hoppecke对放电的说明2Word下载.docx
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0.456升氧气和
0.228升氢气，总共产生
0.684升氢氧混合气
如果使用20mA/100Ah的浮充电流，相应产生的氢氧气体体积大约是每小时14ml。
其中氢气大约是每小时9ml。
在VRLA电池中
浮充状态下电流要高得多（见4.3.2），在标称工作条件下大致在40-100mA/100Ah
的范围之内。
但产生氢气所对应的电流只有（2-4mA/100Ah（/13/）。
这对应着平均1.35ml（0.9-1.8）每小时每100Ah的标称容量的氢气体积，因此
每100Ah每年大约损失9g（6-12g）的水（/13/）。
这表明在浮充模式的标称操作条件下
开口电池产生的氢气比VRLA的电池多5-10倍。
这也解释了VRLA电池的电池房通风量要求从一开始就只有开口式电池的一半的事实。
（Sb<
3%）
在另一方面，如果使用了消氢帽，开口电池的通风量要求同样可以降低到VRLA电池的水平。
毕竟不是环境中的氧气而是电池中的氢气式形成电池房中氢氧混合气体的关键。
氢气含量从大约9ml降低到大约1ml每小时-就是说与阀控电池在同一水平如果催化栓的效率为90-95%。
VRLA电池损耗的计算（/13/）
比较简单，因为不必考虑槽压与水分解平衡电压（+反应热）之间的差值。
实际上
浮充电压与总充电电流的乘积与欧姆损耗和放热相对应。
只要有足够的热量能散到周围的环境中，这个参数就不重要，例如，当VRLA电池安装在电池房内-通风是必要的。
在这样的条件下，表面温度也许只比相应的开口电池高1度。
4.2.3开口铅酸蓄电池的水损耗和补水间隔的计算
4.2.3.1基本原理
在过充电阶段，1Ah电量把
M大约0.336ml（g）水分解成
大约0.037g=0.418l（0℃,1bar）或0.45l（25℃,1bar）氢气H2和
大约0.229g=0.209l（0℃,1bar）或0.228l（25℃,1bar）氧气O2。
这里所给出的25℃和标准气压1bar下的体积更加符合实际的条件。
流过电池并且分解水的电流就是浮充电流。
Ifloat对于新的开口电池它大约是
M15-20mA/100Ah
平均值
17.5mA/100Ah
用于以下计算
M图15显示，浮充电流Ifloat与温度和电压有关。
上面给出的值在20℃和2.23V
/单体时适用。
随电池的使用时间Ifloat有小量的增加
新电池：
17.5mA/100Ah
旧电池：
30mA/100Ah
4.2.3.2分解水的电量Ifloat·
t
新电池
ILE.t[Ah]=x1·
x2·
0.0175[A]·
t[h]
（1）
式中
x1=基于100Ah的容量系数（例如：
C10=350Ahx1=350/100=3.5）
x2=浮充电流系数，以20℃，2.23V/单体为基准
（例如：
30℃下使用的蓄电池
Ifloat30℃=35mA/100Ah（2.23V/单体）
x2=35mA/17.5mA=2
0.0175A=20℃，2.23V/单体时每100Ah容量的新电池的平均浮充电流。
t/h=时间，由此而确定水分解量，例如
t=24h=1天
t=740h=1月
t=8760h=1年
旧电池
Ifloat·
t[Ah]=x1·
0.03[A]·
t[h]
（2）
式中：
x1，x2，t与上述相同
0.03A=20℃，2.23V/单体时，每100Ah容量的旧电池的平均浮充电流
4.2.3.3水的分解量V1
V1[mlH2O]=（Ifloat·
t）[Ah]·
0.336[mlH2O]·
n（3）
式中n=单体电池数
4.2.3.4产生气体的体积V2和V3
氢气体积（V2）
V2[lH2]=（Ifloat·
0.456[lH2]·
n（4）
氧气体积（V3）
V3[lO2]=（Ifloat·
0.228[lO2]·
n（5）
V总气量=V2+V3
4.2.3.5计算示例
正常使用条件（20℃，2.23V/单体，新电池）
（Ifloat=17.5mA/100Ah）
一只7OPzS490电池
在24小时中总共分解了多少水，在此过程中共产生了多少气体？
a）Ifloat·
t=x1·
0.0175·
x1=490Ah/100Ah=4.9
x2=1
t=24小时
Ifloat.t=2.058Ah
b）V1=Ifloat·
t·
0.336·
n
n=一个单体
V1=2.0580.336=0.69ml水
从每天的水分解量我们可以计算出电解液降到“min”（最低）标记的时间（从“max”（最高）标记开始）
7OPzS490单体电池的外形尺寸为：
长L=168mm
宽W=208mm
从这些数中减去3mm的壁厚
