14kJ/K。熱(絕熱),濕度的增加量為:

(4.31)

AT=1800/14=129℃

這是一個理論值。實際上以這樣高的倍率放電時,只有-一小部分能量能釋放出來,這主要是因為硫酸鉛(PbSO。)沉積在活性物質的表面,形成阻礙進一步放電的阻擋層,所以剩余能量只能在相當低的倍率放電時才能釋放出來。當上述蓄電池在50℃下用200A的電流放電時(高溫起動試驗[16)),在大約5分鐘時間內,由于內阻增加,電壓降至1V(單體電池)。只有42%的額定容量(200x5/60=17Ah)得以利用。若平均放電電壓為1.65V(單體電池)時,即電壓降是0.45V(單體電池),焦耳效應產生的能量為每只單體電池200×0.45×5/60=7.5Wh,或每只蓄電池45Wh。可逆熱效應一定與平衡條件下(=2V/單體電池)的放電有關,所以放出17Ah的電量相當于釋放了34Wh的可逆能量,每只單體電池的可逆熱效應達到34×0.035=1.2Wh(放電能量的3.5%)或每只整體電池7.2Wh。它使產生的熱量總共降至38 Wh。

當再一次忽略散熱損失的熱量時(絕熱),38Wh會使溫度上升:

AT=38×3600/14×1000=9.8℃

(4.32)

在這個起動試驗中,負載電阻使大約78%的總輸出能量發生了轉變。真正發生短路時,這個比例會更低,電流會更大。所以當電流加倍時,預計電壓降會加倍,產生的能量是4倍(AE和i加倍)。那么,50%的能量在負載電阻中轉變。但因放電時間明顯減少,估計產生的總能量只能加倍。當繼續發生短路時,在這樣的低電壓下,剩余能量釋放出來,散熱或多或少能與產生的熱達到平衡。這個估算表明鉛酸蓄電池不會通過自己的放電使溫度升至造成損壞的溫度。甚至在短路放電和不能散熱的情況下,預計溫度上升不超過30℃。這并不意味著負載大于規定限制時不會有引起破壞的危險。內部連接條或端子可能由于融化而斷開,火花可能會點燃蓄電池上部的爆炸性氣體混合物。

充電期間的溫升

充電期間產生熱要重要的多,甚至會發生危險,其原因有三:父充電能量來自于外部能源并且一般不受限制。所以充電時間可以人為地延長,甚至沒有限制,如同固定型蓄電池進行浮充電那樣。

父水分解、特別是內部氧循環是過充電期間的主要反應,這些副反應會產生不少熱量。父可逆熱效應可放出有限的但是額外的熱量。絕熱條件下最大熱效應的估算只是對固定的充電時間才有意義。固定型蓄電池進行連續浮充電時,在絕熱條件下若有足夠長時間的充電,甚至產生的最小熱量也會使蓄電池的溫度升高至不能接受的程度。

假定是在絕熱過程中進行充電。排氣式蓄電池的數值,溫度的上升與實際經驗相符,即大型富液牽引蓄電池的充電會使溫度升高12℃。表4-16中閥控式蓄電池溫度升高的幅度要小,這要歸因充電過程的優化。但是在一般情況下,由于內部氧循環產生的熱量較高,閥控式蓄電池會有更危險的熱問題發生。為此,蓄電池的生產者有時會限制閥控式牽引蓄電池的尺寸,使其達最大的儲能量。

在正常的浮充電條件下,產生的熱量很小。排氣式和閥控式鉛酸蓄電池的估計生熱值,它們是根據一般浮充電流的大小和溫度每升高10℃電流增加一倍的規律計算的。關于比表面積,最小的數值以估算最壞的情況。

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