不同型号铅酸蓄电池性能差异大，比能量比功率逆相关

在恒流条件下，充电时输入蓄电池的能量或放电时放出的能量N（W·h）可以用平均电压U（V）、电流强度I（A）和时间t（h）的乘积表示，即

N=UIt （8-69）

图8-8表示的是12V 100A·h的起动用蓄电池的放电平均电压与放电电流之间的关系^【18】。

图8-8 起动用蓄电池放电平均电压与放电电流之间的关系

图8-9表示的是12V 100A·h起动用蓄电池所能放出的能量与放电电流之间的关系。放电电流越大，蓄电池所能放出的能量越少^【19】。

铅酸蓄电池的理论质量比能量W_m可以用下式计算：

式中，C是蓄电池理论容量，A·h；E是蓄电池的电动势，V；m是按照蓄电池反应方程式，理论上所需活性物质的质量，kg。

铅酸蓄电池的电池反应方程式为

PbO₂+Pb+2H₂SO₄=2PbSO₄+2H₂O

图8-9 起动用蓄电池放出能量与放电电流之间的关系

按照法拉第电解定律，理论容量C=2F=53.60A·h。三种活性物质的质量分别为

m₁（PbO₂） 0.239kg

m₂（Pb） 0.207kg

m₃（H₂SO₄） 0.0981×2=0.196kg

m=m₁+m₂+m₃=0.642kg

而E≈2V。得到质量比能量

纯H₂SO₄作为电解液几乎是不离解和不导电的。即使用2倍于H₂SO₄质量的水配置成电解液，铅酸蓄电池的理论质量比能量也应为W_m≈104W·h·kg^-1。众所周知，铅酸蓄电池目前能达到的水平为30～40W·h·kg^-1，或稍高些。

铅酸蓄电池的比容量理论值C_m=2F/m可以利用这些数据计算出来。m=0.642kg，2F=53.60A·h，C_m=83.48A·h·kg^-1。实际上能达到的值为20～25A·h·kg^-1或者稍高些。

当然，铅酸蓄电池中除去活性物质组分外，还有电极中的非活性组分、集流体（Current Collector）——包括板栅与汇流排等、隔板、蓄电池槽盖，所以只能得到理论容量的一部分。另外，在放电过程中随着放电时间的延长和电极活性物质的消耗，蓄电池电压下降，实际上的比容量和比能量依赖于放电条件，主要是温度和放电电流值的大小。

铅酸蓄电池的理论能量密度W_v可以用下式计算：

式中，C和E的意义同式（8-70）。V是理论上所需活性物质的体积之和。计算值为W_v≈720W·h·dm^-3。目前能达到的实际值约为70～80W·h·dm^-3；紧装配的密封蓄电池可达到110W·h·dm^-3或更高些。

蓄电池在单位时间内输出的能量称为蓄电池的输出功率。20世纪50年代以后，起动用蓄电池趋向于向薄极板紧装配方向发展，对短时间放电电流的要求越来越高，起动电流（A）的数值在室温下一般可达蓄电池额定容量（A·h）数值的8～10倍或更高。表8-15～表8-18是国产硬质橡胶槽6-Q-60蓄电池的高倍率放电的实验数据。蓄电池的质量为21kg。

由表中的数据可以看到，起动用铅酸蓄电池在室温下的瞬时比功率可达160～170W·kg^-1或更大些。

表8-15 6-Q-60蓄电池300A恒流放电的电压和功率（室温）(www.xing528.com)

表8-16 6-Q-60蓄电池360A恒流放电的电压和功率（室温）

表8-17 6-Q-60蓄电池420A恒流放电的电压和功率（室温）

表8-18 6-Q-60蓄电池480A恒流放电的电压和功率（室温）

阀控密封式铅酸蓄电池更趋向于紧装配，超细玻璃纤维隔板的电阻较小，整个蓄电池的内阻很小。以著者2003年设计的12V15A·h蓄电池为例，可以以225A（额定容量15A·h数值的15倍）放电。有关数据如下：

蓄电池质量 4.56kg

外形尺寸 190mm×70mm×126mm

质量比能量 41.80W·h·kg^-1

20h率容量 15.90A·h

蓄电池的225A（15C）放电性能列在表8-19。

表8-1912V15A·h阀控密封式铅酸蓄电池225A（15C）放电性能

表中放电次序的相邻序号两次放电之间间隔60s。

由表8-19第1行数据可以看出，这种蓄电池的瞬时功率达1800W以上，比功率超过400W·kg^-1【20】。

不同型号、不同结构、不同设计的铅酸蓄电池的性能差别很大，其平均放电电压与放电电流之间的关系也不尽相同。但其相同之处是放电电流大则放电电压低，是逆相关关系，如果粗略地看，近似地存在着线性关系。以12V 45A·h的某种铅酸蓄电池为例，其平均放电电压U与放电电流I的关系可以粗略地表示为一条斜率为负值的直线（这里电压和电流分别以V和A为单位）：

U=-0.01I+12那么这种蓄电池的最大功率应出现在U=6V，I=600A之处，即其最大功率应达3600W，比功率可达250W·kg^-1。

铅酸蓄电池的最大功率出现在放电电流很大的情况下，此时的放电时间很短，即放出的能量少。一般来说，其比能量与比功率之间的关系虽然不是反比关系，但肯定是逆相关关系，即此高彼低，彼高此低。

当外电路电阻与蓄电池内阻相等时，蓄电池在外电路上功率最大。

蓄电池以电流强度I（A）放电时，端电压为U（V），那么在外电路上的功率为

P=IU（8-73）蓄电池放电时有U=E-Ir式中E和r分别是蓄电池的电动势和内阻，式（8-73）可以写成

P=IE-I²r （8-74）式（8-74）对I求导数得到

式中R是外电路电阻。令dP/dI=0，得到

R=r （8-76）所以，当R=r时，蓄电池在外电路上的功率最大。