L=165mm
W=205mm
“max”标记与“min”标记之间的距离为s=35mm
两标记间电解液的体积为
L·
W·
s=165mm205mm35mm
=1183875mm3=1183cm3
减去这一空间的电池部件。
为了简单起见，我们在这里只考虑端极柱。
7OPzS490单体电池有一对端极柱，每个直径为32mm，每个端极柱在“max”标记与“min”标记之间所占的体积是：
V端=·
·
35mm=·
.35mm=28134.4mm3
=28.1344cm3
因此每对极柱大约占56.3cm3的体积。
在“max”与“min”之间的电解液体积为
1183.0cm3
-56.3cm3
1126.7cm3
这是理想状态下的数值，因为我们在计算中没有考虑其他的电池零件（例如：
过桥）
1110cm3
电解液在“max”与“min”标记之间会下降这么多体积，也就是水分解的体积。
如果按每天分解0.69ml水计算，则加水时间至多不超过
1609天4.5年
前提是在这段时间内没有过高的温度和过高的电压的充电。
然而，因为在4年的时间里浮充电流多少会有些增加，再加上水蒸气散失所造成的损失，这个时间也许将减少至4年。
这个例子说明的是开口固定型铅酸蓄电池的“少维护”的特性。
如果采用
Aqua-Gen催化栓，加水的间隔时间将大大延长，在电池的整个寿命期间，实
质上达到了“免维护”的功能。
C）V2=Ifloat·
0.456·
V2=2.0580.45610.94lH2
d）V3=Ifloat.t.0.228.n
V3=2.0580.22810.47lO2
非正常使用条件（30℃，2.27V/单体，新电池）
a）Ifloat（30℃）35mA/100Ah
同类型的70PzS496型电池
在式1中，将2.86代入x2
因为在30℃的温度下以及增加到2.27V/单体的浮充电压下，Ifloat大约为
50mA/100Ah（见图15）
（
=2.86）
因此Ifloat·
t大约为5.886Ah
b）每天水分解的体积因为2.86的系数而增加到
V1=1.98mlH2O
因而补水工作将不迟于
560天1.5年
单纯以计算为依据，这将对应着运行费用与正常使用条件（20℃,2.23V/单体）
相比增加到2.9倍.
c）和d）由于上面所引述的参数2.86,气体体积V2和V3也同样增加：
V22.69lH2和
V31.34lO2
4.3浮充使用的特征
大多数的固定型电池在它们的整个使用寿命中都是采用这种操作模式，特别是在备用电源中。
但例如储存太阳能的固定型蓄电池（例如“OPzSSolor”）却是个例外。
它的充放使用方法（循环使用）将在第五部分讨论。
浮充充电是为了补偿自放电所造成的容量损失（见3.8），在此我们应该注意以下的特征：
4.3.1开口式少维护铅酸蓄电池
众多生产厂家多年来积累的经验显示开口铅酸电池：
为了补偿自放电，必需达到2.20到2.25V/单体（20℃）的浮充电压。
每100Ah的电池容量需（15-20）mA的浮充电流
电池不断地从电路中接受电流，而且这个电流有些过高（水损耗、老化）
建议电池用户和操作员采用
2.23V/单体的平均浮充电压值
采用此数值并考虑到充电器制造商所带来的1%的误差（依DIN41773，图见12a）我们可大致把浮充电压控制在2.20到2.25V每单体之间。
锑的影响
在铅板栅中，锑作为一种合金元素起着重要作用，因为它不仅影响板栅硬度和强度，而且影响板栅的浇铸性能。
锑对于活性物质的结构和活性物质与基体（板栅）之间的界面也有着积极的影响。
（防止非导电的外层和边界层的生成，稳定活性物质/7/）。
以前，锑含量都在4-11%的范围之间。
然而，由于与板栅的腐蚀有关，人们发现锑从正极板栅中溶解出来，并沉积到负极板上，导致析氢过电位的下降，这种现象被成为“锑中毒”。
它最终会导致负极严重的自放电，导致浮充电流的增加，导致充电终止电压（当在充电特性曲线中电压不被限制时）和析气电压的降低，导致水损耗量的增加并且最终导致电池寿命的缩短。
因此，锑含量被降到3%以下，浮充电流，进而水损耗被降到最低，电池寿命得以延长（图13）。
更有重要实际意义的是如下的事实，随着时间的推移，低锑合金电池的浮充电流仅有很小的增加（从新电池的15-20mA到使用数据的40-50mA/100Ah，见图14）。
从纯理论的观点来看，我们可能据此得到如下结论：
在GroE电池中，由于在它的正极板中不含有锑，因此它的浮充充电电流也不会增加。
但这与实际经验相矛盾，因为它也不时地有一个从最初的大约15mA到比如30mA/Ah的微小的增加。
在解释这种现象时，我们必需考虑到电解质中最微少的杂质所引起的一系列电化学副反应的复杂性，这些副反应需要额外的载流子，在浮充模式下，电池将从电路中得到这些载流子。
