電池有關計算及性能主要參數

電池有關計算

其中E為電動勢,r為電源內阻,內電壓U內=Ir,E=U內+U外

適用范圍:純電阻電路

閉合電路中的能量轉化:

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

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，其值為8.314

T—溫度，與電池所處溫度有關

F—法拉第常數，其值為96500

αH2SO4—硫酸的活度，與硫酸濃度有關

αH2O—水的活度，與硫酸濃度有關

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。

額定容量

在設計規定的條件（如溫度、放電率、終止電壓等）下，電池應能放出的最低容量，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電池反應式中電極活性物質的用量和按法拉第定律計算的活性物質的電化學當量精確求出。由于電池中可能發生的副反應以及設計時的特殊需要，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的種類有關，而與活性物質的數量無關。電池電壓本質上是直流電壓，但在某些特殊條件下，電極反應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別。

開路電壓

電池在開路狀態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。

內阻

電池的內阻是指電流通過電池內部時受到的阻力。它包括歐姆內阻和極化內阻，極化內阻又包括電化學極化內阻和濃差極化內阻。由于內阻的存在，電池的工作電壓總是小于電池的電動勢或開路電壓。電池的內阻不是常數，在充放電過程中隨時間不斷變化（逐漸變大），這是因為活性物質的組成，電解液的濃度和溫度都在不斷的改變。歐姆內阻遵守歐姆定律，極化內阻隨電流密度增加而增大，但不是線性關系。常隨電流密度增大而增加。

內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，數值上等于電池的額定容量(安·小時)除以規定的充放電電流（安）所得的小時數。倍率是充放電速率的另一種表示法，其數值為時率的倒數。原電池的放電速率是以經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

電池內具有很大的電極-電解質界面面積，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。循環壽命是蓄電池在滿足規定條件下所能達到的最大充放電循環次數。在規定循環壽命時必須同時規定充放電循環試驗的制度，包括充放電速率、放電深度和環境溫度范圍等。

自放電率

電池在存放過程中電容量自行損失的速率。用單位儲存時間內自放電損失的容量占儲存前容量的百分數表示。