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。
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:
E°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
a products 和a 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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