这些反应的复杂性也可由另一种关系，也就是从相对所预期自放电的浮充电流的大小而推导出来。
我们设想一个新电池用15mA/100Ah（20℃，2.23V/单体）的浮充电流来充电。
如果这15mA全部用来补偿自放电，那么自放电的百分数可由电流—时间因素得出，以100Ah为基准：
0.015A×
24h=0.36Ah每天
0.36Ah×
1个月（30天）=10.8Ah
10.8Ah，以100Ah为基准，正好是10.8%，这是3.8节中所引述的每月3%的自放电率的3倍多。
百分数的差别是下述事实的结果：
依照DIN标准，自放电被定义为完全充电状态下无负载（开路）搁置28天后标称容量的损失，为了避免使读者产生不必要的困惑，这种解释可能比3.8节中的更合适一些。
这并不是说锑应该从开口电池铅板栅中完全被去除，因为它对于电池的机械性能，特别是循环操作（充放电）有着有益的影响。
图14a显示，无锑板栅电池的循环寿命严重降低。
因此，对于固定型铅酸蓄电池来说采用低锑合金是一种折衷的办法。
在牵引型蓄电池中，我们可以继续利用锑对循环特性所起的积极作用，因此我们有意使用6%左右的含量水平。
浮充电压和温度的影响
在这里，我们应用了以下的经验法则：
M单体电压0.1V的上升使电流以3倍系数增加（反之：
电流增大到3倍必然对应着0.1V电压的增加）
和
M温度比参考温度上升10度将使得所有正在起作用的电化学过程的反应速度增加一倍，包括自放电和腐蚀，进而浮充电流。
结果将导致电池使用寿命的文献值减半。
图15清晰地展示了这些内在联系，其中也包括到现在为止著名的组合：
17.5mA/100Ah，2.23V/单体（20℃）
4.3.2密封（阀控）“免维护”铅酸蓄电池（VRLA蓄电池）
为了彻底消除“锑中毒”现象，人们使用含有钙（Ca）的无锑合金，因而进一步降低了自放电（达到大约2%每月）。
然而，锑所带来的益处是不能忽略的。
因此除Ca以外其它的合金成分也被加入（例如锡“Sn”）
可测量的浮充电流原则上比传统的开口式铅酸蓄电池高。
我们可以预期：
浮充电流（更确切地说总充电电流）大约为（40-100）mA/100Ah
新VRLA电池或到达使用终点的VRLA电池，这个数可能会高很多（达到几百mA/100Ah）
这相对较高的电流值是氧循环所必需的反应的结果（见手册第一部分），而纯粹的浮充电流（用于电荷储备）只占总量的一部分（例如10mA/100Ah）因此，VRLA电池中使用“总充电电流”更准确些，它包括这两个部分（图15a）
总充电电流=浮充电流+氧循环电流
在吸收式玻璃毡隔板电池中，例如HOPPECKE标称的电解质密度水平（1.26/1.27kg/l）比传统开口式电池高。
随之而来的是搁置电压和浮充电压的升高，这都与不同的电池品牌有关（见表5）。
电池类型
浮充电压
急充电压
drypower
2.27V/单体
2.35V/单体
USVdry
2.25V/单体
Sibedry
drycom
OGiblocdry
OPzV
2.23V/单体
2.40V/单体
表5：
所选的阀控式电池的充电电压（20℃）
由于氧循环的敏感性（见手册第一部分4.2.2），因此有必要根据更窄的温度范围调整表5所给出的浮充电压（见表6和图15b）。
由于产品不同而引起的微小差别也可区分出来。
理想的解决方案是采用一个自动的依赖与温度的浮充电压调节器。
如果不具备这样的条件，那么
依照表6手工调节至少在15℃-25℃之外的温度范围是有效的。
温度℃
以预先设定值20℃时为基准浮充电压V/单体
0
2.33
2.35
2.37
+5
2.305
2.325
2.345
+10
2.28
2.30
2.32
+15
2.255
2.275
2.295
+20
2.23
2.25
2.27
+25
2.205
2.225
2.245
+30
2.18
2.20
2.22
+35
2.155
2.175
2.195
表6：
与产品相关的VRLA蓄电池浮充电压依环境温度的调整
高温下电压过高
结果导致我们所不期望看到的氧循环加速和其它副作用-电流升高
与开口电池相比，电流的增加更加显著，单体电压增加0.1V将使得电流大约
增加10倍。
关于温度的影响，对于我们所给出的经验法则同样适用：
加速板栅腐蚀（众所周知的经验公式是腐蚀速率=f（温度）！
）
温度升高，导致“热失控”（见图16）
和（或）复合速率低下，伴有
大量水损失
电池干涸，并且
极板硫酸盐化
整个电池的早期老化和失效。
低温时电压过低
同样不能保证最佳氧循环（反应缓慢）将导致：
复合速率低下甚至根本没有，伴有
大量失水
电池干涸，和
硫酸盐化
整个电池早期失效。
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