阀控式铅酸蓄电池充电效率检测及分析

阀控式铅酸蓄电池充电效率检测及分析

宿站寰󰀁汪笃达

(黄山市美达电器有限公司,安徽歙县245200)

摘要:通过对阀控铅蓄电池充电效率的检测,发现随着充电状态的加深,蓄电池充电效率相应下降。当󰀂50%充电状态时,蓄电池充电效率一般都能达到100%。另外,试验还发现,蓄电池充电效率的高低与蓄电池初期容量衰减程度有一定的关系。

关键词:充电状态;充电效率;充电接受能力;阀控式铅蓄电池

中图分类号:TM910󰀁7󰀁文献标识码:B󰀁文章编号:1006-0847(2002)02-0060-02

TestandanalysisforchargingefficiencyofVRLAbatteries

XUZhan󰀂huan,WANGDu󰀂da

(HuangshanMeidaElectricApparatusCo.,Ltd.,Shexian,Anhui245200,China)

Abstract:IthasbeenrevealedinthetestforchargingefficiencyofVRLAbatteriesthatthechargingefficien󰀂cyofbatteriesisdecreasedwithdeepeningofSoC(stateofcharge).Ingeneral,100%ofthechargingeffi󰀂ciencycanbeachievedwhenSoCisat󰀂50%.Inaddition,wehavefoundthatthechargingefficiencybearsacertainrelationtotheinitialcapacityfading.

Keywords:stateofcharge(SoC);chargingefficiency;capabilityofchargeacceptance;VRLAbattery1󰀁前言

铅酸蓄电池做为一种二次电源,即是把外界电能转变为蓄电池内部的化学能,然后,再把化学能转变成为电能释放出来。蓄电池能量的可逆程度,一般通过充电效率来体现。充电效率是指蓄电池放电时提供的电量与在规定条件下,恢复到放电前初始荷电状态时,所充入电量之比。在国内现行蓄电池标准中,没有对充电效率性能制定具体要求,因此,很少对蓄电池充电效率进行过检测。在研制开发太阳能光伏系统用密封铅酸蓄电池中,通过查阅有关资料,对这项技术性能有了一定认识,并对不同厂家(其中还有外国知名公司在国内合资企业)生产的阀控密封铅酸蓄电池(12V中密)的充电效率进行了检测对比。发现充电效率的高低,对蓄电池的容量及寿命有一定影响,尤其是蓄电池在深放电情况下或在不完全充电状态下运行,对其寿命的影响会更大。因此,与蓄电池界同仁共同探讨影响充电效率的诸因素,解决提高蓄电池充电效率,

收稿日期:2002󰀂05󰀂20󰀁60

延长其寿命这一阀控密封式铅酸蓄电池技术改进的重要课题。2󰀁充电效率检测

目前,掌握两种充电效率的检测方法,并分别进行了检测。

试验设备:󰀁C󰀂XCF微电脑蓄电池循环充放电测试仪。

环境温度:25 2!恒温水浴槽(实测温度均为26!)。

2󰀁1󰀁日本GS公司曾受电力研究所的委托,在对太阳能发电系统用铅酸蓄电池调查与检测报告[1]

中,提供了蓄电池充电效率检测方法:

∀放电(5HR)#∃充电(10HR)#%放电(5HR)

说明:a.HR(hourrate)表示小时率;

b.10HR电流为0󰀁1C10A,放电终止电压为10󰀁8V;

5HR电流为0󰀁18C10A,放电终止电压为10󰀁5V;

c.∃充电量=∀放电量100%

ChineseLABATManNo󰀁2,2002󰀁

󰀁阀控式铅酸蓄电池充电效率检测及分析交流与探讨󰀁

充电效率=

%放电量(Ah)

