第二節 蓄電池

一、蓄電池的基本原理

鉛酸蓄電池的核心部分是極板和電解液，蓄電池通過極板上的活性物質與電解液的電化學反應建立電動勢，進行放電和充電過程。

1.蓄電池電動勢的建立

蓄電池正極板上的活性物質為二氧化鉛（PbO2），負極板上的活性物質為純鉛（Pb），電解液為硫酸的水溶液（H2SO4+H2O）。浸入電解液的極板會有少量的活性物質溶解電離。

正極板處PbO2溶解電離后有四價的鉛離子（Pb4+）沉附于正極板：

負極板處Pb溶解后有電子（e）留在負極板：

上述過程是可逆的，對于充足電的蓄電池，當PbO2溶解電離的速率與它的逆過程的速率達到動態平衡時，正極板上就有穩定數量的Pb4+，這使得正極板相對于電解液有+2.0V的電位差；負極板上則是有穩定數量的電子，使得負極板相對于電解液有-0.1V的電位差。于是，充足電的蓄電池在靜止狀態下的電動勢Ej約為2.1V。

可見，鉛酸蓄電池是通過極板上的活性物質的溶解電離，使正負極板產生正（Pb4+）負（e）電荷而建立電動勢的。

2.蓄電池的放電過程

蓄電池接上負載，在電動勢的作用下，負極板上的電子（e）經外電路和負載流向正極板，形成放電電流。正極板上的Pb4+得到2個電子，變成二價鉛離子（Pb2+），并溶于電解液。放電電流使得正、負極板上的Pb4+和e數量減少，原有的平衡被破壞，于是，正、負極板上的PbO2、Pb繼續溶解電離，以補充消耗掉的Pb4+、e。與此同時，電解液中的Pb2+濃度增加并與SO2-4生成硫酸鉛（PbSO4），分別沉附于正、負極板表面，其放電過程如圖1-2所示。

放電過程中，正負極板上的活性物質PbO2、Pb逐漸轉變為PbSO4，電解液中的H2SO4減少，H2O增加，電解液的密度下降。

理論上，蓄電池的放電過程可一直進行到極板上所有的活性物質都轉變為PbSO4為止。實際上，由于放電生成的PbSO4沉附于極板表面，使電解液不能滲入到極板內層，造成極板內層的活性物質不能利用。

3.蓄電池的充電過程

蓄電池正、負極板上有少量PbSO4溶于電解液，呈離子狀態。當接上充電電源后，電源的電場力使正極板的電子（e）經充電電路流向負極板，形成充電電流。正極板附近的Pb2+失去2個電子而變為Pb4+，并與電解液中水解出來的OH-結合，生成Pb（OH）4，Pb（OH）4又分解為PbO2和H2O，PbO2沉附于正極板上；負極板附近的Pb2+則得到2個電子變為Pb，沉附于負極板。正負極板附近的SO2-4與電解液中的H+生成H2SO4。充電電流使電解液中的Pb2+、SO42-減少，極板上的PbSO4就會繼續溶解電離。充電過程如圖1-3所示。

圖1-2 蓄電池放電過程示意圖

圖1-3 蓄電池充電過程示意圖

充電過程中，正負極板上的PbSO4逐漸轉化為正極板的PbO2和負極板上的Pb，電解液中的H2O減少，H2SO4增加，其密度增大。

當充電接近終了時，充電電流會電解水，使H2O變成O2、H2，并從電解液中逸出。水的電解反應式為

不考慮蓄電池化學反應中間過程，其充、放電時的總反應式如下：

正極板負極板電解液正極板負極板電解液

二、蓄電池的構造

蓄電池的基本構造如圖1-4所示。

圖1-4 蓄電池的基本構造

1—正極板 2—負極板 3—肋條 4—隔板 5—護板 6—封料 7—負極樁 8—加液口蓋 9—聯條 10—正極樁 11—極樁襯套 12—蓄電池外殼

1.極板與單格電池

正負極板上的活性物質PbO2和Pb由鉛膏（鉛粉、稀硫酸及少量添加劑的混合物）填充在用鉛銻合金鑄成的柵架上，經化成工藝處理而成。在充足電狀態下，正極板呈深棕色，負極板呈深灰色。

為了增大蓄電池的容量，將多片正極板和負極板各自用橫板焊接并聯起來，組成正極板組和負極板組。將正負極板相互嵌合，中間用隔板隔開，并置于存有電解液的容器中，就構成了單格電池。單格電池的標稱電壓為2V，12V的蓄電池由6個單格電池串聯而成。

正極板上的活性物質比較疏松，若單面放電，容易造成極板拱曲而使活性物質脫落。因此，每個單格電池的正極板總比負極板少一片，使每片正極板都置于兩片負極板之間，這樣就可使正極板兩面的放電均勻而不容易拱曲。

2.隔板

為了避免正負極板彼此接觸而造成短路，正負極板間用絕緣的隔板隔開。隔板具有多孔性，以便于電解液滲透。此外，隔板材料還應具有良好的耐酸性和抗氧化性。常用的隔板材料有木質、微孔橡膠、微孔塑料（聚氯乙烯、酚醛樹脂）、玻璃纖維等，以微孔塑料隔板使用最為普遍。近年來，出現了袋狀的微孔塑料隔板，它將正極板緊緊地套在里面，可防止正極板活性物質脫落。

