3.2 電池組中各單格的均衡性要求
對一個串聯系統來說，組成的單元越多，系統的可靠性就越低。在蓄電池叉車、電動汽車、鐵路機車、蓄電池牽引車、備用供電系統中，都是將多個單電池串成一串使電壓累積到標稱電壓24V、48V、72V、96V、144V、192V、300V等，通常也把電池串稱為電池組。
在這種情況下使用的電池，其故障絕大部分并不是電池組整體不好，而是由于電池組中某一個或幾個單節性能降低造成的。我們把這類故障部歸類于電池均衡性方面的問題，而把性能降低的單節，稱為“落后單節”。在成組使用電池的工況下，其工藝標準和保養中應有均衡性的內容。忽略了這一點，不僅會加大維護保養工作量，而且會加劇電池的損壞，增大運營成本。
現以東風內燃機車為例，說明蓄電池的不均衡性在起車時帶來的問題。
蓄電池組的其中一個單節性能降低，都會使保有容量偏低。其保有容量少于一次起車的能耗。機車啟動時，在短暫時間內端電壓很快降到零。繼續放電時，由于本身容量已消耗完，反而又被其余單節的放電電流充電，成為反極狀態存在，如圖3-3所示。
圖3-3 蓄電池的反極過程分析
由于保有容量不同，機車啟動時，每個N462管式電池的單節的放電峰值對應的電壓只有0.50～0.85V，而放電時被充電的反極電池可達到2.7～3.8V的反極電壓。這樣，一個反極電池將使啟動的有效電壓下降3.55～4.3V。這個數值幾乎相當于6個單節電池所能提供的啟動電壓。所以一個失效單節，就會造成柴油機不能啟動，去掉這個單節，柴油機就可以啟動。
在機車啟動時，有的單節會冒出水來。這有兩個原因；一是由于加水過多，起車時的振動使電池中的電解液潑出來；二是由于反極的作用。為什么反極電池在機車啟動時會冒出水來，這要從電池充電過程來解釋。
電池中的電解液從加液口中冒出，說明電池在電解液下部有體積突然膨脹的反應發生。當體積的膨脹大于電解液上部的氣室容積時，電解液就被“擠”了出來。在放電時，正負極板上的活性物質都會膨脹，每次起車時放出電量至多只有幾安時，極板上活性物質的膨脹引起電解液的上漲可忽略不計。在電池容量正常時，機車啟動是看不到電解液外冒的。
一旦某電池的容量過低，成了落后單節，啟動放電時出現了反極，情況就完全變了。呈現反極的電池，是處于充電狀態的，當其反極的端電壓在2.3V以下時，是沒有水分解反應的，這時電解液也不會溢出。一旦反極電壓達到或超過2.3V，上述的水分解反應就發生了。超過的電壓越多，水分解越強烈。這種由液態水變成氣態的過程，體積膨脹約1860倍。由于時間短，產生量又大，這些氣體來不及逸出電解液，就強制地使液面升高；最終從加液口噴出。這種體積突然膨脹的沖擊力，會使電池殼頂松動，外殼破裂，反極會使電池迅速損壞。反極損壞的電池，靜置一段時間，其空載端電壓能降到零。鉛酸蓄電池充足電時，將電解液密度調到1.26g/cm3，電池放出全部容量后，其空載端電壓也有1.95V左右。原始密度為1.28g/cm3的汽車電池，放完電后空載端電壓為1.99V左右。
