LEADLINE蓄电池密封铅酸电池应用

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电压

关于“电池电压”有很多混淆，因为电池有不止一个电压，而且文献通常在定义当时讨论的电压方面很松懈。此外，电池电压的测量，尤其是浮动电压，需要时间（通常没有分配或指定）以使电池稳定。

• 浮动电压- 零电流时的电池电压（电池断开）。您必须等待大约 20 分钟，电池才能稳定在此电压。
• 标称电压 -电池所指的电压。即 12 伏电池由 6 节电池组成，浮动电压约为 12V。
• 充电电压- 电池在充电时达到的电压。
• 放电电压- 电池放电时的电压。同样，这个电压是由充电状态和电流决定的。

充电电压通常表示为以 Ah 为单位的电池容量除以 5 (Ah/5)。因此，10Ah 电池将使用 2A 充电速率来指定电池充电电压。该电压随电池的充电状态而变化，即当电池充满电时电压更高。

以类似的方式，放电电压通常指定为以 Ah 为单位的容量除以 20 的电流。10Ah 电池在测量该电压时将有 0.5A 的负载。

单元 数	标称 电压	充满电的 浮动电压	完全放电 浮动电压	Ah/20 时的放电 电压	Ah/5 时的 充电 电压
1	2	2.15	1.9	2.0 - 1.7	2.1 - 2.30
6	12	12.9	11.4	12 - 10.2	12.6 - 13.8
12	24	25.8	22.8	24 - 20.4	25.2 - 27.6

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电池效率

能源效率的计算方法是：放电时电池使用的电量除以充电时输送到电池的电量，再乘以 100 得到百分比。_输出x 100 / P_输入。铅酸电池的效率仅为 75-85%。（这包括充电损失和放电损失。从零充电状态 (SOC) 到 84% SOC，平均整体电池充电效率为 91%（ A Study of Lead-Acid Battery Efficiency Near Top-of-Charge and the对光伏系统设计的影响 ) 余额是放电期间的损失。能量损失表现为热量并加热电池。保持电池的低充电和放电率有助于保持电池冷却并延长电池寿命。我们忽略了自放电损失。

上述损耗不包括充电电路中的损耗，充电电路的效率可能在 60% 到 80% 之间，因此总效率是这些效率的乘积，最终为 45% 到 68%。（为了进一步说明这个例子，并说明为什么我们没有电动汽车的原因是物理学而不是某些公司的阴谋——假设汽车上的控制装置和电机是 85%——总效率现在只有 38-58%。您可以看到，电动汽车的能耗大约是传统汽车的两倍——更不用说定期更换电池的高昂成本了。这就是为什么最好在只需要间歇性或极低功率使用的地方使用电池。 )

进一步说明——如果是汽油机产生的电——那能量转化为电能，然后通过电力线变压器和电力线送出，再转化为直流电，再转化为化学能，再转化回来转化为电能，然后转化为旋转机械能——很明显，已经发生了许多损失。如果同一台汽油发动机直接为传动系统提供旋转能量，效率会更高。

电池容量

电池容量是指电池内储存的能量总量。额定容量以安培小时 (AH) 为单位，它是电流乘以总放电小时数的乘积。容量通常与 20 小时的时间和 68°F (20°C) 的温度进行比较。有五个因素决定了给定电池的容量：

• 尺寸
• 温度
• 切断电压
• 放电率
• 历史

选择电池容量

指定电池容量不仅仅是将负载电流乘以以小时为单位的备用时间。您必须首先降低电池的容量容差、温度和放电率。

• 首先，将平均负载电流乘以您需要的备用运行小时数。
• 接下来，增加 15% 以弥补容差和未循环电池造成的容量损失。
• 对于低于室温（22°C、72°F）的每 10°C (18°F)，您的最坏情况低温将增加 10%。
• 如果您的备用时间少于 20 小时，每次您必须将备用时间加倍以等于 20 小时以上时，请增加 10%。一个例子可能会有所帮助：20 分钟必须加倍 6 倍才能等于 20 小时以上。因此，您必须将所需容量增加 60%。
• 最后，添加 40% 以提供经济生命周期。剩余电量为 60% 的电池被视为已耗尽。

