摘要：化学能转换成电能的装置叫化学电池，一般简称为电池。放电后，能够用充电的方式使内部活性物质再生——把电能储存为化学能；需要放电时再次把化学能转换为电能。将这类电池称为蓄电池，也称二次电池。所谓蓄电池即是贮存化学能量，于必要时放出电能的一种电气化学设备。特别是柴油发电机组启动时必不可少的离不开启动蓄电池，随着用户使用要求的提高，柴油发电机厂家配置的启动蓄电池无论从质量和结构上都有提高，以前是加注电解液的普通蓄电池，现在多使用免维护品牌蓄电池。目前，在通信、电力等各行业广泛使用的是固定型阀控式密封铅酸蓄电池，以前使用的防酸隔爆式蓄电池、消氢式蓄电池基本被淘汰。固定型阀控式密封铅酸蓄电池由于其壳体密封、设有安全阀，使用中不泄漏、无污染，移动轻便，安全防爆，日常无须加水，只要正确运用，维护简便。YD/T 799-2002《通信用阀控式密封铅酸电池》和DL/T 637-1997《阀控式密封铅酸电池订货技术条件》是阀控式密封铅酸蓄电池产品在通信和电力行业应用的质量考核技术标准。本文系统阐述蓄电池按维护状态、极板带荷电状态及材质三种分类方法的结构特点与应用差异。
一、按照蓄电池维护状态分类
蓄电池按维护状态可分为少维护蓄电池和免维护蓄电池两大类。两者的核心差异在于极板栅架合金材料的不同，直接决定了日常维护的工作量和蓄电池的使用寿命。
1. 少维护蓄电池
（1）少维护蓄电池的英文标志为LF，其内部结构与普通铅蓄电池没有很大区别，只是工艺更先进，结构更合理。其极板栅架仍采用铅锑合金，但锑含量较普通蓄电池有所降低（普通蓄电池锑含量约为5%～7%，少维护蓄电池降至约2%～3%），因此水的分解速度比普通蓄电池有所减缓，但仍需定期维护。
（2）在使用中，一般每年检查一次电解液高度，如不足，应添加蒸馏水。注意：只能添加蒸馏水，不可添加电解液，否则造成电解液密度过大，使蓄电池损坏。 因为蓄电池在使用过程中损失的主要是水分（通过电解水反应产生氢气和氧气逸出），硫酸留在电池内部，添加电解液会使硫酸浓度升高，加速极板腐蚀和自放电。
（3）少维护蓄电池的加液孔盖带有通气孔，用于排出充电时产生的氢气和氧气，因此必须保持通气孔畅通，防止堵塞导致蓄电池壳体鼓胀甚至爆炸。其余使用注意事项可参照普通铅蓄电池的有关使用规定，包括定期检查接线桩头腐蚀情况、保持蓄电池表面清洁干燥、防止过充和过放等。
（4）少维护蓄电池的寿命一般为2～3年，适用于对维护有一定条件但希望减少维护频率的场合。随着免维护蓄电池成本的下降，少维护蓄电池在发电机组启动领域的应用已逐渐减少，但在部分老式机组和特定工业场景中仍有使用。
2. 免维护蓄电池
（1）免维护蓄电池的英文标志为MF。免维护蓄电池由于自身结构上的优势，电解液的消耗量非常小，在使用寿命内基本不需要补充蒸馏水。它还具有耐震、耐高温、体积小、自放电小的特点，使用寿命一般为普通蓄电池的2～4倍（普通蓄电池寿命约2～3年，免维护蓄电池可达4～6年）。
（2）一般的铅酸蓄电池是由正负极板、隔板、壳体、电解液和接线桩头等组成，其放电的化学反应是依靠正极板活性物质（二氧化铅和铅）和负极板活性物质（海绵状纯铅）在电解液（稀硫酸溶液）的作用下进行。其中极板的栅架，传统蓄电池用铅锑合金制造，免维护蓄电池用铅钙合金制造，前者用锑，后者用钙，这是两者的根本差别点。
（3）不同的材料导致不同的性能表现：传统蓄电池在使用过程中会发生减液现象，因为栅架上的锑会污染负极板上的海绵状纯铅，减弱了完全充电后蓄电池内的反电动势，造成水的过度分解，大量氧气和氢气分别从正负极板上逸出，使电解液减少。用钙代替锑，就可以改变完全充电后的蓄电池的反电动势，减少过充电流，液体气化速度减低，从而减低了电解液的损失。
