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操作使用与维护保养 |
柴发蓄电池的充放电检测与维护保养方法 |
摘要：铅酸电池是一种技术成熟和应用广泛的二次电池（可充电电池），也是启动系统的最基础组成。一般性柴发机组普遍采用24V电压，因此需要配备2个蓄电池（每个电池为12V，串联模式）；但是对于800KW以上发电设备，康明斯厂家会建议使用4个蓄电池（2组并联模式），以便让大功率柴油发电机组启动更加顺畅。康明斯公司在本文中叙述了蓄电池的原理公式、电解液比重修正、充电错误和故障排除表等问题，期待此文为用户后期在设备维护保养工作中带来总结和分析的经验。
一、铅酸蓄电池的原理和组成
柴油发电机组用铅酸蓄电池是由若干独立的电池格组成（剖析图如图1所示），每格均包括有许多铅板(P2），它们浸在合适浓度的稀释硫酸(H2SO4)导电液中，依靠铅与硫酸的化学反应不断产生直流电能信号。电池中的化学反应是可逆的，因此即意味着电池可重复充电和放电。如式1所示：
Pb+H2SO4=PbSO4+2H-+2e+....................（公式1）
1、外部结构
外部结构主要指电池的容器和可见部分，如图2所示。
（1）电池槽（容器）：通常由耐酸、绝缘、机械强度高的材料制成，如PP（聚丙烯）或ABS塑料。它容纳所有的内部组件和电解液。
（2）电池盖：与电池槽密封结合，防止电解液泄漏和外部杂质进入。盖子上通常有排气孔和注液孔。
（3）极柱（端子）：是电池与外部电路连接的导体。正极柱（+）通常比负极柱（-）粗一些，以防接反。极柱材料为铅或铅合金。
（4）安全阀：对于阀控式铅酸电池（VRLA），安全阀是关键部件。它在内部压力过高时开启排气，压力正常时关闭，防止空气进入，从而实现密封和免维护。
2、内部结构
内部结构是电池实现化学能与电能转换的核心部分。
（1）极板（Plate）
这是电池的“心脏”，是发生电化学反应的地方。分为正极板和负极板。
① 正极板：活性物质是二氧化铅（PbO₂），呈棕褐色。
② 负极板：活性物质是海绵状纯铅（Pb），呈灰色。
③ 板栅（Grid）：极板不是实心的活性物质，而是附着在一种合金骨架上，这个骨架就叫板栅。它的作用是支撑活性物质并传导电流。板栅通常由铅钙合金或铅锑合金制成。
（2）隔板（Separator）
位于正、负极板之间，防止它们直接接触而短路。隔板必须是多孔材料，以保证电解液能自由渗透和离子顺利通过。常见的材料有：
① AGM隔板：超细玻璃纤维棉，用于吸附式密封铅酸电池。电解液被吸附在其中，电池可以任何姿势放置（不漏液）。
② 凝胶（Gel）：将电解液制成胶状，用于凝胶电池。
③P E、PVC隔板：多用于富液式开口电池。
（3）电解液（Electrolyte）
是电池内部传导离子的介质，参与电化学反应。铅酸电池的电解液是稀硫酸（H₂SO₄），浓度为27%-39%左右。
（4）单体电池（Cell）与串联连接
一个标准的12V铅酸电池内部实际上是由6个独立的2V单体电池串联而成。每个单体电池的额定电压是2V，串联后得到12V的总电压。
① 单体电池结构：每个单体都包含一组正极板、负极板和隔板。
② 连接方式：单体电池之间通过内部穿壁焊或跨桥连接的方式串联起来，连接件为铅合金。
（5）其他组件
① 汇流排（Bus Bar）：将同极性的极板极耳焊接在一起，收集电流并传导到极柱。
② 沉淀槽（Sediment Chamber）：电池槽底部的空间，用于容纳从极板上脱落的活性物质沉淀，防止其造成极板短路。
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图1 铅酸蓄电池剖析图 |
