電池有關(guān)計算及性能主要參數(shù)
電池有關(guān)計算
其中E為電動勢,r為電源內(nèi)阻,內(nèi)電壓U內(nèi)=Ir,E=U內(nèi)+U外
適用范圍:純電阻電路
閉合電路中的能量轉(zhuǎn)化:
E=U+Ir
EI=UI+I^2R
P釋放=EI
P輸出=UI
純電阻電路中
P輸出=I^2R
=E^2R/(R+r)^2
=E^2/(R^2+2r+r^2/R)
當r=R時P輸出最大,P輸出=E^2/4r(均值不等式)?
?性能主要參數(shù)
?
電池的主要性能包括電動勢、額定容量、額定電壓、開路電壓、內(nèi)阻、充放電速率、阻抗、壽命和自放電率。
電動勢
電動勢是兩個電極的平衡電極電位之差，以鉛酸蓄電池為例，E=Ф+0-Ф-0+RT/F*In(αH2SO4/αH2O)。
其中：E—電動勢
Ф+0—正極標準電極電位，其值為1.690
Ф-0—負極標準電極電位，其值為-0.356
R—通用氣體常數(shù)，其值為8.314
T—溫度，與電池所處溫度有關(guān)
F—法拉第常數(shù)，其值為96500
αH2SO4—硫酸的活度，與硫酸濃度有關(guān)
αH2O—水的活度，與硫酸濃度有關(guān)
從上式中可看出，鉛酸蓄電池的標準電動勢為1.690-（-0.0.356）=2.046V，因此蓄電池的標稱電壓為2V。鉛酸蓄電池的電動勢與溫度及硫酸濃度有關(guān)。
額定容量
在設(shè)計規(guī)定的條件（如溫度、放電率、終止電壓等）下，電池應(yīng)能放出的最低容量，單位為安培小時，以符號C表示。容量受放電率的影響較大，所以常在字母C的右下角以阿拉伯數(shù)字標明放電率，如C20=50，表明在20時率下的容量為50安·小時。電池的理論容量可根據(jù)電池反應(yīng)式中電極活性物質(zhì)的用量和按法拉第定律計算的活性物質(zhì)的電化學當量精確求出。由于電池中可能發(fā)生的副反應(yīng)以及設(shè)計時的特殊需要，電池的實際容量往往低于理論容量。
額定電壓
電池在常溫下的典型工作電壓，又稱標稱電壓。它是選用不同種類電池時的參考。電池的實際工作電壓隨不同使用條件而異。電池的開路電壓等于正、負電極的平衡電極電勢之差。它只與電極活性物質(zhì)的種類有關(guān)，而與活性物質(zhì)的數(shù)量無關(guān)。電池電壓本質(zhì)上是直流電壓，但在某些特殊條件下，電極反應(yīng)所引起的金屬晶體或某些成相膜的相變會造成電壓的微小波動，這種現(xiàn)象稱為噪聲。波動的幅度很小但頻率范圍很寬，故可與電路中自激噪聲相區(qū)別。
開路電壓
電池在開路狀態(tài)下的端電壓稱為開路電壓。電池的開路電壓等于電池在斷路時（即沒有電流通過兩極時）電池的正極電極電勢與負極的電極電勢之差。電池的開路電壓用V開表示，即V開=Ф+-Ф-，其中Ф+、Ф-分別為電池的正負極電極電位。電池的開路電壓，一般均小于它的電動勢。這是因為電池的兩極在電解液溶液中所建立的電極電位，通常并非平衡電極電位，而是穩(wěn)定電極電位。一般可近似認為電池的開路電壓就是電池的電動勢。
內(nèi)阻
電池的內(nèi)阻是指電流通過電池內(nèi)部時受到的阻力。它包括歐姆內(nèi)阻和極化內(nèi)阻，極化內(nèi)阻又包括電化學極化內(nèi)阻和濃差極化內(nèi)阻。由于內(nèi)阻的存在，電池的工作電壓總是小于電池的電動勢
內(nèi)阻是決定電池性能的一個重要指標，它直接影響電池的工作電壓，工作電流，輸出的能量和功率，對于電池來說，其內(nèi)阻越小越好。
充放電速率
有時率和倍率兩種表示法。時率是以充放電時間表示的充放電速率，數(shù)值上等于電池的額定容量(安·小時)除以規(guī)定的充放電電流（安）所得的小時數(shù)。倍率是充放電速率的另一種表示法，其數(shù)值為時率的倒數(shù)。原電池的放電速率是以經(jīng)某一固定電阻放電到終止電壓的時間來表示。放電速率對電池性能的影響較大。
阻抗
電池內(nèi)具有很大的電極-電解質(zhì)界面面積，故可將電池等效為一大電容與小電阻、電感的串聯(lián)回路。但實際情況復雜得多，尤其是電池的阻抗隨時間和直流電平而變化，所測得的阻抗只對具體的測量狀態(tài)有效。
壽命
儲存壽命指從電池制成到開始使用之間允許存放的最長時間，以年為單位。包括儲存期和使用期在內(nèi)的總期限稱電池的有效期。儲存電池的壽命有干儲存壽命和濕儲存壽命之分。循環(huán)壽命是蓄電池在滿足規(guī)定條件下所能達到的最大充放電循環(huán)次數(shù)。在規(guī)定循環(huán)壽命時必須同時規(guī)定充放電循環(huán)試驗的制度，包括充放電速率、放電深度和環(huán)境溫度范圍等。
自放電率
電池在存放過程中電容量自行損失的速率。用單位儲存時間內(nèi)自放電損失的容量占儲存前容量的百分數(shù)表示。