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铅酸电池内阻与温度的关系?

发布时间:2023-05-14 22:21:24

这些曲线可以通过查看铅酸电池 (LAB) 的电化学来解释。

LAB 部分是电子的,部分是电化学的。它的总电压由两个主要部分组成:

金属导电部件、栅极、板带和输出,以及半导体电解质。


这两个组件共同负责电池的总内阻或阻抗。

铅酸电池内阻与温度的关系

电池的金属部分将遵循欧姆定律,而电解质将表现得像半导体。

任何温度变化都会将单个组件的电阻推向相反的方向。

随着温度的升高,金属电阻将增加,而电解质电阻将由于更好的离子迁移率而降低。

在较低的温度下,会发生相反的情况。这些成分中每一个的确切贡献将取决于物质平衡。


幸运的是,大多数铅酸电池具有相当标准化的结构,因此对温度变化的响应大致相似。

压倒性的贡献是由电解质做出的。
图 2显示典型的 LAB 电阻随工作温度的变化。

这是一个线性关系,可以从以下关系(称为能斯特方程)计算特定电池:

E = E° – [2.303 x RT/nF] x {log[a产物/a反应物]}

在哪里:

是标准温度和浓度条件下的电势。

E表示非标准状态下产物和反应物的EMF变化。

R是气体常数 (8.314 J/deg.mole)。

T是绝对温度。

n是反应的化合价

F是法拉第常数

products 和reactants分别是产物和反应物的活度(有效浓度)。

使用众所周知的铅酸双硫酸盐反应:

放电 带电

2PbSO 4 + 2H 2 O ↔ PbO 2 + Pb + 2H 2 SO 4

以此在充电方向代入能斯特方程:

E = E° – [2.303 RT / nF] x {[aPbO 2 * aPb * aH 2 SO 4 ]/log[aPbSO 4 * aH 2 O]}

其中a代表电池反应物和产物的活性,定义为有效浓度。

由于aPbSO 4 = 1, aH 2 O = 1, aPbO 2 = 1, aPb = 1(固体和水的活度),所有这些归结为:

E = E° – K*T x log a H2SO4

其中K = 2.303*R/F

从本质上讲,这表明 EMF(电池电压)如何取决于硫酸的温度和浓度。

温度越高,EMF 越低。活度
a(浓度)可以由电解液的比重计算出来。

但是,温度引起的电压变化主要取决于电池的内阻。

对标准 12V 铅酸电池采用简化的欧姆定律关系:

电池静止电压= Vr=12.80V

电池内阻= Ri

充电条件:

当施加电流Ic时,会产生一个附加电压:

Ic x Ri = Vc

根据图 2, +30°C 和 -5°C 之间的 IR 差异为 10mΩ;

这给出了 20 x 0.01 = + 0.2V 的 20A 充电电压差异。

放电条件:

当施加电流 Id 时,它具有负值:

-Id x Ri = -Vd

根据图 2,+30°C 和 -5°C 之间的 IR 差异为 10mΩ,这给出了 20 x 0.01 = -0.2V 的 20A 放电电荷的电压差。

较高的内阻会在充电时产生较高的电压,但对放电有相反的影响,导致电池电压较低。

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