對于有溝槽的隔板，在組裝時，隔板的溝槽面應朝向正極板。因為蓄電池在充、放電時，正極板附近的電化學反應比負極板激烈，溝槽有利于電解液上下流通，保持其密度均勻。

3.電解液

電解液可使極板上的活性物質溶解和電離，產生電化學反應。電解液由純凈的硫酸與蒸餾水按一定的比例配制而成。電解液的密度一般為1.24～1.30g/cm3。

4.殼體及其它

蓄電池的殼體用于盛放電解液和極板組，殼內用間壁分成3個或6個互不相通單格，底部有凸棱，用以擱置極板組，而凸棱間的凹槽則可積存從極板上脫落下來的活性物質，以避免沉積的活性物質連接正負極板而造成短路。蓄電池大都用耐酸、耐熱、耐振的硬橡膠制成，如今，工程塑料（聚丙烯）已在韌性、強度、耐酸、耐熱等方面的性能優于硬橡膠，且可以制成薄壁透明的殼體，且重量輕，便于觀察電解液的液面高度，因此，塑料殼體的蓄電池在汽車上也有應用。

蓄電池殼體上蓋有兩種形式，一種是分體式，即每一個單格上有一小蓋，蓋與殼體間的縫隙用瀝青封料密封（圖1-4）；另一種是整體式（圖1-5），蓋與殼體之間采用熱接或膠粘工藝粘合。

單格電池的加液孔蓋都有一通氣小孔，用于在蓄電池充電時及時排出因電解水而產生的氫氣和氧氣，以防止氣體集聚而使其內部壓力升高，造成漲破容器甚至產生爆炸的事故。

鉛制的聯條用于串聯各單格電池。圖1-4所示的蓄電池聯條露在蓄電池蓋表面，這種傳統的連接方式聯條較長，耗材較多，電阻也較大，因此，已逐漸被穿壁式連接方式（圖1-5）所取代。

圖1-5 整體式蓄電池上蓋示意圖

1—容器間壁 2—穿壁式聯條 3—蓄電池蓋

蓄電池各單格電池串聯后，兩端單格的正負極樁分別穿出蓄電池蓋，形成蓄電池極樁。正極樁標“+”號或涂紅色，負極樁標“-”號或涂藍色、綠色等。

5.蓄電池的型號

按JB 2599—1993《鉛酸蓄電池產品型號編制方法》規定，國產蓄電池型號的含義如下：

Ⅰ串聯的單格數，用阿拉伯數字表示。如：6表示有6個單格，12V的蓄電池。

Ⅱ蓄電池類型，以蓄電池的主要用途劃分，用漢語拼音字母表示。如：Q表示用作起動電源的起動型蓄電池；D表示電動車用蓄電池；M表示摩托車用蓄電池；N表示內燃機車用蓄電池；B表示航標用蓄電池。

蓄電池的特征為附加說明，在同類用途的產品中具有某種特征需要在型號中加以區別時采用。蓄電池的特征也以漢語拼音字母表示（表1-1）。如果產品同時具有兩種特征，原則上按表1-1的順序將兩個代號并列標示。

表1-1 鉛酸蓄電池特征代號

Ⅲ額定容量，用阿拉伯數字表示，其單位為A·h。

有的蓄電池在額定容量后用一字母表示其特征性能：G表示薄型極板，高起動率；S表示塑料外殼；D表示低溫起動性能好。

三、蓄電池的工作特性

1.蓄電池靜止電動勢

靜止電動勢Ej是指蓄電池在靜止狀態下正負極板之間的電位差。靜止電動勢的大小取決于極板上活性物質溶解電離達到動態平衡時，在極板單位面積上沉附的Pb4+和e的數量，而這受電解液的密度和溫度的直接影響。在電解液密度為1.050～1.300g/cm3的范圍內，靜止電動勢Ej與電解液密度及溫度的關系可由如下的經驗公式表示：

式中ρ25℃——溫度為25℃時的電解液密度（g/cm3）；

ρt——實際測得的電解液密度（g/cm3）；

T——實際測得的電解液溫度（℃）。

2.蓄電池內阻

蓄電池內阻包括極板電阻、隔板電阻、電解液電阻和聯條電阻等。隔板電阻主要取決于隔板的材料、厚度及多孔性，在通常使用的隔板中，微孔塑料隔板的電阻較小。聯條的電阻主要與聯條的長度有關，穿壁式聯條因其短而電阻較小。蓄電池在使用過程中，隔板和聯條的電阻不會改變，極板電阻和電解液電阻則會隨蓄電池的放電程度、電解液的溫度和密度的不同而改變。

極板電阻在充足電狀態下最小，隨著蓄電池放電程度的增加，覆蓋在極板表面的PbSO4相應增多，極板電阻會隨之增大。

電解液的電阻與其溫度和密度有關。溫度低或電解液的密度高，電解液的粘度較大，其滲透能力較低，因而其電阻較大。電解液的密度過高或過低，還會因為H2SO4的離解度降低而增大電阻。當電解液密度為1.208g/cm3（25℃）時，電解液的離解度最高，其粘度也不大，其電阻最小。

3.蓄電池的放電特性

蓄電池的放電特性是指以恒定的電流If放電時，蓄電池端電壓Uf、電動勢E和電解液密度ρ隨放電時間的變化規律。以20h放電率（If=0.05C20）的恒流放電特性如圖1-6所示。

