摘要：柴油发电机组作为应急备用电源设备，其绝大多数时间处于待机状态，实际带载运行时间较少。然而，正是这种“养兵千日、用兵一时”的运行特性，对启动系统和蓄电池的可靠性提出了极高要求——机组必须在市电中断的瞬间可靠启动、迅速带载，并在应急任务完成后安全停机。为实现这一目标，必须对启动系统及蓄电池进行科学、规范的日常维护与管理。康明斯公司在本文中系统阐述了启动系统的组成与工作原理、蓄电池的充放电过程及其技术维护方法，为操作与维护人员提供了一套完整的技术指南。
一、 启动系统组成与作用
1. 启动系统的组成
柴油发电机组由柴油机、交流同步发电机、控制屏及起动和控制用蓄电池等组成（图1为实物安装图）。启动系统主要由蓄电池、充电机、调节器、充电指示灯、启动开关等组成（图2为电路图）。蓄电池是发电机组的起动电源——起动系统需要24V电池电流，由两只12V铅酸电池串联而成，连接时需注意正负极，蓄电池负极放在最后连接以减少电弧危险。蓄电池是柴油发电机组不可缺少的部分，约90%的充电机故障源于蓄电池。
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图1 柴油发电机组实物安装图 |
图2 柴油机启动系统电路图 |
2. 启动系统的作用
启动系统的作用是向发电机组上的用电设备供电，蓄电池和充电机并联连接配合供电：
① 启动发动机时，由蓄电池向起动机、启动开关、控制器等主要用电设备供电。
② 发动机启动后，充电机电压低于蓄电池电压时，由蓄电池向用电设备供电。
③ 发动机正常运行，充电机电压高于蓄电池电压时，由充电机向除起动机以外的所有用电设备供电，同时向蓄电池充电。
④ 用电量过大超过充电机供电能力时，蓄电池协助充电机向用电设备供电。
蓄电池、充电机与用电设备均为并联。正常工作时用电设备主要由充电机供电（同时向蓄电池充电），故充电机是主要供电电源；启动时蓄电池向起动机提供强大启动电流，故蓄电池称启动电源。放电警告灯用于指示充放电状况；调节器使充电机在转速变化时保持输出电压恒定。
3. 启动系统的电流流向
启动开关处于ON位置时，电流从蓄电池流向充电机励磁绕组供电——充电机通过导体切割磁力线发电，其磁场由电磁体（非永久磁体）产生，需通过内部线圈通以电流来产生磁场，因此在充电机准备发电之前必须由蓄电池向励磁绕组供电。图3为启动开关ON但发动机不运行时电流流向，图4为启动开关ON且发动机运行时电流流向。
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图3 发动机不运行时启动电池电流流向 |
图4 发动机运行时启动电池电流流向 |
二、 蓄电池的结构及原理
蓄电池既是一种储存电能的装置，又是一个化学电源，输出直流电。放电时化学能转变为电能，充电时电能转变为化学能。
1. 蓄电池的用途
① 启动发动机期间为启动系统、控制系统、电子燃油喷射系统和仪表等供电；
② 发动机停止或低怠速时给用电设备供电；
③ 用电需求超过充电机能力时参与供电；
④ 起到电气系统电压稳定器作用，缓和冲击电压、保护电子设备；
⑤ 充电机正常工作时将多余电能存储起来。
2. 普通型蓄电池的结构
蓄电池由正极板、负极板、隔板、电解液、电池盖板、联条、加液孔塞和电池外壳组成（图5、图6）。一般分隔为3个或6个单格，每单格标称电压2V，3个串联成6V蓄电池、6个串联成12V蓄电池。汽油发动机用12V，柴油发动机用24V。
（1）正极板上是二氧化铅（PbO₂） ，负极板上是海绵状纯铅（Pb） ，是参与化学反应的活性物质。
（2）电解液由化学纯净硫酸和蒸馏水按比例配制而成。水的质量密度1g/cm³，硫酸质量密度1.84g/cm³。
（3）电解液质量密度一般为1.24~1.30g/cm³，使用中根据地区气候条件选择（低气温选高密度，高气温选低密度，以不结冰为前提尽量选较低密度）。
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图5 启动蓄电池结构图 |
图6 启动蓄电池剖视图 |
3. 蓄电池的工作原理
蓄电池的工作原理实质上是化学能与电能的相互转化，如图7、图8所示。向外部负载供电时称为放电过程；与外接直流电源连接并储存电能时称为充电过程。
放电过程中，正极板上的二氧化铅和负极板上的纯铅与电解液中的硫酸反应，生成硫酸铅和水。充电过程中，硫酸铅和水在外接电能作用下重新还原为二氧化铅、纯铅和硫酸。总反应方程式为：
