偶尔我们会被问到非常有趣的问题。最近我们被问及工业备用电池产生多少热量。公平地说，这取决于你问的是谁。不同的电池制造商对这个问题有不同的答案，不同的计算方法给出了截然不同的答案。
散发或产生的热量有时称为“热损失”。
本文作者对下面给出的方法不做任何推荐。文章的产生表明所使用的各种方法之间存在冲突。
一般来说，问题是计算通风需求，本文探讨了不同的方法并展示了结果的可变性。
再充电、浮充、放电都会产生热量。充电产生的热量是有限的，即一旦电池充满电就不再产生热量，但此时电池进入浮充阶段，只要电池处于充电状态，就会产生热量。放电时产生的热量也是有限的，因为一旦电池完全放电，就不会再产生热量。因此，我们要考虑三个条件：
1）充电时发热。
2）浮充电热。
3) 放电热。
我们都知道铅酸电池很重，热质量也很大。正因为如此，在充电、浮充和放电过程中，电芯内部产生的热量不会立即散失到周围的大气中，对于散失的速度有多快，众说纷纭。部分不同意见是由于构成电池的电池或单体电池的尺寸和形状不同，以及它们是 VRLA AGM、VRLA GEL 还是通风型。
在基本术语中，热量是瓦特，瓦特可以从 V x I（伏特 x 安培）计算，或者我们可以使用 I2R（安培 x 安培 x 电阻）。这些公式可用于计算产生的热量。
在本文中，示例中使用了以下电池系统。这些示例考虑了以下内容：-
a) 在 20°C 下提供 300kW 15m 的电池不低于 408V（平均 1.70Vpc）。
b) 电池由 3 个并联串组成，每个串包含 40 x 12V 单体；即240个细胞。
c) 浮动电压 2.27Vpc = 545V。
d) 每串标称容量为110Ah，即电池总容量为330Ah。
e) 每个单体内部电阻为 3.8mOhms。该值来自电池制造商的信息。因此电池电阻为 3.8mΩ x 40 块/3 串 = 50.7mΩ 总电阻。
f) 充满电的浮充电流 1mA/Ah = 330mA。每 Ah 1mA 的值是 I 浮动。（下方注释）来自 BS EN 50272 的值。
g) 充电参数为10%电流（33A）和2.27Vpc（544.8V）恒压。
(注) - 完全充电的浮充电流可从电池制造商处获得。但是，在 BS EN 50272（二次电池和电池安装的安全要求）中，可以在表 1 中找到典型值。该表给出了使用 IU 或 U 充电器充电时的电流值。虽然这些值用于计算充电时的气体排放量，但它们也可用于估算充满电时的电流。实际上，这些值是具有内置安全裕度的最坏情况。
对于通风式铅酸电池、VRLA 铅酸电池和 NiCd 电池，浮置电压条件下的值为 1mA/Ah。我们应该将 Ah 视为铅酸产品在 10 小时速率和镍镉产品在 5 小时速率下的标称值。
首先，我们需要定义“再充电”，在这种情况下，我们指的是恢复之前放电所移除的容量所需的电流/时间。我们只考虑充满电的时间。
即使充电参数可能不同，产生的热量也不会发生明显变化。例如，充电器电流即 5% 或 10% 或 15% C10 安培或使用真正的浮动电压（例如 2.27Vpc）或升高的电压（例如 2.40Vpc）不会显着改变电池产生的热量或热损失。然而，产生的热量将根据先前放电的深度而有很大不同。对于工业备用电池，在本文中，我们考虑恒压/限流充电特性；也称为 IU 或改进的恒定电位方法，例如 2.27vpc 或 2.40Vpc 或类似的方法，具有电流限制。
现阶段值得注意的是，一些电池制造商认为充电时产生的热量可以使用与电池浮充相同的方法来计算。下面1.1）中使用了该方法。采取这种观点是因为由于电池的热质量，充电时产生的任何热量都不会立即释放。
当我们考虑电池的比热特性时，热计算会很复杂，至少有一家电池制造商已经根据实际电池类型和配置得出了结果。这无助于确定每种电池配置产生的热量，我们需要在日常情况下使用更简单的东西。毕竟，我们正在研究可用于房间制冷目的的典型值，而不是有限的“实验室评估”。实际上，良好的近似值足够准确。
因此，如果再充电时产生的热量随之前的放电而变化，那么所有其他参数都大体上无关紧要。然后，我们可以估算充电时产生的热量与之前放电的关系。为了使计算更准确一些，我们应该根据 IU 特性和之前的放电深度来估计充满电的时间。大多数制造商都有表格，甚至是基于软件的方法来确定不同充电状态的时间，包括充满电的时间。但是，一般来说，完全充电的时间可以说是很多小时，但充电到 80% 的时间取决于 IU 特性。在充电过程中，大部分热量将作为损耗产生，直到电池充电达到 80%，这将是充电的“恒流”部分。在恒流阶段，即高达 80% 的充电量，可以使用 I2R 原理估算热量。从80%到100%，浮充电流可以用来计算发热量。一些电池制造商认为从 80% 充电到 100% 充电的电流是理论浮动电流的两倍。考虑到实际的热量，这可能被认为是一种合理的方法。下文1.2）中使用了该方法。
