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蓄电池串联和并联连接对柴油发电机组的作用 |
摘要：电池的串联和并联连接在柴油发电机组中具有不同的作用，主要围绕电压、容量、电流输出能力和系统稳定性等方面展开。通常根据启动电机的电压和电流需求选择合适的连接方式，其中串联主要提高电压以满足启动电机的需求，而并联增加容量和电流输出能力，延长供电时间。通过合理配置蓄电池连接方式，可显著提升柴油发电机组的启动效率、运行可靠性和应急供电能力。
一、蓄电池不同连接方式和作用
1、蓄电池的连接方式
柴油发电机组通常配备1组或者2组（1000KW以上发电机组）启动电瓶，为了避免可能的电弧放电，一定要首先解脱负极电缆，而最后连接它。当使用跨接电缆起动发动机时，确认导线是并联的：正极（+）对正极（+）和负极（-）对负极（-）。当使用外部电源起动发动机时，把断路开关放在关闭（OFF）的位置。在连接跳线前拔下柴油发电机组的开机钥匙。
（1）串联连接：图1所示显示了典型的蓄电池串联连接方法，这种正极对负极的联接使电压增加一倍。
（2）并联连接：图2所示为典型的蓄电池并联连接方法。这种联接使电流增加一倍。
2、蓄电池串联的作用
（1）提高电压：串联时，蓄电池的总电压为各单体电池电压之和（如2个12V电池串联后为24V）。应用于柴油发电机组的启动电机通常需要较高电压（如24V或48V），串联可满足这一需求。
（2）适配启动系统：柴油机启动瞬间需要高电压驱动启动马达，串联电池组可提供足够电压克服发动机初始阻力（尤其在低温环境）。
（3）简化充电匹配：串联电池组可直接通过发电机或外部充电器按总电压充电，无需额外调整电路。
（4）注意事项
① 电池一致性要求高：若某节电池老化或容量不足，会导致整组电压下降，影响启动性能。
② 需均衡充电：长期使用需定期检测单节电池状态，防止过充或欠充。
3、蓄电池并联的作用
（1）增加容量（Ah）：并联时，总容量为各电池容量之和（如2个100Ah电池并联后为200Ah）。应用于延长供电时间，适合需要持续电力支持的场景（如长时间备用电源）。
（2）提升电流输出能力：并联降低总内阻，允许更大电流输出，增强启动瞬间的爆发力（尤其对高压缩比柴油机有利）。
（3）冗余备份：并联电池组中某节电池故障时，其他电池仍可提供电力，提高系统可靠性。
（4）注意事项
① 环流风险：若电池参数（内阻、容量）差异大，可能导致电池间电流互充，引发发热或损坏。
② 需严格匹配电池：并联电池应选用相同型号、新旧程度接近的产品。
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图1 蓄电池串联连接方式示意图 |
图2 蓄电池并联连接方式示意图 |
二、蓄电池的结构
发电机组用蓄电池与其他蓄电池一样，其主要部件有正负极板、电解液、隔板、电池槽和其他一些零件如端子、连接条及排气栓等。由于这类电池要达到密封的要求，即充电过程中不能有大量的气体产生，只允许有极少量的内部消耗不完的气体排出，所以其结构与一般的（富液式或排气式）的铅蓄电池的结构有很大的不同。
1、电极
发电机组用蓄电池采用无锑或低锑合金作板栅，其目的是减少电池的自放电，以减少电池内水分的损失。常用的板栅材料有铅钙合金、铅钙锡合金、铅锶合金、铅锑镉合金、铅锑砷铜锡硫（硒）合金和镀铅铜等，这些板栅材料中不含或只含极少量的锑，使发电机组用蓄电池的自放电远低于普通铅蓄电池。
2、电解液
在发电机组用蓄电池中，电解液处于不流动的状态，即电解液全部被极板上的活性物质和隔膜所吸附，其电解液的饱和程度为60％~90％。低于60％的饱和度，说明阀控式密
3、隔膜
发电机组用蓄电池的隔膜除了满足作为隔膜材料的一般要求外，还必须有很强的储液能力才能使电解液处于不流动的状态。目前采用的超细玻璃纤维隔膜具有储液能力强和孔隙率高（>90％）的优点。它一方面能储存大量的电解液，另一方面有利于透过氧气。这种隔膜中存在着两种结构的孔：一种是平行于隔膜平面的小孔，能吸储电解液；另一种是垂直于隔膜平面的大孔，是氧气对流的通道。
4、电池槽
电池槽的材料对于发电机组用蓄电池来说，电池槽的材料除了具有耐腐蚀、耐振动和耐高低温等性能以外，还必须具有强度高和不易变形的特点，并采用特殊的结构。这是因为电池的贫电解液结构要求用紧装配方式来组装电池，以利于极板和电解液的充分接触，而紧装配方式会给电池槽带来较大的压力，所以电池的容量越大，电池槽承受的压力也就越大；此外电池的密封结构所带来的内压力在使用过程中会发生较大的变化，使电池处于加压或减压状态。
表1 推荐蓄电池最小容量值
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系统电压
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环境温度-18°C
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环境温度0°C
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冷起动电流
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储备电流
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冷起动电流
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储备电流
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安培
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安培
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安培
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安培
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12伏
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1800
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640
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1280
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480
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24伏
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900
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320
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640
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240
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32伏
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1560
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550
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1040
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390
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注：在规格给定的蓄电池中极板数目决定了蓄电池的储备容量，蓄电池储备容量决定了维持发动机起动时间的长短。
注：冷态起动电流CCA的额定值是根据2节12伏蓄电池的串联来确定的。
表2 柴油发电机蓄电池充电状态
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27°C时的比重
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充电状态
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1.260至1.280
1.230至1.250
1.200至1.220
1.170至1.190
1.110至1.130
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100%
75%
50%
25%
放电过度
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三、蓄电池应用与影响因素
1、综合应用场景
（1）高电压+高容量需求：可采用串并联组合（如先串联两组电池达到目标电压，再并联增加容量）。
示例：柴油发电机组需要24V电压和400Ah容量时，可用4节12V/200Ah电池组成2串2并结构。
（2）低温环境启动：并联电池组可提供更大启动电流，串联则确保电压达标，两者结合优化启动性能。
2、对柴油发电机组的具体影响
（1）启动性能：串联确保电压足够，并联增强电流能力，两者共同保障柴油机快速可靠启动。
（2）系统稳定性：并联提高冗余性，串联依赖单节电池状态，需定期维护以避免单点故障。
（3）充电管理：串联组需均衡充电管理，并联组需关注电流分配，均需配套电池管理系统（BMS）。
总结：
柴油发电机组通常需要蓄电池来启动，尤其是大型的柴油机。启动时需要高电压和大电流，所以可能涉及到蓄电池的不同连接方式。例如启动电压要求高 ➔ 优先串联（如24V系统用2×12V串联）；需长续航或大电流 ➔ 优先并联（如增加容量或冗余）；极端环境或高功率需求 ➔ 串并联结合，并严格匹配电池参数，定期维护检测，从而优化柴油发电机组的启动和运行。
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