2022年职场回顾—铅酸蓄电池之探索与发现

受疫情影响，2022年大部分时间宅在实体店：做了大量蓄电池充放电实验；记录大量单体电池充放电数据；分析充放电数据➡️探索为什么数据会产生差别➡️发现容量下降快原因：单体充电电压偏离合理电压；小于14.45V充电不足硫化；大于14.85V过度充电内阻大；储电位之和下降快内阻之和上升慢；恒压期延长➡️转灯无望➡️充电异常引发热失控

§ 借助【欧姆定律】和【能量守恒定律】分析铅酸蓄电池充放电过程

§ 12V20ah单独充电：电压=14.70V，充电足过度充电少，内阻上升慢循环次数大于350

§ 几只单体串联：单体电压逐步偏离合理电压，最低小于14.45V充电不足硫化，最高大于14.85V过度充电内阻上升快，硫化和内阻大共存循环次数大打折扣

§ 单体电池硫化：充电不足PbSO4含量高，形成硫酸铅晶体逐步硫化

§ 热失控过程：储电位之和下降多，内阻之和上升少，恒压期逐步延长➡️转灯无望➡️充电异常引发热失控

§ 充电方法影响蓄电池循环次数

【1】充放电过程能量转换

物理参数：时间t，电压U，储电位E｛电动势｝，电流 I ，内阻R，温升ΔT和析气电压Ux

1）充电量=储电量+析气功耗+充电内阻损耗

充电电压U=E+IR，功率P=IU=IE+I²R，∫IUdt=充电量，∫IEdt=储电量+析气功耗，电压上升到析气电压Ux｛常温14.10V｝时析气开始，析气功耗=∫I²（U-Ux）dt ，∫I²Rdt=内阻损耗

析气功耗和内阻损耗转化为热能：温度上升，储电位下降，内阻上升，析气电压下降

2）放电量=储电量-放电内阻损耗

放电电压U=E-IR，功率P=IU=IE-I²R，∫IUdt=放电量，∫IEdt=储电量，∫I²Rdt=内阻损耗转化为热能：温度上升，储电位下降，内阻上升

3）充电量=放电量+充放电内阻损耗+析气功耗

【2】容量下降过程分析

单体容量下降方式：充电不足PbSO4含量高，逐步硫化储电能力下降；过度充电失水多H2SO4浓度高，内阻上升储电能力下降

蓄电池由几只12V单体串联，通常采用【恒流+恒压+浮充】三段式充电

1）新电池储电位高内阻小，单体充电电压接近合理电压，最低接近14.55V，最高接近14.80V

2）充放电次数增加，单体电压逐步偏离合理电压，最低由14.55V下降到小于14.45V，充电不足PbSO4含量高逐步硫化；最高大于14.85V过度充电，累计失水多内阻上升快

3）硫化和内阻大共存，容量下降快循环次数大打折扣；单体数量越多，低电压单体硫化速度越快循环次数越少

【3】充电不足容易硫化原因

铅酸蓄电池主要物质：氧化铅PbO2，铅Pb，硫酸铅PbSO4，硫酸H2SO4，水H2O

充电不足PbSO4含量高容易形成硫酸铅晶体

充电电压低于14.45V的单体，充电不足化学反应不充分，充电后PbSO4含量高

充电不足单体失水少，H2SO4浓度低内阻小，放电量多放电后PbSO4含量高

吸附在极板上的PbSO4含量高，蓄电池不工作时，容易形成粗化的硫酸铅晶体，堵塞极板上的间隙孔，蓄电池硫化储电能力下降

【4】充电热失控过程说明

【恒流+恒压+浮充】三段式6020充电器，恒压期充电电流 I =｛73.5-ΣEi）/ΣRi

1）恒压期正常转灯

新电池恒压期储电位之和ΣEi上升快；｛73.5-ΣEi｝下降快；内阻之和ΣRi下降慢；充电电流下降快充电器正常转灯！

2）恒压期逐步延长

充放电次数增加，充电不足储电位下降多内阻上升少；过度充电储电位下降正比于内阻上升

恒压期储电位之和ΣEi上升变慢，｛73.5-ΣEi｝下降变慢，内阻之和ΣRi下降变快，充电电流下降变慢，恒压期逐步延长！

3）恒压期转灯无望

充电不足明显硫化，储电位下降快内阻不上升

储电位之和ΣEi恒压前期上升慢后期不上升；｛73.5-ΣEi｝恒压前期下降慢后期不下降；内阻之和ΣRi恒压前期下降快后期下降慢

充电电流恒压前期下降缓慢后期不下降，不下降电流大于0.6A充电器不转灯！

4）恒压期充电异常

充电不足严重硫化，转灯无望电流大于2.0A

5）充电热失控

充电异常时继续充电引发热失控

【5】充电方法影响循环次数

【储电+恒压+浮充】三段式充电：恒流模式循环次数少；恒功率模式循环次数提升50%

恒流充电参数：储电期电流3.0A，功率36W➡️43.5W，转恒压电压14.5V，恒压期电压14.7V，转灯电流0.6A

恒功率充电参数：储电期功率38W，电流3.20A➡️2.60A，转恒压电压14.5V，恒压期电压14.7V，转灯电流0.7A

1）储电前期储电能力对比

恒流模式充电电流3.0A，∫IEdt小储电量少，后续储电位上升慢，储电能力弱

恒功率模式充电电流3.2A，∫IEdt大储电量多，后续储电位上升快，储电能力强

2）储电后期充电参数对比

恒流模式充电电流3.0A➡️3.0A，能量损耗大电池温升高，充电电压上升快储电期时间短

恒功率模式充电电流2.8A➡️2.6A，能量损耗小电池温升低，充电电压上升慢储电期时间长

3）转恒压时储电位对比

恒流模式转恒压电流3.0A，温升高内阻大，｛电流✖️内阻｝大储电位低

恒功率模式转恒压电流2.6A，温升低内阻小，｛电流✖️内阻】小储电位高

4）恒压期充电时间对比

恒流模式储电位E上升慢，｛14.70–E｝下降慢，内阻R下降快，电流下降慢恒压时间长

恒功率模式储电位E上升快，｛14.70–E｝下降快，内阻R下降慢，电流下降快恒压时间短

6）循环次数对比

恒流模式析气功耗大失水量多，内阻上升快循环次数大于350

恒功率模式析气功耗小失水量少，内阻上升慢循环次数大于525

【6】铅酸蓄电池使用寿命延长方法

硫化和内阻大共存容量下降快，所有降低硫化速度和内阻上升速度的方法，都可以有效延长蓄电池的使用寿命

1）选用重量足的品牌电池

品牌电池产品质量有保障，电池重量足内阻小寿命长，比如1220重量大于13.5斤

2）采用双胞胎充电新方法

串联两个充电器向一组电池充电，受充单体减半，硫化速度减半，循环次数提升50%

3）采用恒功率充电新方法

【恒功率+恒压+浮充】充电：最低电压大于14.55V充电足零硫化；最高电压小于14.90V过充电少正常失水；循环次数提升50%

正常失水内阻上升慢；零硫化储电位之和下降正比于内阻之和上升；恒压期电流正常下降，充电器正常转灯充电安全有保障

4）尽量减少大电流放电

电动车性能差产生附加电流放电电流大

加速，快速行驶和负载重等情况放电电流大

5）养成良好的充电习惯

冷车充电，余电大于30%充电，转灯后断电

敬请参阅【铅酸蓄电池使用寿命延长方法】