1.1) 考虑到热量与电池浮充时的热量相同，我们有：-
V x I = W ，或I2R = W的替代方法。
1.1.1) V x I = 瓦特。
唯一的问题是决定使用什么电压和电流。
对于电压，将电压视为电池端子两端的实际浮动电压是合理的。
对于电流，使用 BS EN 50272 中定义的 I 浮动值是合理的。
计算 1 个区块：-
2.27Vpc x 6 节电池 x 110mA = 1,498.2mW
因此，对于 40 x 3 块 = 1,498.2 x 40 x 3 = 179,784mW = 179.784W。
该热量将用于 76 小时的充电时间。因此，热量可以表示为180W x 76h = 13,680Wh，但超过76h = 180W。
1.1.2) I2R = 瓦特
我们可以使用与上面相同的电流，即 I 浮动，对于电压 R，我们可以使用该块的电阻，即 3.8 mΩ。计算 1 个区块：-
110mA x 110mA x 3.8mΩ。= 0.04598 毫瓦
因此，对于 40 x 3 块 = 5.5176mW。
该热量将用于 76 小时的充电时间。因此，热量可以表示为5.5176mW x 76h = 0.42Wh，但在 76h 的充电时间内 = 5.5mW。
1.2) 加热至 80% 充电加上加热从 80% 至 100% 充电
1.2.1) 加热至 80% 带电
考虑到上述电池系统，我们知道充电电流为 33A，充电至 80%，从 80% 开始，我们将使用 2 x 浮动电流，如果我们使用 2 x 浮动电流方法，则电流为 330 x 2 = 660 毫安。我们需要在放电后建立充电状态。假设最大电流为 15m 的最坏情况：-
最大电流 = 300kW x 1000 / 408V = 735A
移除的容量 = (735A x 15m) / 60 = 184Ah 或 146Ah 充电 (330Ah – 184Ah)。
这个 184Ah 代表 56% 放电或 44% 充电。
我们知道 33A（每串 11A）的充电电流将流过，直到电池充满 80%。80% 充电条件 = 330Ah x 0.8 = 264Ah。
从前一次放电结束时电池中的 146Ah 到电池中的 264Ah 的时间 = 118Ah / 33A = 3.6h。
我们现在可以估算从充电开始到充电 80% 的热量，如下所示。
每个集团使用 I2R：-
11A x 11A x 3.8mΩ = 495.8mW。
因此对于 40 x 3 块 = 59,496mW
这个电流会流过3.6h，可以表示为214Wh。
注：工业电池的内阻从 100% 充电到 10% 充电没有显着变化。因此，I2R 原则是有效的。
1.2.2) 热量从 80% 充电到 100%
我们需要确定从 80% 充电到充满电的时间，电池制造商应提供此信息。然而，为了估计热量的目的，一个合理的假设是 72 小时。人们普遍认为，完全放电的电池可以在 72 小时内使用浮动电流和 5% 至 15% 的再充电电流进行再充电。如果我们假设完整的 72 小时，我们正在考虑最坏的情况。
每个集团的热度现在可以估计为：-
该热量将用于 72 小时的充电时间。因此，热量可以表示为5.5176mW x 72h = 0.40Wh，如果将其加倍，我们将得到0.79Wh。
将 1.2.1) 与 1.2.2) 相加，我们得到 214Wh + 0.79Wh = 215Wh。这超过了完全充电时间，相当于215Wh / 76h = 2.83W
大多数电池制造商将浮充电的热量视为简单的伏特 x 电流。V x I = W，即伏特 x 电流 = 瓦特。或者，可以使用 I2R 原则。
对于电流，我们可以联系电池制造商或者我们可以参考国际标准，例如 BS EN 50272。
我们现在可以做一个计算。以下是对上述相同电池的计算，即包含 40 x 12V 单体电池的 330Ah 电池。可以进行两种替代计算。在 2.1) 中，我们使用 VXI 方法，在 2.2) 中，我们使用 I2R 方法。
2.1) 考虑 V x I 方法：-
考虑 1 块：2.27Vpc x 6 节电池 x 1mA 每 Ah x 110Ah = 1.496W。