當正常放電到末尾時，電池內阻失去平衡常態而迅速增大，電池的端電壓就迅速下降，電池已失去做功能力，這時放電就應停止了。如果強制放電，會使隨后的充電變得困難。這是控制放電下限的原則。顯然，這時極板上的活性物質并不是100%地反應完了，極板上也不是充放電反應方程式表達的那樣全部變成了硫酸鉛，而是還有30%～45%的活性物質。這時電池的端電壓依然也由密度來決定。由于反極而損壞的電池，因為過量放電在其極板內部深處都生成了PbSO4，由反極充電效應又分別在負極上生成PbO2，在正極上生成Pb。這種反應在反極電壓超過2.3V時會加速度地進行：陰極上產生的新生態氧使原來剩余的Pb迅速氧化成PbO，PbO與H2SO4反應生成致密的PbSO4。這就造成了進一步破壞性自放電，使極板硫化。一旦發生一次反極，就使電池結構容量大幅度下降，這種下降又使反極更頻繁地發生。這種加速度的惡性循環使電池極板迅速地變成了硫化狀態的PbSO4。由于兩極板為同種物質，在電解液中也就沒有了電位差，空載電壓也就為零了。
在機動車上啟動放電后，又立即轉為充電工況。電池空載端電壓，只能降到零，而不會出現反極狀態被保留的現象。
在啟動時如發現單節向外冒水，檢查電解液高度又正常，這個單節就是落后單節。日常保養中如看到某單節頂蓋有水，或有潮濕的情況，以致造成電池組接地故障，就應首先檢查該單節電池的容量。
下面分析落后單節在車輛行駛中帶來的問題。
運行中的鐵路機車電池，在110V恒壓充電狀態，其充電電流在保有容量達到其結構容量67%～70%時就衰減下來。電池是以串聯方式工作的，每個單節通過的電流相同。落后單節在充電時會比其他單節提前達到恒壓充電的飽和狀態，這時，大多數電池都沒有達到飽和。充電電流的大小是由大多數電池狀態決定的，這就使落后電池處于過充狀態。過充不僅使電池溫升高，同時還產生大量氣體，氣體逸出時帶著大量的酸霧，以致電池箱箱體下部的通風孔不能把這些酸霧全部排出，酸霧沿著地板下的空間，竄進司機室，在操縱臺上可聞到刺鼻的酸味。這種情況一旦發生，很快將導致幾個單節內部短路，電池端電壓下降到零。全部充電電壓便落在其余的單節上。在操縱臺上看到充電電流表在幾十安位置上居高不下，這對整組電池都起很大的破壞作用。
要避免電池組中各單節間的不均衡性，可采取以下措施。
①不從電池組中抽頭取低壓電。東風型機車原設計的24V抽頭供儀表用電是錯誤的。這就常使電池組負荷不均，造成不均衡。現在的機車設計，已經取消了電池組中間抽頭。
②提高電池組的絕緣，減少局部單節的自放電。
③電池備品須分檔使用。CJ大于90%為一級備品；大于70%而小于89%為二級備品；大于50%而小于69%為三級備品。用備品替換電池組中損壞的電池時，備品電池的結構容量應大于或等于電池組的結構容量。
電池備品的分檔使用，可以避免電池使用中的不均衡性，不僅使電池的運用質量提高了，而且電池壽命也得到延長，分檔使用可使電池壽命延長1/3。
實踐證明，當東風型機車電池組中48個單節結構容量相差不超過20%且每個單節的容量值都在50%以上，在兩個定修周期內，電池基本不發生碎修。
以上是對東風型機車電池的不均衡性分析，在其他機動車輛上，其復雜程度和可靠性要求都比上述低。
在蓄電池車上，通常是根據總電壓來決定是否充電的，操作者無法測量每個單節電池工作時的端電壓。在電池組單節之間密度相差較大的狀態下，一旦操作者感到電動機無力，容量偏低的電池早處于過放電狀態了。在充電時，當充電機上的總電壓值尚未達到“停止充電的電壓值”時，容量低的電池卻已處于過充狀態了。這種過充和過放的惡性循環，使電池損壞加劇，所以應嚴格控制其結構容量差值在20%以內。汽車電池是6個單節共殼裝配的，一旦出現容量差值，很難調整，也無法選配。這是汽車電池壽命短的一個重要原因。調查表明，在使用中的電池，有50%的電池其單格間容量相差30%以上，這樣嚴重的不均衡狀態對電池使用壽命的影響是十分明顯的。