示例 -- 10 小时 @ 200 mA，平均电流，最坏情况温度为 0°C

• 0.2 安培 = 2.0AH 时的 10 小时后备时间
• 从下一步开始 15% ~ +.3AH
• 0°C 从第 3 步增加 20% ~ +.4AH
• 从步骤 4 添加 10% ~ +.2 AH
• 从第 5 步增加 40% ~ +.8 AH

总计 3.7 AH

深放电

将电池放电，即使略低于其完全放电电压也会缩短其寿命。让电池静置并自放电至 0 会损坏电池。

Transtronics 电池电压UPS ( BVUPS )在完全放电电压下断开电池，以保护电池免受损坏。它有十秒的时间延迟，以免在电源消耗“尖峰”时断开连接。将电池完全放电至零伏一次，将导致电池无法使用。

此外，请考虑某些设备不会随着其电压供应越来越低而停止“正常”工作。某些电子设备可能工作不正常并导致输出随机打开和关闭。

温度

如果可能，将电池存放在低温下，5°C 是理想的。虽然容量随温度上升，但电池的寿命会下降。

自放电率随温度下降。在室温下，每 6 个月为储存的电池充电一次；在 5°C 下储存可让您等待 18 个月再充电。

电池充电循环

选择可以满足所有最大负载的电源。使用电池来弥补小电源和大但间歇性负载之间的负载差异，将使电池不断充电并在短时间内损坏电池。购买更大的电源比反复更换电池要便宜得多。

Transtronics BVUPS支持多种充电方法，每种方法都有不同的权衡。让我们看看不同的方法。

恒压——锥形充电

锥形充电是 BVUPS 的默认充电机制。将电源调整为 13.8 VDC（24 伏型号为 27.6 VDC）。您的电池首先会快速充电，然后在充满电后减速。将电池完全充电后，您应该会看到充电电流等于以安培小时为单位的容量除以 100 到 200。

一个例子：

使用 8 AH 电池，8/200 = .040A，至 8/100 = .080A；因此最终的充电电流应在 40mA 和 80mA 之间。

恒压系统的优点是简单。另一方面，这是一种为电池充电的缓慢方法。提高电压以加快充电速度会导致电池过度充电而失效。相反，使用恒流充电系统加速电池充电。

恒流充电

这是为铅酸低维护电池充电的首选方法。充电电流被限制为最大电流与电压。下表基于 I = Ah/4

标称容量啊	1.2	1.9	2.6	4	7	17	21	33
最大初始充电率 A	0.3	0.475	0.65	1	1.75	4.25	5.25	8.25

铅酸电池建模

空载 - 完全充电电压	2.03V/电池
充电过电压	0.3V/电池
放电压降	0.05V/电池
以浮充电流充满	2.3V/电池
完全放电的电池	1.6 - 1.8V /电池
dE/dT 充满电的电池
dE/dT 完全放电电池	-0.00043 V/C 每个电池

SPICE 模拟器中可用的只是一堆电容，中间有电阻，与真正的电池完全不同。真正的 12V 电池在涓流充电时会显示 13.8V 并在最轻微的负载下降至 12V，而在实际负载下，每个电池会再下降 0.05V 或约 0.3 伏，将 12V 电池置于 11.7V。因此，电池中存在与内阻无关的死区。

有趣的是，在电池真正放电之前，空载电压几乎保持不变。施加负载时，电池也会下降得更远。对电池充电则相反。零电流电压始终非常接近 12V，但随着电池达到完全充电，施加充电电流时电压的跳跃增加。

我一直担心铅酸电池的温度系数。在充满电的电池中，dE/dT 为零。已放电电池有一个温度系数，但 dE/DT = -0.000 43 V/C（每个电池），因此可以安全地忽略它。我认为其他人将电池 dE/dT 与具有明显温度系数的 dI/dT 混淆了。

电池内阻与 Ah 容量不成线性关系，但可以假设在低功率水平下呈线性关系。它的图形对第一象限中的 y 轴和 x 轴都渐近。在我们使用的功率水平下，斜率是相当线性的，但大部分关于电池的文献都来自潜艇工作，其中系统的 Ah 额定值要大得多。