圖1-6 蓄電池恒流放電特性曲線

放電時，由于蓄電池內阻RO有電壓降，因此，蓄電池端電壓Uf低于其電動勢E，即

Uf=E-IfRO

而E=Ej-ΔE

蓄電池放電時的電化學反應是在極板的孔隙內進行的，蓄電池放電時電動勢E下降ΔE的原因是極板孔隙內的密度低于容器中的電解液密度。

從蓄電池的恒流放電特性曲線可知，蓄電池在剛開始放電和放電接近終了時電壓迅速下降，而在中間較長的一段時間內Uf下降則比較緩慢。

開始放電時Uf迅速下降是因為放電之初極板孔隙內電解液的H2SO4迅速消耗，其密度隨之迅速下降（ΔE迅速上升）。極板孔隙內外的電解液有了H2SO4濃度差后，極板孔隙外的H2SO4會向孔隙內滲透，使孔隙內的電解液密度下降與整個容器的電解液密度的下降趨于一致（ΔE基本穩定），因而Uf下降比較緩慢。放電接近終了時，電化學反應深入到了極板的內層，加之放電后生成的PbSO4使孔隙變得越來越小，電解液滲透困難，造成極板孔隙內的電解液密度迅速下降（ΔE又迅速上升），Uf隨之迅速下降。

1.75V是20h放電率的終止電壓，若繼續放電則為過度放電，端電壓會急劇下降。停止放電后，電解液的滲透使孔隙內外的電解液密度趨于一致，蓄電池單格電池電動勢會回升至1.95V的靜止電動勢（ΔE消失）。

鉛酸蓄電池過度放電會導致其極板形成粗晶體硫酸鉛，在充電時不易還原成活性物質而使蓄電池容量下降，使用壽命縮短。

在恒電流放電時，每單位時間里H2SO4轉變為H2O的數量是一定的，因此，電解液的密度ρ呈直線下降。一般電解液密度每下降0.04g/cm3，蓄電池放電大約為額定容量的25%。

從放電特性曲線可知，蓄電池放電終了可由兩個參數判斷：

1）單格電池電壓下降至放電終止電壓。

2）電解液密度下降至最小的許可值。

終止電壓與放電電流的大小有關，放電電流越大，放電的時間就越短，允許放電的終止電壓也越低。放電電流與終止電壓的關系見表1-2。

表1-2 放電電流與終止電壓的關系

4.蓄電池的充電特性

蓄電池的充電特性是指以恒定的電流IC充電時，蓄電池充電電壓UC、電動勢E及電解液密度ρ隨充電時間變化的規律。以20h充電率（IC=0.05C20）的恒流充電特性如圖1-7所示。

圖1-7 蓄電池恒流充電特性曲線

充電電源要克服蓄電池內阻電壓降，其充電電壓UC需高于蓄電池的電動勢E，即

UC=E+ICRO

而E=Ej+ΔE

充電時蓄電池電動勢E升高ΔE的原因：一是蓄電池充電時極板孔隙內電解液密度高于容器中的電解液密度；二是充電終期負極板附近集聚的H+所引起的附加電位差。

充電開始時，蓄電池的充電電壓UC迅速上升是因為孔隙內進行的電化學反應所生成的H2SO4使孔隙內電解液密度迅速上升（ΔE迅速上升）。當極板孔隙內外電解液的H2SO4濃度差產生后，極板孔隙內的H2SO4將向孔隙外擴散，此時，UC隨著整個容器內的電解液密度的緩慢增大而逐漸上升（ΔE基本穩定）。當UC上升至2.4V左右時，電解液開始有氣泡冒出，這是極板上的PbSO4基本上已被還原成活性物質、充電電流已開始電解水的標志。繼續充電，水的電解速度會不斷上升，氣泡也逐漸增多，使電解液呈“沸騰”狀。由于H+在極板上得到電子變成H2的速度較水的電解慢，因而在接近充足電時，負極板附近會集聚越來越多的H+，使負極板與電解液之間產生一個迅速上升的附加電位差（ΔE迅速上升），導致UC迅速上升。附加電位差最高大約為0.33V，因此，充電電壓上升至2.7V后就不再升高。

理論上UC達到2.7V時應終止充電，否則將造成過充電。但在實際使用中，往往在充電電壓達到最高電壓后，繼續充電2～3h，以確保蓄電池能完全充足。

鉛酸蓄電池過充電所產生的大量氣體會在極板孔隙內造成壓力，這會加速極板活性物質脫落，導致蓄電池容量下降，使用壽命縮短。

由于是恒定電流充電，蓄電池電解液的密度ρ呈直線上升。

蓄電池充足電的特征如下：

1）蓄電池的端電壓上升至最大值（單格電池電壓為2.7V），且2h內不再變化。

2）電解液的密度上升至最大值，且2h內基本不變。

3）電解液大量冒氣泡，呈現“沸騰”。

四、蓄電池的容量及影響因素

1.蓄電池的容量

蓄電池的容量是指蓄電池在允許放電的范圍內所輸出的電量。可由下式表示：

式中C——蓄電池的容量（A·h）；

i——放電電流（A）；

t——放電時間（h）。

如果蓄電池是以恒定的電流If放電，則其容量的表達式為

C=Ift

蓄電池的容量表示了蓄電池的供電能力，它與放電電流、溫度及電解液的密度等因素有關，因此，標稱的蓄電池容量具有一定的標準規范。

（1）額定容量C20根據國標GB/T5008.1—2005《起動用鉛酸蓄電池技術條件》規定，C20是指完全充足電的蓄電池，在電解液溫度為25℃時，以20h放電率（If=0.05C）連續放電到單格電池電壓降至1.75V[即：12V蓄電池端電壓下降至（10.50±0.05）V；6V蓄電池下降至（5.25±0.02）V]蓄電池所輸出的電量。蓄電池的額定容量是檢驗新蓄電池質量和衡量舊蓄電池能否繼續使用的重要指標。新蓄電池達不到額定容量則為不合格產品，舊蓄電池的實際容量低于其額定容量超過某一限值時則應報廢。

