铅酸蓄电池容量下降过程理论分析新方法

铅酸蓄电池由几只12V的电池串联组成，通常采用【恒流+恒压+浮充】三段式智能充电

配置铅酸蓄电池的电动车：新电池续航里程远，充电器正常转灯；随着充放电次数的增加，续航里程逐步下降，恒压期充电时间逐步延长；续航下降超过60%以后，蓄电池被充鼓的概率增加

借助【欧姆定律】和【能量守恒定律】，分析随着充放电次数的增加，单体电池物理参数的动态变化趋势，就可以清析地发现

铅酸蓄电池【容量下降快】的原因是【充电不足】单体与【过度充电】单体共存

铅酸蓄电池产生充电【热失控】的原因是恒压充电期【转灯无望】

【恒流】换成【恒功率】，变成【恒功率+恒压+浮充】三段式充电：单体充电电压差别小于0.4V；最低大于14.55V充电足，电池零硫化【容量提升】；最高小于14.90V过充电少，内阻上升慢【容量下降慢】；恒压期电流正常下降，不存在【转灯无望】充电安全有保障

【1】充放电过程物理参数

物理参数：时间，电流 I ，电压U，储电位｛电动势｝E，内阻R，温升

充电电压U=E+IR，放电电压U=E-IR；方程式：PbSO4+2H2O+PbSO4==PbO2+2H2SO4+Pb

1）随着充电时间增加，电能转化为化学能，方程式右边的物质增加，储电位E上升，H2SO4浓度上升，内阻R上升

2）电压上升到析气电压Ux｛常温14.10V｝，H2O开始析气；析气功耗大，析气失水量多，H2SO4浓度上升，内阻R变大

3）能量损耗【内阻损耗+析气功耗】转化为热能；电池温度上升的后果：储电位下降，内阻上升，析气电压下降

【2】充放电过程能量转换

充电量=放电量+充放电内阻损耗+析气功耗

1）充电量=储电量+析气功耗+充电内阻损耗

充电功率P=IU=IE+I²R，∫IUdt=充电量

∫IEdt=储电量+析气功耗，∫I²Rdt=内阻损耗

析气功耗=∫I²（U-Ux）dt，常温Ux=14.10V

储电量=∫IEdt-析气功耗=∫IUdt-能量损耗

能量损耗【内阻损耗+析气功耗】转化为热能

2）放电量=储电量-放电内阻损耗

放电功率P=IU=IE-I²R，∫IUdt=放电量

∫I²Rdt=内阻损耗转化为热能

【3】 充放电次数增加电池容量下降

铅酸蓄电池由几只12V的电池串联，通常采用【储电+恒压+浮充】三段式智能充电

恒流储电模式6020充电器参数：储电期电流3.0A，转恒压电压72.5V，恒压期电压73.5V，转灯电流0.6A

恒功率储电模式6020充电器参数：储电期电流3.2A➡️2.6A，转恒压电压72.5V，恒压期电压73.5V，转灯电流0.7A

1）充电次数增加单体内阻发生变化

充电电压U=E+IR，充电时间和电流相同

内阻和储电位差别引发电压和温升差别；电压和温升差别导致储电量和内阻差别；电池内阻大能量损耗大储电量减少；电池硫化储电能力下降储电量减少

2）放电次数增加充电起跑线发生变化

放电电压U=E-IR，放电时间和电流相同

内阻大单体发热多，电池温升高，储电位下降多，内阻上升多，放电电压下降快放电量少，放电后储电位高

内阻小单体发热少，电池温升低，储电位下降少，内阻上升少，放电电压下降慢放电量多，放电后储电位低

充电起跑线=储电位E+电流 I ×内阻R

【4】储电期电流影响蓄电池储电量

充电电压U=E+IR，充电功率P=IU=IE+I²R

储电量=∫IEdt-析气功耗=∫IUdt-能量损耗

1）储电前期：储电位低H2SO4浓度低，内阻小温升低，单体电压小于析气电压14.10V，析气功耗为0⃣️，充电电流大∫IEdt大储电量多，后续储电位上升快，蓄电池储电多