&100%

∃充电量(Ah)表1

3󰀁检查分析

3󰀁1󰀁表1中检测数据表明蓄电池以5小时率容量放电后,在完全充电状态下的充电效率,据资料介绍:蓄电池充电效率一般都在90%以上,日本GS

测试结果如表1所示。

电池编号充电放率

K∋0494󰀁3%

K∋0592%

K∋0692󰀁2%

公司SRE500(2V500Ah)蓄电池使用前充电效率为99󰀁1%,使用23个月后充电效率为100%,表明受试电池与该电池充电效率尚有一定距差。3󰀁2󰀁第2󰀁2款检测方法跟第2󰀁1款不同之处是蓄电池在不完全充电状态下的充电效率。根据IEC标准要求,密封铅酸蓄电池的充电效率:

<50%充电状态#>95%75%充电状态󰀁#>90%90%充电状态󰀁#>85%

表2中测试数据表明:各受试电池充电效率均能达到或超过标准要求。

当󰀂50%充电状态时,受试电池充电效率均为100%,说明此时100%的电能都转化为化学能,然后,又把全部化学能转变成电能输出。(永动机)式的能量转换似乎不可思议,但是,随着充电状态加深,蓄电池充电效率相应下降,根据蓄电池充放电机理,显而易见在情理之中。不同蓄电池当∗75%充电状态,充电效率性能就显示出了差别,从而在一定程度上也就反映出了产品质量的优劣。

2󰀁2󰀁参照IEC太阳能光伏系统用二次电池∋∋∋一般要求和试验方法,并根据对该标准的理解,蓄电池充电效率检测方法:

∀放电(实放容量Ce)#∃充电#%放电

说明:a.充、放电均采用10小时率,即充(放)电

电流为0󰀁1C10A,放电终止电压为10󰀁8V.b.依次检测蓄电池在50%、75%、90%充电状态下的充电效率。

[2]

当∀放电结束后计算实放容量Ce,随后,计算出∃充电量:0󰀁5Ce、0󰀁75Ce、0󰀁9Ce,并换算出各充电时间(&h&min&s),最后按∃、%充放电程序,把电流值、充电时间、放电终止电压等参数,输入到测试仪的微电脑中,并进行循环测试。

%放电量(Ah)充电效率=∃充电量(Ah)&100%测试结果列于表2。

表2

电池

容量(%)

充电效率(%)

试验后容量(%)86󰀁799󰀁8102󰀁8104󰀁7

编号第1次第2次第3次50%充75%充90%充

电状态电状态电状态1#2#3#4#

102󰀁8󰀁7112109105󰀁394114111󰀁8104104󰀁3∋∋∋

100100100100

96󰀁997100100

9695󰀁699󰀁6100

3󰀁3󰀁从表2和图1中还有个意外发现,经反复验证充电效率跟蓄电池容量衰减程度有一定关系。例如:1#、2#电池充电效率较低,该电池容量衰减较严重;3#电池充电效率较好,则容量衰减较小;4#电池充电效率最优,容量基本稳定,充电效率试验后的容量还略有增加。

试验中还发现,凡容量衰减的阀控密封式蓄电池通过改变充电方法,即用15V恒压(限流0󰀁1C10A)充电量为放电量100%时,然后,改用0󰀁025C10A涓流过充,总充电量在120%~125%,蓄电池容量有所提高,但是,欲想恢复到原来初始荷电状态确相当困难。

3󰀁4󰀁从有关蓄电池资料中看到关于研究解决阀控密封式蓄电池早期容量损失的文章,不少是从提高蓄电池充电接收能力入手研究。(充电接收能力)这个技术概念,首先在起动用铅酸蓄电池标准中出现,为了考核在低温环境下蓄电池的充电能力而制

注:容量放电及充电效率测试后的完全充电:15V恒压

(限流0󰀁1C10A)充电30h。

1∋第一次放电;2∋第二次放电;󰀁󰀁󰀁3∋第三次放电;4∋检测充电效率后放电;

定的一项技术要求。从以前研究试验报告可知,欲想提高蓄电池充电接受能力,主要(下转第67页)

󰀁61

图1󰀁蓄电池容量变化示意图

󰀁

+蓄电池,2002年󰀁第2期

󰀁胶体蓄电池及其电解质中的气相二氧化硅交流与探讨󰀁

AGM电池技术要成熟和优越得多。这也是胶体电池的优势之一。

气相SiO2的(活性)与其粒径有关。颗粒越细,比表面积越大,活性也越强。也就是说,颗粒越细,稠度就越大和触变性也越高,同时介质也越难以分散。气相SiO2的分级多按比表积的大小确定。粒径一定要选择得合理。