（2）儲備容量Crn根據國標GB/T5008.1—2005《起動用鉛酸蓄電池技術條件》規定，Crn是指完全充足電的蓄電池，在電解液溫度為25℃時，以25A電流連續放電到單格電池電壓降至1.75V所持續的時間，其單位為min。蓄電池的儲備容量表示了在汽車充電系失效時蓄電池尚能持續供電的能力。

在Crn<480min和C20≤200A·h時，儲備容量與額定容量有如下換算關系：

2.影響蓄電池容量的因素

蓄電池實際容量的大小取決于在允許放電的范圍內，其極板上能參與電化學反應的活性物質的多少，因此影響蓄電池容量的因素主要有如下四個方面。

（1）極板的構造極板的面積大，在允許放電范圍內能參與電化學反應的活性物質就多，其容量也就大；普通蓄電池一般只利用了20%～30%的活性物質，因此，采用薄形極板、增加極板的片數及提高活性物質的孔率，均能提高蓄電池的容量。

（2）放電電流放電電流越大，單位時間里所消耗的H2SO4就越多，加之對極板孔隙起阻塞作用的PbSO4產生速率高，造成孔隙內的電解液密度急劇下降，使蓄電池端電壓很快下降至終止電壓，縮短了允許放電的時間，使得極板孔隙內的一些活性物質未能參加電化學反應，從而導致了蓄電池容量的下降。蓄電池容量與放電電流的關系如圖1-8所示。

由于發動機起動時為大電流放電，因此，在起動時應注意，一次起動的時間不應超過5s；連續兩次起動應間隔15s以上，使電解液有滲透到極板孔隙內層的時間，以提高極板內層活性物質的利用率和再次起動的端電壓，有利于提高蓄電池的容量和起動性能。

圖1-8 蓄電池容量與放電電流的關系

（3）電解液的溫度 電解液溫度低，其粘度大，滲透能力下降，使極板內層的活性物質不能充分利用而造成容量降低。此外，溫度越低，電解液的溶解度和電離度也越低，這又加劇了容量的下降。蓄電池容量與溫度的關系如圖1-9所示。

溫度每下降1℃，蓄電池的容量下降約為1%（小電流放電）或2%（大電流放電）。因此，適當地提高蓄電池的溫度（但不超過40℃），有利于提高蓄電池容量和起動性能。

（4）電解液的密度 電解液的密度過低時會因為H+、HSO4-離子數量少而導致容量下降；電解液密度過高則又會因為其粘度增大、滲透能力降低、內阻增大、極板容易硫化而導致容量下降。蓄電池容量與電解液密度的關系如圖1-10所示。

圖1-9 蓄電池容量與溫度的關系

圖1-10 蓄電池容量與電解液密度的關系

實際使用中，電解液的密度一般為1.26～1.285g/cm3（充足電狀態）。模擬起動時的大電流放電試驗表明，蓄電池密度偏低時其放電電流大，有效放電時間內輸出的容量也大。因此，對于起動型蓄電池，在防止冬季使用時電解液結冰的前提下，盡可能采用偏低密度的電解液，這有利于提高起動性能，并可減小極板硫化和腐蝕，延長蓄電池的使用壽命。

五、蓄電池常見故障及排除

1.極板硫化

所謂極板硫化是指極板上產生了白色、堅硬不容易溶解的粗晶粒PbSO4。在正常充電時，這種粗晶粒的PbSO4不易被還原成活性物質，并且對極板的孔隙有阻塞作用，因此，會造成蓄電池容量下降、內阻增大而使起動性能下降。

（1）故障現象 蓄電池極板硫化后，除了有容量和起動性能明顯下降的故障現象外，在充、放電時會有異常現象。比如：放電時蓄電池端電壓下降較快；充電時電壓上升快，溫度升高也快，會過早地出現“沸騰”；電解液的密度則上升較慢且達不到規定的值；極板硫化嚴重時，還可以通過加液孔看到極板上部有白色的霜狀物。

（2）故障原因 造成蓄電池極板硫化的常見原因有如下幾種。

1）蓄電池長時間處于虧電狀態，致使極板上的PbSO4未能及時還原為活性物質，由于PbSO4的溶解度隨溫度而變，當溫度降低時，電解液中的PbSO4就會過飽和而析出。PbSO4析出時會再結晶，形成粗晶體并沉附在極板的表面，造成極板硫化。

