铅酸蓄电池短时间大电流应用场景的终止电压选择
转载 2025-08-15 09:35 荷贝克 来源:荷贝克
设定固定型阀控式铅酸蓄电池(VRLA)的放电终止电压时,需综合考虑多因素以优化性能并保障系统安全。关键考量点如下:
一.放电时间
放电时间是核心因素。依据国家标准GB/T 19638.1-2014《固定型阀控式铅酸蓄电池 第1部分:技术条件》及国际电工委员会标准IEC 60896-21:2004《固定型阀控铅酸蓄电池 第21部分:阀控式类型 测试方法》的规定,对于放电时间需求超过5小时(C5)的应用场景,通常将放电终止电压设定为1.75V及以上。而对于放电时间在1小时(C1)以内的短时间应用需求,则更倾向于将放电终止电压设定为1.6V。这些标准被广泛采纳,并为相关行业标准提供了有益的参考。
下面是在不同放电倍率下应用时的放电参考曲线,可以看到固定型阀控式铅酸蓄电池,在不同的放电倍率的情况下,其放电曲线显著不同:
同样在此图中也可以看到在不同放电倍率下,对应的终止电压也是不同的。
二.放电初期电池压降
这些标准的制定是基于铅酸蓄电池的固有特性,在放电初期,铅酸蓄电池的电压会迅速下降,随后又会出现一个快速的回升。下图显示了以较高倍率(约为5.5C)放电3分钟的放电曲线,在放电初期由于极化的影响,过饱和的正二价铅在电极表面附近液层中的存在,使正极发生很大的浓度极化,同时反应消耗硫酸生成水,更使正极的浓度极化加深,其电势降低,电池端电压下降。但是一旦晶种形成,硫酸铅晶体开始长大,过饱和度随即下降,浓度极化减小,于是正极电势有所恢复,电池的端电压开始回升,呈现V字形走势。若此时UPS终止电压设定过高(如1.8V/单格),那么电池可能在电压回升前被切段供电(仅供电几秒时间),无法实现为用电设备有效备电。
三.回路压降
另外一个重要的考虑因素是系统回路中的压降,包含在连接线上的压降、各连接处的接触压降等。电流越大时,上述压降就越大。当UPS设立的电压采集点距离电池端较远时,因为较长的连接线带来的回路压降,会使得UPS采集到的电压显著低于电池的实际电压。这种情况下,如果将UPS上的放电终止电压设定的过高,因为线路的压降,电池本身要面对更高的终止电压,可以看到这种情况下,电池并没有被充分的利用,这对蓄电池的用户来讲也是一种经济上损失。
四.对寿命的影响
根据铅酸电池的特性,放电深度越浅,循环寿命越好。
即使使用大电流放电,更低的终止电压,实际的放电深度有可能反而更浅。因为这种放电场景下主要是消耗了活性物质孔内的酸液,只是有限量的活性物质发生了转变,电极材料的结构只是浅浅地发生了改变。以荷贝克12V100Ah容量的电池XC123000型号为例。在5分钟恒功率放电场景下,既约相当于3.5C-4C放电倍率下,当设置终止电压为1.6V/单格时,放电深度DOD约为35%。作为对比,按照国家标准GB/T 19638.1-2014进行一次C10核容放电,既用0.1C的放电倍率,标准终止电压为1.8V/单格,经过十小时放电后可看做100%DOD的放电深度。可以看到,哪怕放电电流更小,终止电压更高,但是放电深度实际更深。
用大电流,低终止电压放电不会对铅酸蓄电池造成损坏,除非放热量过大。相反,用小电流进行完全放电甚至过度放电可能会因为过度使用活性物质,这对蓄电池是有害的,对电池寿命影响更大。
对于UPS备电应用场景,循环次数有限。铅酸电池主要失效模式(板栅腐蚀、负极硫酸盐化、干涸热失控)更多与合金、充电电压、电解液比重、温度、杂质相关,循环并非主因。
综上所述,对于固定型阀控式铅酸蓄电池(VRLA)在短时间大电流放电(如UPS备电)场景,选择放电终止电压需平衡放电时间需求、初期压降特性、回路压降及实际放电深度对寿命的影响。基于标准参考(如YD/T 3427-2018对P15min的建议)和上述分析,建议将电池终止电压设定为 1.67V/单体。
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