（4）由于免维护铅酸蓄电池采用铅钙合金栅架，充电时水分解量少，水份蒸发量低，加上外壳采用密封结构，释放出来的硫酸气体也很少，所以它与传统蓄电池相比，具有以下优点：不需添加任何液体，对接线桩头、电线腐蚀少，抗过充电能力强，起动电流大，电量储存时间长。此外，免维护蓄电池通常设有电量指示器（观察窗），可通过颜色变化直观判断蓄电池状态——绿色表示正常，黑色表示需充电，黄色表示需更换。
（5）免维护蓄电池的密封结构使其无法打开加液孔，因此无法测量电解液比重或添加蒸馏水。当蓄电池出现性能下降时，只能整体更换，不可拆修。同时，免维护蓄电池对充电电压的精度要求更高——充电电压过高会加速水分损失（虽然比普通蓄电池慢，但仍会导致干涸失效），充电电压过低则长期亏电导致极板硫酸盐化。浮充电压应严格控制在制造商规定的范围内（通常12V系统为13.5～13.8V，24V系统为27.0～27.6V）。
（6）免维护蓄电池的壳体通常采用聚丙烯（PP）或ABS工程塑料制造，具有较高的机械强度和耐热性。部分高端产品采用热封工艺密封壳体，密封可靠性高，即使在振动环境下也不易泄漏。免维护蓄电池的极板采用拉网式或冲孔式工艺制造，活性物质附着力强，抗振动性能优于普通蓄电池。
（7）阀控式密封铅酸蓄电池（VRLA）是免维护蓄电池的典型代表，其核心结构特点为：采用氧气复合原理，充电后期正极产生的氧气通过隔膜中的孔隙扩散到负极，与负极的海绵状铅反应生成水，实现内部氧循环，从而大幅减少水分损失。同时，安全阀在内部压力超过设定值（通常为10～30kPa）时自动开启释放多余气体，正常运行时保持密封，防止外部空气进入。
图1 免维护蓄电池结构组成图
二、按照极板带荷电状态分类
蓄电池按极板在存放期的荷电状态可分为无荷型、干荷型、湿荷型和带液型四种。不同类型的蓄电池在出厂状态、使用前的准备工作和首次放电能力方面存在显著差异，直接影响用户的首次使用体验。
1. 无荷型
（1）无荷型电池存放期极板处于无荷电状态，电池无电液。使用时应加电解液并进行初充电后方可使用。普通铅酸蓄电池属于无荷型电池。这类蓄电池在出厂时极板未经充电活化，正负极板均处于非荷电状态，因此长时间存放不会因自放电而失效。
（2）初充电过程通常需要数小时至十几小时，充电电流按制造商规定执行（一般为额定容量的1/10～1/15），以确保极板活性物质充分活化。初充电分为两个阶段：第一阶段用较小电流充电至单格电压达2.4V，第二阶段用更小电流继续充电至单格电压稳定在2.5～2.7V。初充电完成后电解液比重应达到1.28～1.30g/cm³（25℃时）。
（3）无荷型蓄电池在使用前需要较长准备时间，不适合应急启动场合，但因其存放期长且不需要荷电保持的特殊工艺，制造成本较低。目前无荷型蓄电池在发电机组启动领域已较少使用，基本被干荷型和免维护蓄电池取代。
2. 干荷型
（1）干荷型蓄电池的全称是干式荷电铅酸蓄电池，其主要特点是负极板有较高的储电能力，在完全干燥状态下，能在两年存放期内保存所得到的电量。干式荷电铅酸蓄电池在出厂时极板已经被激活（通过特殊的化学处理工艺），负极板处于荷电状态，正极板处于半荷电状态。
（2）使用时只需加注标准密度的电解液（通常为1.26～1.28g/cm³，25℃时），等过20～30分钟就可使用。这段时间使电解液充分渗透到极板内部，建立正常的电化学反应条件。干荷型蓄电池的首次放电量可达到额定容量的85%以上，非常适合应急电源场合——在需要紧急启动发电机组时，无需等待数小时的初充电时间。