2）電解液的液面過低，使得極板外露而氧化，汽車行駛顛簸時，會使電解液不時地與極板上部已被氧化了的部分接觸而使PbSO4再結晶，形成極板硫化。

3）小電流下的長時間過放電，使極板深層的活性物質轉變為PbSO4，在汽車運行中，發電機向蓄電池充電不可能使這部分PbSO4復原，久而久之就會變為粗晶體硫酸鉛。

此外，電解液密度過高、不純、環境溫度變化很大等，也會使極板容易硫化。

（3）處理措施 在蓄電池極板硫化還不嚴重時，可以用去硫化充電法消除硫化，極板硫化嚴重的蓄電池則只能報廢。

2.自放電

在未接通外電路時，蓄電池電能自行消耗稱之為自放電。蓄電池輕微自放電屬于正常現象，但如果每晝夜蓄電池自行放電量大于2%C20，則屬于自放電故障。

（1）故障現象 充足電的蓄電池停放幾天或幾小時后就呈現存電不足。自放電嚴重的蓄電池，充電時其端電壓和電解液密度上升緩慢，用高率放電計測單格電池電壓降時，其端電壓會迅速下降。

（2）故障原因 導致蓄電池自放電故障的原因主要有如下幾種。

1）蓄電池蓋表面有油污、塵土、電解液等造成蓄電池正負極樁之間漏電。

2）殼體底部沉積物過多而造成正負極板之間短路。

3）隔板破裂，造成正負極板短路。

4）電解液不純，含有過多的金屬雜質。

（3）處理措施 根據蓄電池自放電故障的各種不同原因，采取相應的方法排除自放電故障。

1）若是因蓄電池蓋表面臟污造成自放電故障，清潔蓄電池蓋表面，并對已虧電的蓄電池進行補充充電即可重新投入使用。

2）若是因蓄電池容器底部沉積物太多造成的極板短路（充電時電解液往往會呈現褐色），則應傾出全部電解液，并用蒸餾水將殼體內部沖洗干凈后重新加注電解液，再將蓄電池充足電。

3）若蓄電池自放電是電解液不純造成的，則應先將蓄電池全放電或過度放電后將電解液全部傾出，再用蒸餾水沖洗殼體內部，然后加注合格的電解液并將蓄電池充足電。

3.活性物質早期脫落

活性物質早期脫落是指因使用不當而造成蓄電池極板上的活性物質有大量的脫落。

（1）故障現象 充電時電解液會成為混濁褐色溶液，充電電壓上升過快，電解液過早出現“沸騰”現象，而其密度達不到規定的最大值；放電時電壓下降過快，容量明顯不足。

（2）故障原因 蓄電池在使用中造成極板活性物質容易脫落的原因有如下幾種。

1）充電電流過大或長時間過充電，使大量的水被電解，產生的氣體在極板孔隙內產生壓力，造成活性物質脫落。大電流充電還易使電解液溫度過高，造成極板變形而使活性物質脫落，而過量的充電，還會使柵架過分氧化，造成活性物質與柵架松散剝離。

2）長時間大電流放電，尤其是低溫長時間大電流放電，生成的PbSO4容易形成致密層，在充電時，PbO2將會以樹狀的晶體生長，這種樹狀晶體很容易脫落。

3）過度放電，極板上PbSO4太多而使其體積膨脹，對活性物質產生擠壓，造成活性物質脫落。

4）蓄電池極板組安裝不良而松曠、蓄電池在車上安裝不牢固，使極板組顛簸振動加劇，造成活性物質脫落。

5）冬季蓄電池放電后未及時充電，使電解液密度過低而結冰，對極板產生擠壓而導致活性物質脫落。

（3）處理措施 活性物質脫落較少時，可以傾出全部電解液，用蒸餾水沖洗后重新加注電解液，充足電后繼續使用。如果活性物質脫落過多，則需更換極板組或報廢蓄電池。

4.其它故障

除了上述常見的故障外，蓄電池還會出現蓄電池外殼破裂、殼體蓋封口膠脫裂、聯條斷裂、極板斷裂或松動等故障，應根據實際情況采取適當的修補措施。

六、蓄電池的使用與維護

1.蓄電池的維護

蓄電池正確地使用與維護可提高蓄電池的容量，并可延長其使用壽命。在日常使用過程中，應注意做好如下維護工作。

（1）定期進行蓄電池的外觀檢查

1）檢查蓄電池安裝是否牢固，線夾與極樁的連接是否緊固，并及時清除線夾和極樁上的氧化物。表面涂上凡士林或潤滑脂可防止極樁上的線夾氧化。

2）檢查蓄電池蓋表面是否清潔，應及時清除蓄電池蓋表面的灰塵、油污、電解液等臟物。

3）檢查加液孔蓋通氣小孔是否暢通，以防止小孔堵塞而引起蓄電池內部氣體集聚而造成壓力升高，擠裂殼體甚至產生爆炸事故。

（2）及時檢查電解液的液面高度 電解液的液面一般應高出極板10～15mm，液面過低時應及時補充蒸餾水，不能加注電解液，以免導致電解液密度過高。只有在確認是電解液傾出或滲漏而使電解液不足時，才可加注相同密度的電解液。

（3）定期檢查蓄電池的放電程度 用測量電解液密度或單格電池電壓降的方法檢查蓄電池的放電程度。如果放電程度冬季超過25%，夏季超過50%時，就應對蓄電池進行補充充電。

（4）定期對蓄電池進行補充充電 按時間強制性地對蓄電池進行補充充電，以保證蓄電池始終保持充足電狀態，避免極板硫化。定期補充充電一般每月一次，城市公共汽車可短些，而長途運輸汽車則可更長一些。

2.蓄電池技術狀況檢查方法

（1）電解液液面的檢查 普通蓄電池應使用玻璃管檢查各單格電池液面高度，如圖1-11所示。采用透明耐酸塑料容器的蓄電池可從蓄電池容器側面觀察液面的高度，為觀察方便，一些蓄電池容器側面有液面高度指示線。有少數蓄電池可以從加液孔檢查液面高度。

