CN111123129A - 一种铅蓄电池容量检测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种铅蓄电池容量检测方法，先通过检测铅蓄电池在一系列不同温度条件下放电电压随放电时间变化的情况，制备各温度条件下v谷、v峰和温度t之间的关系曲线作为v谷‑t标准曲线和v峰‑t标准曲线，然后对待检测铅蓄电池放电，并根据标准曲线计算得出放电的环境温度t，再根据公式Ca＝I2×T/(1+f×(t‑25))计算待检测铅蓄电池的实际容量Ca。通过本发明方法可以规避电池容量检测时对温度的检测，从而可以避免因温度检测存在的问题而影响电池实际容量检测值。本发明提供的铅蓄电池容量检测方法操作简单，准确率高，能准确反应电池的测试环境和实际容量。

Description

一种铅蓄电池容量检测方法
技术领域
本发明涉及铅蓄电池技术领域，特别是涉及一种铅蓄电池容量检测方法。
背景技术
电动助力车用阀控式铅酸蓄电池有着价格便宜、使用寿命长、可回收等优点，广泛应用于电动自行车、电动三轮车作为动力电池，国内动力电池与汽车起动电池和工业电池三分国内铅酸电池市场，有广阔的市场和发展前景。
国家标准《GB/T 22199.1-2017电动助力车用阀控式铅酸蓄电池第1部分：技术条件》规定2hr容量试验方法为：蓄电池经完成充电后，在温度为25℃±2℃的环境中静置1h-24h，当蓄电池的表面温度为25℃±2℃时，进行容量放电试验，以I2(A)电流持续放电至蓄电池端电压达10.50V/只时终止。测量并记录放电开始时蓄电池的表面初始温度和端电压值，放电期间每隔30min测量并记录一次蓄电池的端电压及蓄电池表面温度值，在放电末期要随时测量端电压并确定和记录放电持续的时间T。蓄电池的实际容量Ca计算公式为：Ca＝I2×T/(1+f×(t-25))，其中Ca为基准温度25℃时蓄电池实际容量的数值，单位为安时(Ah)，T为放电持续时间的数值，单位为小时(h)，t为放电过程中蓄电池表面平均温度的数值，单位为摄氏度(℃)，f为温度系数，单位为每摄氏度(℃-1)，数值为0.006。
标准的测试方法在日常测试2hr容量操作存在如下不便，(1)测试的环境温度通常是室温，(2)蓄电池的可操作温度范围-40℃至60℃，甚至更宽，(3)市面上的蓄电池容量测试仪器都没有连续温度记录功能。日常测试2hr容量，室温与标准要求25℃±2℃的偏差，导致不同时间获得的2hr容量数据参考性差。
因此，在没有记录温度的情况下，如何准确测试蓄电池容量是本领域技术人员需要解决的问题。
铅蓄电池在放电时，端电压出现瞬间下降，接着电压回升到一定阶段后，电压又开始缓慢(平稳)下降，这种现象被称为铅蓄电池的“电压陡降复升”现象，这种现象的发生与铅蓄电池在放电初始阶段电池内电解液中H+的流动有关。蓄电池在放电前，内部基本处于平衡状态，放电后，靠近溶液的正极活性物质表面部分，由于与硫酸接触的充分而先被利用，因此，此处的硫酸最先被反应掉，于是，电池电压开始迅速下降。此时，附近的硫酸开始缓慢向此处流动，但是流动的速度赶不上反应掉的速度，使得硫酸继续减少，电压继续下降。当附近的硫酸流动速度与反应速度相当，也就是说附近流动过来的硫酸足以补充因反应消耗掉的硫酸时，此时电池的电压由于H+浓度变高而回升。最终，随着反应的进行，硫酸还是被消耗，H+浓度越来越低，电压在短暂回升后缓慢继续下降。表现出来就是铅蓄电池的“电压陡降复升”现象(陈立宝，对铅酸蓄电池放电时电压陡降复升的认识，《蓄电池》，2005年第3期，128-129页)。
发明内容
本发明的目的在于提供一种铅酸蓄电池容量测试方法，解决没有温度记录时蓄电池实际容量的偏差难题。
一种铅蓄电池容量检测方法，包括以下步骤：
(1)将某型号铅蓄电池在一系列温度条件下以电流I放电，获得放电电压随放电时间变化的曲线；
(2)从步骤(1)放电电压随放电时间变化的曲线中提取电压陡降复升现象处的谷底电压v谷和复升后峰值电压v峰，分别绘制各温度条件下v谷、v峰和温度t之间的关系曲线作为v谷-t标准曲线和v峰-t标准曲线；