因此，对于 40 块和 3 串的完整电池：-
1.496W x 40 x 3 = 180W。
只要电池处于浮充状态，就会产生这种热量。
2.2) 考虑 I2R 方法：-
考虑一个整体：110mA x 110mA x 3.8mΩ = 0.04598mW
因此，对于 40 x 3 块 = 5.5176mW 或 0.005W。
有趣的是，许多电池制造商不提供放电时产生的热量的值，因为铅酸电池被认为是吸热的。然而，制造商普遍认为内部元件和外部连接都有电阻，并且在电流流动时会发热。
同样，可以使用简单的数学计算，大多数电池制造商都接受 I2R 作为放电热损失的合理近似值。我们需要知道电池系统的放电电流和内阻。
使用相同的 40 x 12V 电池以 300kW 放电 15m 我们首先需要将 300kW 修改为可用于计算的电流。“安全选项”是考虑放电终止电压，然后计算最大电流。放电终止电压为 408V（见上文）。因此，最大电流为300kW x 1000 / 408V = 735A。
热损失计算如下： -
735A x 735A x 50.7mΩ = 27.4kW。
这可以表示为 Wh，即27.4kW x 0.25h = 6.85kWh
由于电池具有热质量，因此可能需要许多小时才能将这种热量传递到周围的空气中。本文中的电池重量约为 4800 千克。一些制造商认为散发到房间的热量将分布在放电时间的 10 倍以上。在这个例子中，这将是 2.5h。这将计算出2.74kW 持续 10 小时。
与电池的物理参数相比，值得查看电池的总尺寸和重量，以了解热损失。如果在1立方米以内产生热量，那将是相当可观的。但是，如果热量在 10 立方米的体积内，则影响会很小。以下参数是真实的 3 x 40 x 110Ah x 12V 块电池给出了这个观点。
虽然下面给出的尺寸和重量是真实的，但我们必须记住，支架是开放式的，单体周围有很大的自由空间。考虑到单元格内以及行和层之间的开放区域的总体积计算如下： -
3.7 x 0.8 x 1.3 = 3. 8m3
支架类型：2 排 x 3 层开放式钢架。
长度： 3.7m
深度： 0.8m
总高度： 1.3m
体积： 3.8立方米
重量： 4000kg
由于电池不符合标准的电气特性，因此很难证实电池在充电或浮充电时的热量结果，因此结果肯定值得怀疑。我们知道欧姆定律应用于电池时不起作用。这主要是因为电池的 BACK EMF 特性，这使得 V x I 计算有问题。因此，任何依赖于这个原则的数学结果都必须是可疑的。因此，V x I 计算必须是可疑的。为了更全面地理解这一点，我们可以使用 I = V / R 方法计算理论浮动电流。在我们的示例中，我们知道施加的浮动电压为 2.27Vpc，即 12V、6 节电池组的浮动电压为 13.62V，并且我们知道电阻为 3.8mΩ。应用欧姆定律，浮动电流应为 I = V / R = 13.62V / 3。8mΩ = 3584A。显然，这是不正确的。
如果 V x I 计算不可靠，那么我们还必须质疑 I2R 结果。我们所知道的是，电流是真实值，内阻也是真实的。因此，结果必须更准确，我们希望！
I2R 结果更真实，因为我们知道电流是多少，我们知道产品的内阻。充电的 I2R 结果非常小，在所有实际条件下，热量可以忽略不计。这在示例中仅为 5.5mWh。
同样，如果 I2R 结果更真实并且 V x I 方法不可靠，那么浮充电的 0.005W 热量可能再次被认为是无关紧要的。
似乎用于放电发热的唯一方法是 I2R，正如预期的那样，放电发热远高于再充电或浮充发热。我们必须记住的是，热量不会立即停止，必须估计停止的时间。毫无疑问，这将是几个小时而不是几分钟，但这是一个没有咨询供热工程师的意见问题。
对于充电和浮充电来说，热量非常小，特别是当我们考虑电池的质量时。这是幸运的，因为尽管使用了不同的方法，但在从电池室移除热量的情况下，结果是微不足道的。
对于放电时产生的热量，情况有所不同，因为大多数电池制造商认为 I2R 方法是最准确的。此外，我们可以更容易地接受结果，因为放电时没有反电动势。在这个例子中，产生的热量可以表示为 27.4kWh，但考虑到电池的质量，我们必须考虑到这种热量在比 15 米的实际放电时间更长的时间内被释放。并非所有制造商都考虑 10 x 放电时间的时间，但很明显热量不会立即消失。
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