图2 12V_24V铅酸蓄电池示意图 |
二、蓄电池的常规检查
在铅酸蓄电池中的导电液体即电解液是特定浓度的硫酸稀释溶液，它是用硫酸和纯净水按照特定的比例均匀混合而形成的。它可以令金属片产生化学反应及成为导电媒体。
1、电解液液面高度的检测
（1）目测：电解液液面应在蓄电池外壳上、下液面线之间。
（2）用玻璃管检测：将玻璃管插入蓄电池电解液内极板的上平面，再用大拇指按紧玻璃管上端，提出玻璃管，测量玻璃管内液面的高度，标准值应在10--15mm之间。当液面过低时，应加注蒸馏水，以恢复正确的液面高度。除非确知电解液溅出，否则不许添加硫酸溶液，如图3所示。
2、电解液密度的检查
（1）仪器：吸入式密度计，如图4所示。
（2）步骤：
① 打开蓄电池加液盖；
② 将密度计的玻璃管伸入单格电池的加液口内；
③ 用手将橡皮球捏一下，再慢慢放开，将电解液吸入到玻璃管中；
④ 吸入的电解液不要过多，正好使密度计浮子浮起而不会顶住为宜；
⑤ 使管内的浮子浮在玻璃管中央，读密度计的计数。
（3）蓄电池的充电状态与电解液密度的关系：
① 蓄电池实测密度与15℃密度的转换公式：ρ15℃=ρ+0.00075(t-15)
② 若实测密度为1.22，温度为20℃，则转换为15℃时密度为：1.22+0.00075(20-15)=1.223
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图3 玻璃管检测蓄电池电解液高度 |
图4 吸入式密度计 |
3、蓄电池放电程度的检查
（1）仪器：12V高率放电计，如图5所示。
（2）方法：将放电计的两触针分别压在蓄电池的正负极桩上，测量时间在10S--15S，观察电压表的读数。
（3）测量情况与蓄电池技术状况的关系：
① 测12V电池，蓄电池充满电，密度在1.24g/cm3，接入时间10S--15S；
② 电压能保持在：10.5V--11.6V以上，存电量为充足，蓄电池无故障；
③ 电压能保持在：9.6V--10.5V，存电量为不足，蓄电池无故障；
④ 电压降到：9.6V以下，存电量严重不足或蓄电池有故障。
4、电解液比重检测
比重是一个密度测量单位。在25℃的条件下，一个充满电的电池比重应有1.27，电解液中硫酸的浓度越稀，比重就越低。当电池放电时，化学反应会降低电解液中硫酸的比重。因此，电解液浓度的高低可以直接反映出电池的充电情况如何。测量电解液的比重的最简单可靠的办法是用比重计，该装置是一个球型的玻璃吸液管，用它将电解液从电池壳中抽出来，与比重计柱中的玻璃浮标持平的刻度显示即为电解液的比重值。
（1）实际测量电解液的注意事项
① 为使测量结果真实，在刚往电池格中加了液之后，请不要马上测量比重，要将电池充电使水和沉淀的硫酸均匀混和，这样测出的比重才可靠。
② 在发电机组长时间运行之后，如果马上测量比重，则实测值会略高于其实际值。
③ 比重计刻度是校正在25℃(77℉)的条件下，电解液的比重，应随着温度的高低作出相应的校正，即每升高约5.5℃(10℉)时，读数就会增加0.004。同样，实际温度每比参考温下降约5.5℃(10℉)时，比重读数就会相应减少0.004。
警告：当往电池中加入电解液时，应注意缓缓加入，并防止液体飞溅。
（2）比重修正：在环境温度经常高出25℃(77℉)的地区，应使用比重为1.240的电解液，因为这种较高的温度可以使电解液更具活性，则强度中等的电解液能够延长蓄电池的使用寿命。与此相反，在较冷的气候条件下，蓄电池应该加入比重略大的电解液，在某些情况下，甚至可以采用1.290-1.300比重的电解液。
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图5 高率放电计 |