(3)取同型号待检测铅蓄电池以电流I放电，获得放电电压随放电时间变化的曲线，并从曲线中提取电压陡降复升现象处的谷底电压v1和复升后峰值电压v2，然后根据步骤(2)v谷-t标准曲线和v峰-t标准曲线分别得到v1和v2分别对应的温度值t1和t2，以t1和t2的平均值作为待检测铅蓄电池放电的环境温度t；
(4)根据公式Ca＝I2×T/(1+f×(t-25))计算待检测铅蓄电池的实际容量Ca。
优选的，电流I选择2小时率放电电流。
优选的，放电时放电到10.5V时结束放电。
优选的，铅蓄电池放电的温度在-40℃～60℃。一般铅蓄电池的使用环境温度在该范围内。更优选的，步骤(1)中每隔5～10℃测一个温度。进一步优选的，步骤(1)中温度条件分别为：-40℃、-30℃、-20℃、-10℃、0℃、10℃、20℃、30℃、40℃、50℃和60℃。
公式Ca＝I2×T/(1+f×(t-25))中f为温度系数，单位为每摄氏度，数值为0.006。
公式Ca＝I2×T/(1+f×(t-25))中T为放电持续时间。
本发明铅蓄电池容量检测方法通过研究发现铅蓄电池在电压陡降复升现象处的谷底电压和峰值电压与放电时环境温度存在相关，通过本发明方法可以规避电池容量检测时对温度的检测，从而可以避免因温度检测存在的问题而影响电池实际容量检测值。本发明提供的铅蓄电池容量检测方法操作简单，准确率高，能准确反应电池的测试环境和实际容量。
附图说明
图1为实施例1中谷底电压v谷拟合直线结果图。
图2为实施例1中峰值电压v峰拟合直线结果图。
图3为实施例2中“电压陡降复升现象”的谷底电压v谷和峰值电压v峰示意图。
具体实施方式
实施例1
将6-DZF-20型号的蓄电池在温度t为-40℃、-30℃、-20℃、-10℃、0℃、10℃、20℃、30℃、40℃、50℃和60℃下以10A(I2)电池放电至10.5V，持续记录放电电压数据；
从放电电压数据中提取“电压陡降复升现象”的谷底电压v谷和复升后峰值电压v峰，见表1，以谷底电压v谷和峰值电压v峰作为横坐标，以温度t作为纵坐标，制作v谷-t和v峰-t曲线，用直线t1＝a1+b1×v谷和t2＝a2+b2×v峰分别拟合两条曲线得到a1＝-680.31383、b1＝56.56887和a2＝-670.46742、b2＝55.40616。
将t1＝-680.31383+56.56887×v谷(图1)和t2＝-670.46742+55.40616×v峰(图2)作为该型号蓄电池温度t与谷底电压v谷和峰值电压v峰的标准直线。
表1谷底电压和峰值电压数值
温度/℃ 谷底电压v<sub>谷</sub>/V 峰值电压v<sub>峰</sub>/V
60 13.037 13.096
50 12.940 13.013
40 12.671 12.849
30 12.588 12.646
25 12.451 12.553
20 12.406 12.501
10 12.226 12.266
0 12.128 12.133
-10 11.779 11.979
-20 11.692 11.765
-30 11.463 11.481
-40 11.321 11.366
实施例2
有1只6-DZF-20蓄电池以10.00A电流持续放电至蓄电池端电压达10.50V/只时终止，持续记录了放电电压数据，记录的放电持续的时间T为85.8min(图3)。
从放电电压数据中提取“电压陡降复升现象”的谷底电压v1为11.680V，峰值电压v2 11.726V，根据标准直线t1＝-680.31383+56.56887×v谷和t2＝-670.46742+55.40616×v峰，计算t1为-19.5894℃，t2为-20.7748℃，由t1和t2的平均值获得蓄电池放电的环境温度t为-20.1821℃；
用公式Ca＝I2×T/(1+f×(t-25))计算蓄电池的实际容量，其中f为温度系数，单位为每摄氏度(℃-1)，数值为0.006；T为放电持续时间1.43h(85.8min)；I2为10(A)。计算得到蓄电池的实际容量为19.62Ah。