（2）放電程度的檢查 用密度計測量電解液的密度得到蓄電池放電程度的估計值，如圖1-12所示。一般密度每下降0.01g/cm3，相當于蓄電池放電6%。為確保測量結果準確，測量電解液密度時應注意：剛進行了大電流放電或剛加注了蒸餾水的蓄電池不可立即測量電解液的密度；在測密度時，還應同時測量電解液的溫度，并把實測的密度值換算成25℃時的密度。

圖1-11 蓄電池電解液液面高度的檢查

1—極板 2—極板防護片 3—容器壁 4—玻璃管

對于分體式容器蓋的蓄電池，由于單格電池的極樁外露，還可以用高率放電計通過測量單格電池電壓的方法來檢驗蓄電池的放電程度，并可檢驗單格電池是否有故障。高率放電計由一塊量程為3V的電壓表并接一個定值電阻構成，如圖1-13所示。

圖1-12 蓄電池電解液密度的檢查

1—密度計 2—溫度計

圖1-13 高率放電計

1—放電叉 2—電壓表 3—放電電阻

高率放電計測量單格電池電壓實際上是模擬起動機空載狀態的電流負載來檢查蓄電池的放電程度，所測得的單格電池電壓與放電程度之間的關系見表1-3。測量時，將放電叉緊壓在單格電池的極樁上，時間不超過5s。單格電池的電壓在1.5V以上，并在5s內保持穩定，說明此單格電池良好；如果某一單格電池在5s內電壓迅速下降或其電壓低于其它單格0.1V以上，都說明此單格電池有故障。

表1-3 高率放電計測得的單格電池電壓與放電程度關系

3.冬季使用注意事項

冬季氣溫低，蓄電池的容量降低、內阻增大且電解液有結冰的危險。電解液如果結冰，蓄電池就不能使用，并將導致極板活性物質脫落和容器破裂。因此，在冬季應注意如下事項。

1）適當調高電解液密度，電解液密度與冰點的關系見表1-4。進入冬季，應將電解液的密度調整至在該地區不會結冰的密度。

表1-4 電解液密度與冰點的關系

2）使蓄電池經常保持在充足電狀態，因為蓄電池放電后其電解液密度降低，增大了結冰的危險。

3）在充電時加注蒸餾水，這樣可使水很快與電解液混合，減少電解液結冰的危險性。

4）寒冷地區冬季在發動機冷起動時，應對蓄電池預熱，以便提高蓄電池的容量、降低電阻，使起動容易。

七、蓄電池的充電

1.充電方法

蓄電池有不同的充電方法，在使用中可根據具體情況選擇適當的充電方法。

（1）定流充電 定流充電是指充電過程中使充電電流保持不變的充電方法。當單格電池電壓上升至2.4V、電解液開始有氣泡冒出時，應將電流減半，直到完全充足為止。

采用定流充電，不論6V或12V蓄電池均可串聯在一起充電。串聯充電的蓄電池如果其容量不一致，應以容量最小的蓄電池選擇充電電流（1/15C20～1/10 C20），并且在小容量的蓄電池充足電后，隨即將其摘除，其余未充足電的蓄電池則繼續充電。

定流充電具有較大的適應性，容易將蓄電池完全充足，有益于延長蓄電池的壽命。其缺點是為使充電電流保持不變，需經常調節充電電壓。此外，其充電時間也較長。

（2）定壓充電 定壓充電是指充電過程中使充電電壓保持不變的充電方法。由于充電電壓為定值，故充電電流隨蓄電池電動勢的升高而逐漸減小。

適當的充電電壓可使蓄電池在即將充足時其充電電流趨于0。充電電壓過高會造成充電初期充電電流過大和過充電；充電電壓過低則會使蓄電池充電不足。定壓充電一般以每單格電池2.5V確定充電電壓，即蓄電池的充電電壓應為（14.80±0.05）V（6單格電池）或（7.40±0.05）V（3單格電池）。定壓充電時，應注意充電初期最大充電電流，若電流超過了0.3C20（A）則應適當調低充電電壓，待蓄電池電動勢升高后再將充電電壓調整到規定的值。

定壓充電的優點是充電時間短、充電過程無需調節電壓，較適合于補充充電。缺點是蓄電池不容易完全充足，充電初期的大電流充電對極板會有不利的影響。

（3）脈沖快速充電 定流充電和定壓充電均需要很長的時間，為滿足使用要求，人們一直在研究快速充電的方法。有實際意義的快速充電不僅要縮短充電時間，并且要避免充電過程中電解液大量析氣和溫度過高，同時要有較高的充電效率。

1）快速充電的理論基礎。快速充電需要研究和解決的關鍵問題是蓄電池充電可接受電流和充電極化問題。

①充電可接受電流與過充電問題。蓄電池的充電接受能力是指其電解液只產生微量析氣的前提下所能夠接受的最大充電電流。1967年，美國的麥斯（J.A.Mas）經過大量試驗提出了蓄電池充電可接受電流定律：

式中I——在充電過程中某一時刻蓄電池的充電可接受電流；

Io——開始充電時蓄電池的充電可接受電流；

a——充電可接受電流衰減常數。

從充電可接受電流曲線（圖1-14）可知，蓄電池在充電過程中，其充電可接受電流呈指數規律下降。在充電的任一時間里，只要充電電流大于當時的可接受電流，就會出現“過充電”的現象。縮短充電時間的有效方法是使充電電流盡可能接近可接受電流。