粒度分布范围也是影响电解质质量的重要因素,图3是评价气相SiO2粒度分布示意图。图3是原生粒子的分布曲线,由Degussa的日本生产厂提供给用户的,其粒径以nm(毫微米)计,我们使用的产品已经是次生粒子的聚结疏散体,以微米计。

布均匀的合理粒度外,其SiO2的含量应大于99󰀁8%;杂质Fe2O3的含量小于1󰀁0&10;HCl的含量小于5󰀁0&10;Al2O3的含量小于1󰀁0&

-6

-4

-5

;

堆积密度(TampedDensity)=50g/L;经压实后的密度大约为120g/L。这个参数也会影响胶体的质量。

做为备用电源用的胶体阀控电池实现工业化生产已经有30多年的历史。伴随着这一产品的工艺成熟和稳定,欧美厂家又相继开发出了用于深循环、起动用的胶体阀控电池,这是铅蓄电池技术的重大进步。其待开发的领域正在向广度和深度发展。我们相信,只要我们以严谨的科学态度,结合自己多年的实践并广泛吸收欧美同类产品的优点,沿着正确的研究方向,开发出具有中国自主知识产权的胶体阀控电池已不存在技术障碍。胶体电池必将以其独有的优势使其应用范围越来越广。参考文献:

[1]王德志,范孝铨,李兰宁.阀控密封铅酸蓄电池

[M].北京:中国铁道出版社.2001,25󰀂28.

[2]陈红雨,朱绍勇,梁少莺.硅溶胶与气相二氧化硅配

制胶体电解质的研究[J].蓄电池,2002,39(1):9.[3]王景川,从志贤,孙学礼.关于胶体和贫液密封铅酸

蓄电池的讨论[J].蓄电池,1997,(2):29󰀂30.[4]Bob.Nelson.HistoricalEvolutionAndDesignPrinciplesof

VRLA[M].7,14.

[5]郭锡民,张秀艳.胶体阀控密封铅酸蓄电池性能特点

浅析[J].蓄电池,1999,(2):4.[6]EastPennManufacturingCo.Inc.

(SVRGelledElectrolyte

LAB(TechnicalManual),2000,3.

[7]DegussaJapanCo.Ltd.(CertificateofQuality,)2001,11,

02,2.

图3

粒度分布的测定非常复杂,德国DIN53580的筛网残留量法很符合工厂使用,简单实用,结果可

信。几年前,国内的上海硅酸盐所还能做一个仅供参考的粒度分布曲线。现在由于设备问题已不能做了。

适合胶体电池电解质的气相SiO2除应具有分

(上接第61页)从负极板入手,改进负极板铅膏配方、负极板跟正极板厚度及活性物质量的合理配比等方面解决。我们认为:阀控密封式铅酸蓄电池容量衰减现象,不仅仅是蓄电池充电接受能力差而充不进电,而有不少蓄电池当达到完全充电状态后放不出应有的容量。曾对反馈来的蓄电池做过如下直观试验:分别用新的负极板配旧的正极板,用新的正极板配旧的负极板,补充电后做检查放电。结果表明:旧的正极板几乎放不出电来,而旧的负极板仍可提供可观的电量。由此可见:主要问题的关键

󰀁

+蓄电池,2002年󰀁第2期

出自正极板。

以上仅仅是一些粗浅试验,很多问题有待进一步深入探讨,我们想只要抓住问题的根本所在,就不难找到解决问题的办法。参考文献:

[1]徐红译.太阳能发电系统用铅蓄电池在运行中的失效

模式[A].VRLA阀控铅蓄电池译文集[C].沈阳蓄电池研究所,2000,72󰀂80.

[2]IEC1999󰀂11太阳能光伏系统用二次电池∋∋∋一般要求

和试验方法.

󰀁67