将该电池置于25±1℃的环境中，以8.00A电流恒压14.80V充电5小时，充电结束后静置6小时，然后以10.00A电流持续放电至蓄电池端电压达10.50V/只时终止，记录的放电持续的时间T为120.6min，即20.10Ah。在25℃下，电池检测放电容量为20.10Ah，采用本发明方法计算获得的实际容量为19.62Ah，计算结果误差为2.38％。
实施例3
有1只6-DZF-20蓄电池以10.00A电流持续放电至蓄电池端电压达10.50V/只时终止，持续记录了放电电压数据，记录的放电持续的时间T为126.2min；
从放电电压数据中提取“电压陡降复升现象”的谷底电压v1为12.466V，峰值电压v2为12.522V，根据标准直线t1＝-680.31383+56.56887×v谷和t2＝-670.46742+55.40616×v峰，计算t1为24.8737℃，t2为23.3285℃，由t1和t2的平均值获得蓄电池放电的环境温度t为24.1011℃；
用公式Ca＝I2×T/(1+f×(t-25))计算蓄电池的实际容量，其中f为温度系数，单位为每摄氏度(℃-1)，数值为0.006；T为放电持续时间2.103h(126.2min)；I2为10(A)。计算得到蓄电池的实际容量为21.15Ah。
将该电池置于25±1℃的环境中，以8.00A电流恒压14.80V充电5小时，充电结束后静置6小时，然后以10.00A电流持续放电至蓄电池端电压达10.50V/只时终止，记录的放电持续的时间T为125.6min，即20.93Ah。在25℃下，电池检测放电容量为20.93Ah，采用本发明方法计算获得的实际容量为21.15Ah，计算结果误差为1.05％。
从实施例2和实施例3中可知，本发明方法计算得到电池的实际容量与检测电池的实际容量之间的误差低于3％，该方法准确度高，计算结果可信。

Claims (8)

1.一种铅蓄电池容量检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将某型号铅蓄电池在一系列温度条件下以电流I放电，获得放电电压随放电时间变化的曲线；
(2)从步骤(1)放电电压随放电时间变化的曲线中提取电压陡降复升现象处的谷底电压v谷和复升后峰值电压v峰，分别绘制各温度条件下v谷、v峰和温度t之间的关系曲线作为v谷-t标准曲线和v峰-t标准曲线；
(3)取同型号待检测铅蓄电池以电流I放电，获得放电电压随放电时间变化的曲线，并从曲线中提取电压陡降复升现象处的谷底电压v1和复升后峰值电压v2，然后根据步骤(2)v谷-t标准曲线和v峰-t标准曲线分别得到v1和v2分别对应的温度值t1和t2，以t1和t2的平均值作为待检测铅蓄电池放电的环境温度t；
(4)根据公式Ca＝I2×T/(1+f×(t-25))计算待检测铅蓄电池的实际容量Ca。
2.如权利要求1所述的铅蓄电池容量检测方法，其特征在于，电流I选择2小时率放电电流。
3.如权利要求2所述的铅蓄电池容量检测方法，其特征在于，放电时放电到10.5V时结束放电。
4.如权利要求1所述的铅蓄电池容量检测方法，其特征在于，铅蓄电池放电的温度在-40℃～60℃。
5.如权利要求4所述的铅蓄电池容量检测方法，其特征在于，步骤(1)中每隔5～10℃测一个温度。
6.如权利要求5所述的铅蓄电池容量检测方法，其特征在于，步骤(1)中温度条件分别为：-40℃、-30℃、-20℃、-10℃、0℃、10℃、20℃、30℃、40℃、50℃和60℃。
7.如权利要求1所述的铅蓄电池容量检测方法，其特征在于，公式Ca＝I2×T/(1+f×(t-25))中f为温度系数，单位为每摄氏度，数值为0.006。
8.如权利要求1所述的铅蓄电池容量检测方法，其特征在于，公式Ca＝I2×T/(1+f×(t-25))中T为放电持续时间。
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