（3）干荷型蓄电池的荷电保持能力与其储存环境的温度和湿度密切相关。储存温度越高，荷电保持时间越短；环境湿度越大，极板受潮风险越高。应储存在干燥、阴凉、通风的室内，环境温度以5～30℃为宜。超过两年的存放期后，极板的荷电状态会逐渐下降，使用前建议进行补充充电以确保达到额定容量。
（4）干荷型蓄电池的加注电解液后，应静置20～30分钟让极板充分浸润，然后测量电解液比重和单格电压，确认各单格比重差异不超过0.02g/cm³、电压差异不超过0.05V，方可投入使用。若静置后比重或电压差异过大，可能表明极板存在不均匀活化或制造缺陷，应进行补充充电均衡处理。
3. 湿荷型
（1）存放期极板呈湿润状态而保持其荷电性的蓄电池称之为湿荷电蓄电池。湿荷电蓄电池较干式荷电蓄电池其工艺过程稍有不同，存放保持荷电的时间也要短一些。湿荷电蓄电池在出厂时极板带有少量水分或湿润剂，以保持极板活性物质的化学活性。
（2）湿荷电蓄电池在存放期内，加注标准密度的电解液至规定的高度即可使用，首次放电量可达到额定容量的80％。存放期在一年左右的湿荷电蓄电池加注电解液后立即放电，可放出额定容量的50％。这是因为长期存放后，负极板的部分荷电状态会衰减，需要一定时间的活化恢复。
（3）湿荷电蓄电池使用前对其进行补充充电，就可以达到额定的容量。补充充电建议以0.1C（C为额定容量，单位为Ah）的电流充电6～8小时，或直到各单格电压稳定在2.5V以上且比重连续3小时不再上升。湿荷电蓄电池适宜于无需长期存放的场合，即从出厂到投入使用的时间间隔较短的应用场景。
4. 带液型
（1）存放期电池带电解液并处于荷电状态。带液型蓄电池出厂时已加注电解液并完成初充电，用户可直接安装使用，无需任何加液或充电准备。这是目前发电机组启动蓄电池最常用的出厂状态。
（2）按照电解液状态又可分为富液型和贫液型两种子类。
富液型：电池内有大量的游离电解液，又叫“富液式铅酸蓄电池”。其电解液量充足（电解液完全淹没极板和隔板，并有约10～15mm的富余液面），散热性能较好，热容量大，适合大电流放电工况。但需定期检查液面并补充蒸馏水（通常每半年检查一次），且在使用中可能因倾斜或振动导致电解液溢出，安装位置受限。富液型蓄电池多为普通铅酸蓄电池和部分少维护蓄电池。
贫液型：蓄电池叫做阀控式密封铅酸蓄电池（英文标记VRLA），其内部的电解液全部吸附在隔膜和极板上，隔膜处于90%的饱和状态，内部没有游离电解液，不会造成电解液溢出，无需添加勾兑电解液，任何位置放置都可以使用（可倾斜或横放）。这种电池属于免维护电池，是当前发电机组启动蓄电池的主流类型。VRLA电池的隔膜采用超细玻璃纤维（AGM）或胶体材料，具有高吸液性和良好的氧气复合能力。胶体电池是VRLA的一种特殊类型，其电解液以二氧化硅凝胶形式固定，流动性更低，耐高温性能更好，但内阻略高于AGM型，高倍率放电性能略逊。
（3）带液型蓄电池在存放期间会因自放电而逐渐损失电量，自放电率与环境温度密切相关——温度每升高10℃，自放电率约增加一倍。因此，长期存放的带液型蓄电池应每隔3～6个月进行一次补充充电（以0.1C电流充电至单格电压达2.5V），防止因深度亏电导致极板硫酸盐化。补充充电后应检查各单格电解液比重，确保差异在允许范围内。
三、按照材质分类
1. 铅酸蓄电池
（1）铅酸蓄电池的发展历史最久、应用最广泛，广泛用于内燃机的起动动力源。它也是成熟的发电机组蓄电池，可靠性好、原材料易得、价格便宜，比功率也基本上能满足柴油发电机的动力性要求。但它也存在明显的缺点：一是比能量低，所占的质量和体积太大；二是使用寿命短，使用成本过高；属于强酸型，污染严重。