②充電極化問題。在充電過程中，蓄電池正負極板間電位差會高于其靜止電動勢（2.1V），這種現象稱為極化。蓄電池充電時會有歐姆極化、濃差極化和電化學極化。減小或消除極化，可有效提高充電效率，縮短充電時間。

圖1-14 充電可接受電流曲線

歐姆極化：充電電流流經蓄電池內阻造成的電壓降，停止充電，歐姆極化即消失。

濃差極化：充電時極板孔隙內的電解液密度高于孔隙外的電解液密度，使得正負極板間電位差增大。停止充電，極板孔隙內外的電解液密度趨于一致時，濃差極化消失。

電化學極化：在充電終期水的電解過程中，H+在負極板處集聚所造成的附加電位差。充電終期的充電電流越大，電化學極化就越顯著，最大可達0.33V。

圖1-15 脈沖快速充電電流波形

2）脈沖快速充電方法。脈沖快速充電是利用蓄電池充電初期可接受大電流的特點，采用（0.8～1）C20的大電流對蓄電池進行定流充電，使蓄電池在短時間內達到60%左右的容量；當單格電池電壓達2.4V，電解液開始冒氣泡時，則通過脈沖充電方法消除極化。脈沖快速充電的電流波形如圖1-15所示。脈沖充電階段控制方法是：先停止充電25ms左右，使歐姆極化消失，濃差極化也由于擴散作用而部分消失；接著再反充電，反充電的脈寬一般為150～1000μs，脈幅為1.5～3倍的充電電流，以消除電化學極化的電荷積累和極板孔隙中形成的氣體，并進一步消除濃差極化；接著再停止充電25ms后進行正脈沖充電，周而復始。

脈沖充電的優點是可以縮短充電時間（初充電不超過5h，補充充電只需0.5～1.5h），空氣污染小，省電。在蓄電池集中、充電頻繁或應急部門使用脈沖快速充電，更能發揮其效率。脈沖充電的缺點是不能將蓄電池完全充足，且對蓄電池的壽命有不利影響。

2.充電的種類

蓄電池的充電有多種類型，各種充電通過不同的充電工藝達到不同的充電目的。

（1）初充電 對新蓄電池或修復后的蓄電池使用前的首次充電稱為初充電，初充電一般采用定流充電，其充電工藝過程如下。

1）按地區季節配制好適當密度的電解液，并加注到蓄電池容器中。應注意：加注的電解液溫度不得超過35℃；加注電解液后，靜置3～6h，這期間因電解液滲入極板，液面會有所降低，應補充電解液，使液面高于極板10～15mm。

2）將同時充電的蓄電池串聯連接后，接通充電電源，并將電流調整到規定的數值。第一階段的充電電流為C20/15，充電時間約需25～35h；待電壓上升至2.4V，電解液開始有氣泡冒出時，將充電電流減半繼續充電；當充電至2h內充電電壓變化不大于0.05V/h、電解液密度在某一最大值無明顯變化，電解液呈現“沸騰”時，充電結束。這一階段大約需時20～30h。

3）充足電靜置2h后，再檢測電解液的密度，如密度偏低可添加密度為1.4g/cm3的稀硫酸，如果過高可以添加蒸餾水，將密度調至規定的值。

在充電過程中隨時檢測電解液的溫度，如果溫度上升至40℃，應將電流減半。如果溫度仍不降低，就應停止充電，待溫度降至35℃以下后再繼續充電。

（2）補充充電 使用中的蓄電池以恢復其全充電狀態所進行的充電稱之為補充充電。補充充電可采用定流充電，也可用定壓充電。采用定流充電方法其充電過程與初充電的相似，但充電電流可大一些。第一階段的充電電流為C20/10，充電至單格電池電壓達2.4V時電流減半，直至充足。如果采用定壓充電，其補充充電工藝過程如下。

1）將需同時充電的蓄電池并聯連接并接上充電電源。

2）將電壓調至規定的值，觀察充電電流，如果電流超過0.3C20 A，應適當降低電壓，待蓄電池電動勢升高后再將電壓調至規定的值。

3）充電終期，當充電電流在連續2h內變化不大于0.1A/h，電解液密度無明顯變化時，則認為充電可以結束。

（3）鍛煉循環充電 在汽車上，只要發動機開始工作，發電機就可對蓄電池進行充電，這使蓄電池只有一部分活性物質經常參與電化學反應。為防止那些長時間未能參加充放電電化學反應的活性物質收縮，在相隔一段時間（一般為三個月左右）后，對蓄電池進行一次鍛煉循環充電。方法是，按正常的充電工藝將蓄電池充足，然后以20h放電率將電放完，再將其充足。

（4）去硫化充電 對極板硫化不嚴重的蓄電池進行充電，旨在消除極板的硫化，其充電工藝過程如下。

1）傾出蓄電池電解液，并用蒸餾水沖洗兩次，然后加注足量的蒸餾水。

2）接通電源，按1/30C20A的電流進行充電，當密度上升至1.15g/cm3時，傾出電解液，加注蒸餾水，再進行充電，如此反復，直至密度不再增大為止。

3）以10h放電率進行放電，當單格電池電壓下降到1.7V時，停止放電，然后以初充電電流進行充電，接著再放電、再充電，直到容量達到80%C20為止。

4）將電解液密度調整至規定的值。

（5）預防硫化與均衡充電 預防硫化充電以防止極板產生硫化為目的，均衡充電則主要是為了減少或消除蓄電池單格電池之間容量的差異，其充電方法則均是在蓄電池充足電后，以適當的小電流繼續“過充電”一段時間。