反之，储电前期电流小蓄电池储电量少

2）储电后期：储电位高H2SO4浓度上升，内阻上升内阻损耗大，单体电压大于析气电压，析气功耗转为热能，温度上升快，储电后期充电电流大，能量损耗多，蓄电池储电少

反之，储电后期电流小蓄电池储电量多

【5】储电期单体充电电压主动上升

单体电压上升速度取决于充电起跑线

1）充电起跑线高：充电电压上升快，析气失水多内阻上升快，电池温升高能量损耗大，储电量随着内阻增加而下降

2）充电起跑线低：充电电压上升慢，析气失水少内阻上升慢，电池温升低能量损耗小

电池零硫化内阻小：恒压前期电压上升多，储电量随着内阻缓慢增加而缓慢下降

电池硫化内阻小：恒压前期电压逐步下降，储电量随着电池硫化加深而快速下降

【6】转恒压储电位｛6020为例｝

储电位之和ΣEi=72.5-I·ΣRi，转恒压时电流高，能量损耗大，电池温升高，内阻之和ΣRi上升‬，内‬阻‬分‬压‬I‬·ΣRi更‬大‬，储电‬位之‬和‬低‬

反之，转恒压时电流小储电位之和高

【7】恒压期充电参数｛以6020为例｝

电压U=73.5V，电流 I =（73.5-ΣEi）/ΣRi

1）恒压期单体充电电压被动升降

单体电压Ui=Ei+IRi，电流下降温度下降，储电位Ei上升，内阻Ri下降，电压上升量=储电位上升量—内阻分压 IRi 下降量

储电位高电压上升多，温升高电压上升多

储电位低电压上升少，温升低电压上升少

2）恒压期电流下降速度

储电位之和ΣEi大‬电‬流下降‬快‬，单体内阻和温升差别小电流下降快

储电‬位之‬和‬‬‬ΣEi小‬电‬流‬下降‬慢‬，单‬体内‬阻‬和‬温度‬差别‬大电‬流下降‬慢‬

【8】恒流储电模式充电过程分析

【恒流+恒压+浮充】三段式充电：新电池储电位高内阻差别小，单体充电电压差别小于0.30V；随着充放电次数增加，单体充电电压差别逐步变大；最低小于14.45V充电不足电池硫化；最高大于14.85V过度充电失水更多

充电不足单体和过度充电单体共存蓄电池组【容量下降快】；恒压期时间【逐步延长】发展到【转灯无望】，转灯无望电流逐步上升到2.0A出现【充电异常】，异常继续充电的结果产生【热失控】，充鼓过度充电严重的电池

下面以6020为例分析充电过程

1）储电前期电流小3.0A，∫IEdt小后续储电位上升慢，蓄电池组储电量少

2）储电后期电流大3.0A，电池温升高能量损耗大，蓄电池组储电量少

3）储电期单体电压，内阻和温升差别大

过度充电单体：充电起跑线高，充电电压上升快，内阻大析气功耗大，电池温升高，恒压后期电压快速上升，储电期时间缩短

充电不足单体：充电起跑线低，充电电压上升缓慢，内阻小析气功耗小，电池温升低，转恒压时储电位更低，充电不足增加

4）转恒压时电流大3.0A，储电位之和ΣEi低，单体电压，内阻和温升差别大

5）恒压期单体充电电压差别继续拉大

充电不足单体储电位低，内阻小温升低，恒压前期电压上升少，后期电压平稳上升

过度充电单体储电位低，内阻大温升高，恒压前期电压上升多，后期电压平稳下降

6）恒压期【逐步延长】发展到【转灯无望】

储电位之和ΣEi低，单体内阻和温升差别大，充电电流下降慢，过度充电单体失水更多

随着充电不足单体硫化程度加深，恒压期充电时间【逐步延长】发展到【转灯无望】

【9】恒功率储电模式充电过程分析

【恒功率+恒压+浮充】三段式充电：新电池储电位高内阻差别小，单体充电电压差别小于0.40V；随着充放电次数增加，单体充电电压差别还是小于0.40V；最低大于14.55V充电足零硫化；最高小于14.90V过充电少正常失水

电池充电足储电多，正常失水内阻上升慢，蓄电池【容量下降慢】；恒压期电流正常下降，不存在【转灯无望】充电安全有保障

下面以6020为例分析充电过程

1）储电前期电流大3.2A，∫IEdt大后续储电位上升快，蓄电池组储电量多

2）储电后期电流小2.6A，电池温升低能量损耗小，蓄电池组储电量多

3）储电期单体电压，内阻和温升差别小

内阻大单体：内阻大储电位比较低，电压上升比较快，析气功耗比较大，电池温升比较高，恒压后期电压快速上升

内阻小单体：内阻小储电位比较高，电压上升比较慢，析气功耗比较小，电池温升比较低，恒压后期电压上升快

4）转恒压时电流小2.6A，储电位之和ΣEi高，单体电压，内阻和温升差别小

5）恒压期单体充电电压差别缩小

内阻小单体储电位高，温升比较低，恒压前期电压上升多，后期电压平稳下降

内阻大单体储电位低，温升比较高，恒压前期电压上升少，后期电压平稳上升

6）恒压期电流正常下降不存在【转灯无望】

储电位之和ΣEi高‬，单‬体内‬阻‬和‬温升‬差别‬小‬，充电‬电‬流‬下降‬快‬，内‬阻‬大‬单‬体正常‬失水‬

储电位下降不受硫化影响，储电位之和ΣEi下降‬正在比‬于内‬阻‬之‬和‬ΣRi上升‬，恒‬压‬期电‬流正常‬下降‬，不‬存在‬【转‬灯无‬望‬】充电‬安‬全有‬保障

敬请参阅【铅酸蓄电池充电新方法】和【铅酸蓄电池充电热失控过程说明】