（2）根据JB/T 2599-1993《铅酸蓄电池产品型号编制方法》规定，国内铅酸蓄电池型号用拼音字母分为3段表示。蓄电池的型号根据主要用途划分，代号用汉语拼音第一个字母表示。通常表示用途的字母在前，表示特征的字母在后。例如“6-QA-100”表示6个单格（12V）、启动用、干荷型、额定容量100Ah的蓄电池。
2. 镍氢蓄电池
（1）镍氢蓄电池属于碱性电池，循环使用寿命较长，无记忆效应，但价格较高。它的初期购置成本虽高，但由于其在能量和使用寿命方面的优势，长期的实际使用成本并不高。镍氢电池的能量密度优于铅酸电池，且环境友好性更好，但其低温性能略逊于铅酸电池，在寒冷地区使用需关注其放电特性。
3. 锂离子电池
（1）锂离子二次电池作为新型高电压、高能量密度的可充电电池，其独特的物理和电化学性能，具有广泛的民用（如手机电池）和国防应用的前景。其突出的特点是：重量轻、储能大、无污染、无记忆效应、使用寿命长。
（2）在同体积重量情况下，锂电池的蓄电能力是镍氢电池的1.6倍，是镍镉电池的4倍，并且目前人类只开发利用了其理论电量的20%～30%，开发前景非常光明。同时它是一种真正的绿色环保电池，不会对环境造成污染。在发电机组启动应用领域，锂电池因其高功率密度和快速充电特性，正逐步在高端便携和特殊用途机组中获得应用，但其低温性能和成本仍是推广的主要制约因素。
4. 镍镉电池
（1）镍镉电池的应用广泛程度仅次于铅酸蓄电池，其比能量可达55W·h/kg，比功率超过190W/kg，可快速充电，循环使用寿命较长，是铅酸蓄电池的两倍多，可达到2000多次，但价格为铅酸蓄电池的4～5倍。它的初期购置成本虽高，但由于其在能量和使用寿命方面的优势，长期的实际使用成本并不高。
（2）缺点是存在“记忆效应”，容易因为充放电不良而导致电池可用容量减小。须在使用十次左右后，进行一次完全充放电；如果已经有了“记忆效应”，应连续作3～5次完全充放电，以释放记忆。另外镉有毒，使用中要注意做好回收工作，以免镉造成环境污染。由于环保法规的日趋严格，镍镉电池在民用领域的应用正逐步减少。
5. 钠硫蓄电池
（1）钠硫电池的优点：一是比能量高，其理论比能量为760W·h/kg，实际已大于100W·h/kg，是铅酸电池的3～4倍；二是可大电流、高功率放电，其放电电流密度一般可达200～300mA/mm²，并可瞬时间放出其3倍的固有能量；三是充放电效率高，由于采用固体电解质，所以没有通常采用液体电解质二次电池的那种自放电及副反应，充放电电流效率几乎100%。
（2）钠硫电池的主要缺点是其工作温度在300～350℃，电池工作时需要一定的加热保温。高温腐蚀严重，电池寿命较短。现在已有采用高性能的真空绝热保温技术，可有效解决这一问题。钠硫电池目前主要应用于电网储能等大型固定式储能系统，在发电机组启动领域尚未得到应用。
结语
柴油发电机组启动蓄电池的类型多样，从传统的铅酸蓄电池到现代的锂离子电池，各具优缺点。按维护状态可分为少维护和免维护蓄电池，免维护蓄电池因采用铅钙合金栅架，电解液消耗量小，使用寿命长，已成为主流选择。在实际选型中，应根据使用环境、经济性和维护条件综合考虑，选择最适配的蓄电池类型，确保柴油发电机组的启动可靠性。无论选择何种类型蓄电池，均应按制造商推荐的使用条件（环境温度、充放电电流、浮充电压）进行规范使用，并定期检查连接线束和极柱状态，以延长蓄电池的使用寿命。
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