图6 铅酸蓄电池电解液比重检测示意图 |
三、蓄电池的维护保养
保养对铅酸蓄电池的可靠性和寿命具有决定性的重要性，其常见故障如图7所示。 可以说，绝大多数铅酸蓄电池的提前失效和故障，都不是因为其本身质量有多差，而是由于不当使用和缺乏保养直接造成的。而保养的本质，就是通过一系列外部干预手段，来抑制和延缓铅酸蓄电池内部固有的、会导致其性能衰退的化学反应。
1、 保养原则（所有类型通用）
（1）及时充电，禁止亏电存放
① “亏电”是最大杀手：电池放电后，必须立即充电。长期亏电会导致极板表面硫酸盐化（生成难以还原的硫酸铅结晶），造成充电困难、容量下降直至报废。
② 存放前满电：如果电池需要长时间闲置，务必先将其充满电，并定期（建议每1-2个月）检查电压并进行补充电。
（2）防止过充电
① 虽然充电末期的“涓流”充电有益，但长时间的高电压浮充或大电流过充电会导致电解液过热、大量失水（对于富液式电池）和极板活性物质脱落。
② 使用智能充电器：它能根据电池状态自动切换恒流、恒压和浮充模式，充满后自动停止或转入微小的维护电流。
（3）保持合适的温度
① 最佳环境温度：20°C - 25°C。温度每升高10°C，电池寿命约减半。
② 避免高温：不要将电池放在热源附近（如发动机、暖气片旁）。高温会加速内部腐蚀和水分蒸发。
③ 避免低温：低温会大幅降低电池容量和启动能力。虽然低温不会直接损坏电池，但亏电的电池在低温下很容易电解液结冰，导致壳体胀裂、极板损坏。
（4）保持清洁干燥
① 定期用湿布擦拭电池顶部和极柱，防止灰尘、油污和电解液残留物（这些会导电，导致缓慢漏电）。
② 确保极柱和线束接头清洁、紧固，防止接触不良打火或启动无力。可在紧固的接头表面涂抹少量凡士林或黄油以防腐蚀。
2、分类型保养重点
（1）富液式（开口式）铅酸电池-需要更多维护
① 定期检查电解液液面：每月检查一次液位，液面应位于最高（Upper）和最低（Lower）液位线之间。加水应在充电前进行，这样充电时的沸腾会使电解液混合均匀。
② 保持通气孔畅通：检查盖子上的通气孔是否堵塞，堵塞会导致内部压力过高而胀裂。
（2）阀控式密封铅酸电池）-“免维护”但非“不维护”
① 免维护含义：通常指在使用寿命期内不需要加水（采用内部氧复合循环技术减少水分流失）。
② 检查外观：观察电池壳体有无鼓包、变形、漏液迹象。
③ 检查电压：定期用万用表测量端电压，判断是否需要充电。静止电压（充满电静置几小时后）应在12.6V-12.8V以上。
④ 禁止开盖：绝对不要试图撬开密封盖加水，这会破坏密封性，导致电池很快失效。
3、常见误区与警告
（1）误区一：密封电池完全不用管->错！仍需防亏电、防过充、清洁和检查。
（2）误区二：随便加自来水->绝对禁止！水中的杂质会毒化电池，导致永久性损坏。
（3）误区三：冬天用开水烫电池升温->极端危险！温差过大会导致壳体炸裂。
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图7 柴油发电机的启动蓄电池故障大全 |
图8 铅酸蓄电池电解液比重检测示意图 |
总结：
铅酸电池保养的核心就是“勤充电、防亏电、控温度、保清洁”，再根据不同类型加以侧重。良好的保养习惯是延长柴油发电机组的启动电池寿命最经济有效的方法，因此，铅酸电池的保养至关重要，正确的保养可以显著延长其使用寿命（通常能延长1-3年甚至更久），并确保其性能稳定。不同类型的铅酸电池（富液式 vs 阀控密封式）保养重点略有不同。需要注意的是在第一次给电池充电时，应注意连续充电的时间不应超出4小时，充电时间太长会对电池的使用寿命造成损害。
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