铅酸蓄电池容量-及其-测试方法

铅酸蓄电池容量-及其-测试方法
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铅酸蓄电池剩余容量测试方法
1、容量的定义
铅酸蓄电池的容量即电池的放电能力，指的是当电池在一定的条件下进行放电，外界可以从电池中获取的容量，人们一般用安时数来表示，即AH，符号是C。

2、铅酸蓄电池容量的分类
铅酸蓄电池的容量分为额定容量、理论容量、实际容量。

1)额定容量
额定容量指的是在铅酸蓄电池设计和生产的时候，厂家规定在一定放
电条件下，电池能放出的最低限度的电量。

2)理论容量
理论容量指的是按照理论计算，参照化学反应方程式以及电解液中每
种化学物质的含量，假设电池中的所有化学物质在电池放电时全部参
加化学反应，所有化学物质消耗完所计算得到的容量。

3)实际容量
实际容量指的是在实际的电池放电中，电池放电放到规定条件时所释
放的电量。

实际容量达不到理论容量，与铅酸蓄电池使用的次数多少、
使用时间的长短有关。

电池使用越多，时间越久，实际容量就会越少。

一般铅酸蓄电池放出1A的电量，其正极的二氧化铅就会被消耗掉4.463g左右，负极的海绵状铅就会被消耗掉3.866g左右，电解液
中的硫酸就会被消耗掉3.660g左右。

3、放电率和放电终止电压
在讲电池容量的时候，首先，有必要来了解一下与铅酸蓄电池有关的两个重要参数。

即放电率和放电终止电压。

1)放电率
放电率指的是铅酸蓄电池在一定条件下放电电流的大
小，有电流率和时间率之分。

电流率指的是对额定容量不同
的铅酸蓄电池间的放电电流的比较，一般用10小时率来作为
电流率的标准，表示符号为I10。

时间率指的是铅酸蓄电池在
一定的放电条件下，电池放电放到电池的终止电压时止的时
间长短。

2) 放电终止电压
放电终止电压指的是铅酸蓄电池在一定的温度下（例如
25℃），用一定的放电率对电池进行放电，放电放到电池还可
以再反复充电使用时的最低电压，这个最低电压就称为放电
终止电压。

因此，一般铅酸蓄电池的额定容量是这样规定的，在温度为25度的
环境下，以放电率为10小时率的电流对电池进行放电，放大终止电
压时电池所能释放出的电量，即为电池的额定容量。

电池10小时放
电率下的额定容量用C 10来表示。

10小时率的放电电流的大小如下式： I 10=
10
10C =0.1 C 10 4、影响铅酸蓄电池容量的因素
1) 生产工艺因素
这里包括电池铅板与电解液接触的面积、极板的中心距离、参与化学反应的物质的孔率、电解液的量、铅板的厚度等。

2) 电池使用过程中的因素
包括电池放电时的放电终止电压、电池工作环境（温度、湿度）、放
电电流大小、电解液的密度、电池使用的时间、电池使用过程中的保养等。

5、铅酸蓄电池剩余容量测试方法
1) 传统测试方法
传统的容量测试方法是将电池接上一个负载进行放电，
按照某一个恒定的放电率，放到终止电压后，停止放电，计
算放电时间和放电电流的乘积，就得到电池的容量。

这种方
法虽然可以比较精确的得到铅酸蓄电池的保有容量，但是这
种方法在测量过程中时间长，人工成本高，消耗的电池能量
高，对在线的电池组有一定的风险，同时由于要对电池经常
性的放电，这样就加速了电池的老化，缩短了电池的使用寿
命，因此在很多场合不适用。

例如，电池用10A 的电流放电，放电时间为10H ，则此
电池的容量为10*10=100AH 。

对于一个200AH/12V 的蓄电池，如果采用20小时放电率
进行放电，则放电电流为10A （0.05C ），放电到终止电压10.5V ，
电池可以连续放电20小时。

2) 安培时间积分法
此方法简单的来说就是对电池放电，放电电流是变化的，
放到终止电压为止，将放电放电电流与放电时间进行积分，
得到的值就是铅酸蓄电池的容量的估值。