当蓄电池充足电时，正极板上的硫酸铅全部还原为二氧化铅，负极板上的硫酸铅全部还原为纯铅，电解液中硫酸浓度达到最高值，电量恢复至满态。
4. 蓄电池充电
充电过程中，蓄电池与外接直流电源连接，将放电产物硫酸铅和水还原为活性物质和硫酸。
（1）充电时会产生可燃气体氢气，因此必须确保加液孔盖通气孔畅通，充电场所严禁明火。
（2）仅偶尔使用的发电机组，其电池电解液比重会逐渐降低，必须安排补充充电，直至所有单格比重上升并在3小时内保持恒定。
（3）使用频率较低的机组，应每月安排一次补充充电以确保电池处于充足准启动状态。常规充电的蓄电池每6个月应进行一次深度充电，直至电压和电解液比重均回升至合格范围。若充电完毕后比重仍不在规定范围内，须使用蒸馏水或密度为1.40g/cm³的稀硫酸进行调整。
5. 蓄电池放电
放电过程中，蓄电池正极板上的二氧化铅和负极板上的纯铅与电解液反应生成硫酸铅和水。理论上，放电可进行至极板上全部活性物质转化为硫酸铅为止。然而在实际使用中，放电生成的硫酸铅体积大于原活性物质，会逐渐堵塞极板孔隙，阻碍电解液渗入极板内层，导致大部分活性物质未及参与反应时放电即已终止。
发电机组用蓄电池单格电压下降至1.75V时即视为放完电。若电压降至1.75V以下仍继续放电，则属于过度放电。过度放电会在极板上生成粗晶粒硫酸铅（即极板硫化），此物质在充电时极难还原，将永久性损伤极板容量。
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图7 启动蓄电池充放电状态图 |
图8 启动蓄电池充放电过程 |
三、 技术检查与维护
蓄电池技术状况检测包括电解液液面高度检查、端电压检测、密度测量及放电程度检查。
1. 电解液液面检查
须定期检查电解液高度，必要时添加蒸馏水。透明或半透明壳体上有正常液位范围标记，液位须在该范围内，保持足够高以没过各电解槽中的极板。
2. 蓄电池端电压检测
（1）高率放电计测量单格电压（图9）：两触针紧压单格正负极桩，测量5s，记录电压值，分别测量6个单格。各单格端电压应在1.5V以上且能稳定5s。低于1.5V但5s内稳定者为放电过多，应及时充电恢复；低于1.5V且5s内迅速下降表示故障；无电压指示表示内部短路、断路或严重硫化。
（2）万用表测量端电压（图10）：置于直流10V挡，正表笔接正极端、负表笔接负极端，读出电压值，2V为正常值，低于1.7V表明蓄电池已放电，需保养充电。
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图9 蓄电池电压检测示意图 |
图10 单个电池端电压测量 |
3. 放电程度检查
电解液密度每下降0.01g/cm³相当于蓄电池放电6% 。夏季放电超过50%、冬季超过25%时不宜再使用，须及时充电（可采用外置充电器如图11），否则早期损坏。通过密度计测量电解液密度估算（图12），也可用高率放电计测量单格电压判定。
4. 维护要点
（1）蓄电池端子和连接部涂抹石油油脂防止腐蚀。
（2）保持电池及周围区域洁净干燥，通气塞周围保持洁净。
（3）确保通气孔盖或塞已盖紧；经常检查电解液液位，必要时加注蒸馏水，保持不低于电极板。
（4）加注电解液：正常操作及充电会导致水分蒸发，液位低于电极板时需补液。清洁加注口周围污物后打开加注口，加入适量蒸馏水或纯净水，切勿过满（以电极板刻度为标准），否则放电/充电时电解液从溢流孔涌出会造成腐蚀。加注后一个月内不充电、不使用，会导致极板损坏。
（5）存放：蓄电池应放置在低温、干燥、通风良好的地方，不允许直接叠放，与地面之间须垫木制托架或厚纸板保护地面。
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图11 外置充电器对蓄电池充电示意图 |
图12 蓄电池电解液密度测量 |
总结：柴油发电机组的启动可靠性与蓄电池的技术状况直接相关。启动系统将蓄电池的化学能转化为电能，驱动启动马达克服压缩阻力完成点火过程——这一过程看似短暂，却依赖于蓄电池极板活性物质的完整、电解液密度的准确及连接端子的可靠。对于日常维护而言，定期的液面检查、电压测量、密度检测及规范充电，都是在“未雨绸缪”地消除潜在故障。蓄电池的过度放电、电解液不足或长期亏电存放，都将加速极板硫化与活性物质脱落，使设备在最需要启动的关键时刻失去响应。理解蓄电池的充放电机理、掌握正确的维护方法，不仅是对设备负责，更是对应急供电可靠性这一最终目标的坚定保障。
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