3.充電注意事項

為防止充電時出現意外，在蓄電池充電時，應注意如下事項。

1）在室內充電時，室內應有通風設備，應打開加液孔蓋，以使氣體順利排出。

2）充電室嚴禁用明火取暖。

3）充電時應先接好電線，再開電源開關；停止充電時則應先關斷充電電源。

4）導線的連接務必可靠，以防突然斷開產生電火花而造成火災或爆炸事故。

5）充電設備不要與被充電蓄電池放置在同一個房間內，以避免從電解液中冒出的“酸氣”腐蝕充電設備。

八、改進型鉛酸蓄電池

普通的干封鉛酸蓄電池在啟用時需要通過初充電才能投入使用。改進型鉛酸蓄電池在普通蓄電池的基礎上，從結構、工藝和材料等方面進行改進，使蓄電池的使用性能得到了提高。

（1）干荷電蓄電池 干荷電蓄電池可在極板組干燥狀態下較長時間保持制造中所得的電荷。制造中主要是對負極板采取了能提高活性物質化學穩定性的工藝措施，從而提高了極板的荷電性。

干荷電蓄電池的優點是存放期長，可長達兩年。在存放期內啟用，只要注入規定密度的電解液至適當的高度，靜置20～30min即可投入使用，無需初充電，因而方便了用戶和應急使用。對于存放期超過兩年的干荷電蓄電池，因極板會有部分氧化，使用前應以補充充電電流充電5～10h。

（2）濕荷電蓄電池 濕荷電蓄電池可在極板呈濕潤狀態下保持其荷電性。濕荷電蓄電池較之干荷電蓄電池其工藝過程稍有些不同，存放保持荷電的時間也要短一些。

濕荷電蓄電池在存放期（約6個月）內，加注標準密度的電解液至規定的高度即可使用，首次放電量可達到額定容量的80%。存放期在一年左右的濕荷電蓄電池，在加注電解液后立即放電即可放出額定容量的50%。濕荷電蓄電池如果在使用前對其進行補充充電，就可以釋放出額定的容量。濕荷電蓄電池適宜于無需長期存放的場合。

（3）膠體蓄電池 膠體蓄電池其電解液呈膠體狀。膠體蓄電池是在其電解液中滲入了硅酸溶膠，使得電解液成為膠體狀。

膠體蓄電池的優點是電解液不會濺出，在使用、維護、保管和運輸過程中設備和人可免受被腐蝕的危險；使用中只需加蒸餾水，無需調整密度；膠狀電解液可使極板活性物質不易脫落，可延長蓄電池的使用壽命約20%。膠體蓄電池的缺點是膠體電解質的電阻較大，使蓄電池的內阻增大、容量降低；由于膠體電解質的均勻性相對較差，使極板各部分有差異而形成電位差，因此，自放電相對較大。

（4）免維護蓄電池 免維護蓄電池在其使用壽命期內無需進行日常維護。免維護蓄電池在結構、工藝和材料等方面均進行了改良，通常的措施如下。

1）加液蓋通氣孔采用安全通氣裝置，用于阻止水蒸氣和硫酸氣體排出，以減少電解液的消耗，并可避免氣體與外部火花接觸而產生爆炸，也減小了極樁的腐蝕。有的免維護蓄電池在通氣塞中裝有催化劑鈀，可幫助水解的氫氧離子結合成水后再回到蓄電池中去，以進一步減少電解液的消耗。

2）采用袋式微孔塑料隔板，將正極板包住，可以免去容器底部的凸肋，從而降低了極板組的高度，使極板上部的容積增大，增加了電解液的儲存量。

3）極板柵架采用鉛-鈣-錫合金或低銻合金，可減少析氣量，使電解液中水的消耗降低，并使自放電也大為減少。

免維護蓄電池在汽車合理使用過程中無需添加蒸餾水，蓄電池自放電小，僅為普通蓄電池的1/8～1/6，在使用期內一般無需進行補充充電；極樁腐蝕小或無腐蝕，使用壽命長，內阻小，起動性能好。

目前汽車上所使用的免維護蓄電池還未達到真正的無需維護，因此，在使用一段時間后（一般每年或行駛30000km）應對蓄電池進行一次檢查和維護。檢測的內容包括電解液的液面高度和密度、蓄電池的靜止電動勢等。如果液面過低，應補充蒸餾水；電解液密度過低，需對蓄電池進行補充充電。

對于全封閉式免維護蓄電池，由于無加液孔，不能用常規的方法來檢查蓄電池電解液的液面和密度，但這種蓄電池一般在其內部裝有一個小密度計，從其頂端的檢視孔通過觀察其顏色來判斷蓄電池的技術狀況。檢視孔的顏色有如下三種情況。

1）綠色，表示蓄電池狀況良好，可繼續使用。

2）深綠色或黑色，表示電解液密度偏低，應對蓄電池進行補充充電。

3）淺黃色或無色，則表示電解液液面過低，蓄電池已不能繼續使用。

免維護蓄電池從20世紀70年代后期進入國際市場以來，發展迅速，使用日趨普遍。隨著免維護蓄電池其制造工藝難題的解決和成本的降低，必將取代普通的鉛酸蓄電池。