公式表示如下：
C=dt t i t
0)( 式中：C 代表容量，单位为AH ；
i(t)代表电流，单位为A 。

3) 曲线近似直线法
此方法就是将曲线进行等分，等分为很小的一段，然后
将每一段近似看成是直线，然后将这些直线首尾连接起来。

一般情况下，曲线的分段越多，直线段就越多，这些直
线段拟合出来的曲线就越接近实际的曲线，结果就越接近于
实际的值。

当然，这些直线段的端点选取有一定的方法。

当分段的
数量确定了以后，就可以选取直线的端点，端点的选择可以
通过对曲线求二次导数来确定（二次导数存在的情况下才可
以）或者直观的观察。

电池的两端的开路电压跟电池的容量之间的关系是一个
非线性关系，如图1所示。

图1电池开路电压与电池容量之间的关系
我们可以通过大量实验得到每个开路电压对应的容量的关系，然后按
照上述的方法，用拟合的方法，得到一条关系曲线，进而得出容量与开路电压的关系。

但是这种方法有它的缺点，一是电池的容量会随着环境温度、使用次
数、使用时间的变化而变化，导致我们获得关系式不具有代表性；二是电池两端的电压在使用以后要等一段时间才能恢复，立即测量的不准确，就会导致时间比较长。

不过这个方法也有应用，如我们的手机电池中，一般在手机屏幕上都
会显示剩余电量，例如2.11V 时，对应于手机的电池电量记为100%，当电压降为2.09V 时，对应的手机电池电量记为87%。

4) 内阻法
对于铅酸蓄电池来说，电池的容量越小，内阻越大，二者之间存在非线性关系，如图2所示。

图2内阻和容量的关系
大量的研究表明，内阻和容量的关系可以由下式表示：
C=
b
-r a +m 式中：C 表示电池容量；
r 表示电池内阻；
a ，
b ，m 为常数。

上式可由最小二乘法，利用大量实验数据可以求得a ，b ，m 的值，进而求得
容量与内阻的关系。

5)密度法
铅酸蓄电池的电解液是硫酸，在充电时，铅酸蓄电池电池内部的化学反应产生硫酸，这样使溶液密度不断增大，活性物质不断增多，
越来越多的电能被储存起来。

而在放电的时候，电池内部的硫酸会参
与化学反应，生成硫酸铅，这样就会使溶液密度不断减小，活性物质
不断减少，电能被释放。

由上述分析可知，铅酸蓄电池的容量和它的电解液密度有一定的正比关系。

通过测量电池内部电解液的密度，就可以间接求出容量值，
且准确度还比较高。

但该方法在实际操作时存在一定的问题，一方面现在的铅酸蓄电池都是密封的，测量要打开电池盖，会比较麻烦。

另一方面当铅酸蓄
电池充电时，水会被分解成氧气和氢气从电池正极冒出，这无疑会增
大电解液的密度，使测量出现误差。

此外，电解液密度只能在静止状
态下测量，电动汽车在行驶时，蓄电池会发生振动，不容易测量电池
电解液的密度。

6)神经网络法
神经网络是人们在现代的人工智能领域应用比较多的一种算法，具有自学习、自组织和分布式存储信息的特点。

它
使用的结构式并行处理结构，不需要对其进行模型预测，它
可以直接通过输入输出样本来获取系统的输入输出关系，能
够对非线性以及不确定的系统进行任意逼近。

我们可以利用
神经网络的一些优秀的品质来进行铅酸蓄电池的容量预测。

此方法的具体内容请参照神经网络方面的原理，或者请教神经网络方面的专业人员来帮助完成。

7)卡尔曼滤波法
卡尔曼滤波法的核心就是它德五个递推公式，对研究对象做出最小方差意义上的最优估计。

在卡尔曼公式中，应包括电池的放电电流、端电压、环境温度等值。

有关公式在这里就不详细阐述了，可以参照有关卡尔曼滤波的相关内容。