舰船应急电源铅酸蓄电池容量检测方法

舰船应急电源铅酸蓄电池容量检测方法

一、电池铅酸蓄能池的基本电性能1.硫酸转变法正负负磷酸电池的主要成分是铅，由于液位是硫酸，因此也被称为酸电池。铅蓄电池的充、放电是靠蓄电池内部化学物质的可逆反应来完成的。放电时,负极板上海绵状的铅和正极板上的二氧化铅都逐渐转变成硫酸铅,同时消耗一部分硫酸,增加了一部分水,电解液的浓度减小,密度降低。充电时,随着电流的通过,负极板上的硫酸铅转变成深灰色的海绵状的铅,正极板上的硫酸铅转变成黑褐色的二氧化铅,溶液中有硫酸生成,电解液中硫酸的成分增加,水分减少,电解液浓度增加,密度升高。故可以用测量密度的方法来判断电池的充、放电程度。2.放电时电池电势下降铅蓄电池在充好电后其电势约为2.1～22V,开始放电时,其电势为ZV左右。充电时,电势升高,一直升到2.5～26V。如继续充电,因极板上的有效物质已全部还原完毕,水的分解也渐趋于饱和,这时电解液只见沸腾而电压却稳定在2.7V左右不再增加。停止充电后,电池电势将骤降至2.3V,最后电势又将稳定在2.1～2.2V左右。放电时,电势骤降至2～2.05V。随后在很长一段时间内,电势下降相当缓慢而平稳,当放电到某一电压(即终止电压)之后,电池电势开始急剧下降,这是放电完毕的象征。但由于蓄电池放电时有“休息”现象,所以断路电池的电势不能表示放电程度。3.温度对电解温度的影响铅蓄电池发热的因素有以下几个:铅蓄电池存在一定的内阻,通过电流产生内阻热。铅蓄电池具有这样一些性质,放电时,电势下降,要吸收一部分变成电能输出,因此会促使电解液温度下降;充电时,电势升高,可逆地消耗一部分能放出同样的热量,使电解液的温度升高。硫酸和水混合使硫酸得到稀释,要放出热量。蓄电池在充电时,孔隙内形成的硫酸向孔隙外扩散并稀释,稀释热促使电解液温度升高。电能用于电解水也要产生一部分热量,使电解液温度升高。铅酸蓄电池正常运行的温度是20～50℃,温度过高对电池的容量和寿命都会产生极其不利的影响。最佳运行温度是25℃,当温度每升高5℃,蓄电池的使用寿命就会降低10%。4.电解乳液的氧化反应由于蓄电池的充、放电过程中,硫酸和水都参与了反应,这样势必会导致电解液液面的升高和降低。船用铅酸蓄电池规定电解液液位应高出30nun～75Innl,但不能超出这个范围。二、电池容量1.放电电流c的测量蓄电池的容量概念与一般电气设备不同。所谓蓄电池的容量是指充好电的电池,保持放电电流不变,放电至规定的最终电压时,所放出的总电量或总电能(功)。当蓄电池以恒流放电时,它的容量等于放电电流I和放电时间t(小时)的乘积,单位为安时,即:C=Iptp(安时)(2.1)如果放电电流不是定值,那么蓄电池的容量为:容量的另一种表示方法叫瓦时容量。它的值为安时容量与放电期间平均电压的乘积,即:W=CUcp=IptpUcp(2.3)2.密度对蓄电池电解容量的影响单体铅酸蓄电池充满电后,容量大致在10300安时。其容量在一定限度内(实际应用范围内)随密度的增加而增加,但有一定的范围,超过一定范围容量就开始减少(图2.3所示是蓄电池电解液密度与放出容量的关系曲线图)。蓄电池的容量检测是人们普遍关注的问题,本文采用最直观的密度法来检测蓄的容量。三、测试铅酸蓄能池容量的方法研究1.铅酸蓄电池电量监测现状欲提高铅酸蓄电池的寿命特性,除需对生产技术要素进行改进外,电池的使用管理也是一个很重要的环节,有效的电池管理系统会有利于电池寿命的提高。实现电池能量管理系统的各种功能的基础,首先要正确判断电池的荷电状态。对蓄电池的剩余容量的准确估计,已成为舰船铅酸蓄电池能量管理系统的中心问题。当前,对铅酸蓄电池电量监测的方法一般比较单一,虽然有的开始时对铅酸蓄电池的剩余容量的估计比较准确,但随着温度变化、蓄电池的老化,估计的误差会变得非常大。从有关论文和试验来看铅酸电动势变换大概有以下趋势:(1)电动势随着放电过程的进行而降低,并且对放电电流下,电动势的下降速度是不同的,这个变化过程很复杂,很难用一条曲线描述。(2)铅酸蓄电池的内阻变化状况和它的电动势变化类似,也是随着放电阻增加。变化过程也十分复杂,在不同的电流下的变化也是非常复杂的。(3)铅酸蓄电池的电容随着放电的变化趋势,以及铅酸蓄电池的剩余容量变化趋势,都呈现出不规则的状态。因此,对铅酸蓄电池的内部以及确定蓄电池的剩余容量、确定充放电的上下限比较困难。在舰船中,由于不能正确估计蓄电池的剩余容量而导致蓄电池造成损害,使得蓄电池低,寿命大大减少。2.内阻法:在船船放电时的放电内阻,比船即通过检测开路电压来得到剩余容量的大小。因为铅酸蓄电池的剩余容量与它的开路电压有一定的正比关系,通过检测开路电压就能够直接得到剩余容量的大小,船用蓄电池要求在充放电过程中也能准确的显示剩余容量,而充放电进行的过程中开路电压是无法检测到的。虽然这种方法能够直接比较准确的得到剩余容量的百分比数,但由于额定容量绝对值是随着温度、电池退化等因素变化使得这种方法一般用于UPS蓄电池。即检测铅酸蓄电池在恒流放电时的端电压。这种方法比较准确,但舰船在行驶的过程中是变负载的,铅酸蓄电池的放电电流不是恒定的。这种方法不太适合船用蓄电池的容量检测。通过计算铅酸蓄电池的内阻来推算剩余容量。这种方法实现比较困难,因为电池的工作条件对电池的内阻影响很大,内阻的计算需要考虑电动势的大小、端电压、放电电流值,在船的实际行驶的过程中,电流的变化是相当复杂的,计算起来比较复杂。另外,在放电的初期内阻随放电率的变化并不明显,即在电池放电的前期,应用内阻法是不准确的。内阻法也不太适合船用蓄电池的容量检测。即检测铅酸蓄电池中溶液的密度,因为铅酸蓄电池的剩余容量跟它的电解液密度有一定的关系,通过测量电解液密度来得到剩余容量,这种方法准确可靠,特别适合于船用铅酸蓄电池的容量检测。上面介绍了铅酸蓄电池容量计算的几种常用方法,由于不同蓄电池的特性不同,应根据电解液密度与容量的关系,间接测量蓄电池的容量。由于蓄电池的实际容量受很多因素的影