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柴油发电机启动蓄电池的维护保养 |
摘要：启动用普通铅酸蓄电池主要用于柴油发电机组等发动机的启动和点火电源，启动用铅蓄电池通常为12V的单个蓄电池组成的24V启动电源。由于铅酸电池工作环境差和经常大电流放电，与其他种类电池相比，其使用寿命较短；但是由于其良好地耐热性和可修复性的特点已被市场普遍认可和接受产品，而且在保修范围内损坏的话还可以以旧换新。
一、充电方法
1、初充电
初充电是对新的普通铅蓄电池进行的活化充电。其目的是使极板上的活性物质全部转化成海绵状铅和二氧化铅，让蓄电池的放电容量能达到额定容量。初充电对柴油发电机蓄电池放电容量和使用寿命有着直接的影响，如果初充电不彻底，会使极板上部分活性物质不能还原，以致造成电池永久性的充电不足，所以必须严格按照蓄电池使用说明书进行初充电。一般按如下步骤进行。
（1）充电前的检查
检查电池外壳有无损伤、防酸隔爆帽通气是否良好和螺口有无松动，蓄电池结构如图1所示，并将电池外壳擦拭干净，然后在正负极接线柱上涂上黄油或凡士林油，以减轻酸雾对接线柱的腐蚀。
（2）计算硫酸与水的用量
计算依据是：
① 稀释前硫酸的质量W1与水的质量W2之和等于所配电解液的质量W3（即稀释前后溶液质量相等）；
② 稀释前浓硫酸中硫酸的质量等于稀释后所得电解液中硫酸的质量（即稀释前后溶质质量相等）。
设硫酸、水和电解液的质量浓度分别为P1、P2（水的质量浓度为0％）和P3，它们的密度分别为d1、d2（水的密度为1）和d3，体积分别为V1、V2和V3，则上述关系可用以下式子表达：
W1P1＋W2P2＝W3P3
W1＋W2＝W3
也可以写成
V1d1P1＝V3d3P3
V1d1＋V2＝V3d3
（3）配制电解液
① 准备好配电解液用的器具，包括耐酸和耐热的容器（如陶瓷缸、塑料盆和胶木盆等）、搅拌用的玻璃棒或用塑料管封好的金属棒、防护眼镜、口罩、耐酸橡胶手套和围裙、5％苏打水等。具体的配制方法如下。
② 先量取所需的纯水倒入洗净的容器内，然后将所需要量的纯浓硫酸小心地徐徐注入纯水中，并用搅棒不断地搅拌使之均匀。刚配好的电解液温度可达80℃左右，必须让其冷却到35℃以下才能灌入电池内。
③ 配制硫酸电解液时，应注意以下几点：a.禁止将纯水注入浓硫酸中，否则会造成酸液飞溅；b.倒入硫酸的速度不宜太快，否则因局部温升过快会导致酸液沸腾溅射；c.配制时不要迎风站立，应穿戴上防护眼镜、耐酸橡胶手套和围裙，以免硫酸溅到眼睛、皮肤和衣服上。若皮肤溅上酸液时，可先用5％的苏打水冲洗，然后用自来水清洗。
电解液密度应以15℃时的值为准，否则应用下式进行换算：
dT＝d15－α(T-15)
式中，dT为T℃时的密度；
d15为15℃时的密度；
T为电解液的实际温度，℃；
α为温度系数，表示硫酸溶液从15℃时变化，每增加或降低1℃时，密度变化的数值（启动用电池的电解液取α＝0.00074，固定用电池的电解液取α＝0.00068）。
（4）电解液的灌注
将配制好的电解液徐徐注入蓄电池内，液面应高出极板上沿10～20mm。在灌注时，应注意电池间的距离不得小于25mm，以便散热；灌注时间不宜太长。应在尽可能短的时间内完成灌注工作，最长不得超过2h。
（5）静置浸泡
灌好电解液以后，应静置浸泡5～8h，使电解液充分渗透到极板内部。在此期间，电解液和极板发生剧烈的化学反应，使极板上的活性物质转变成硫酸铅，因而出现电解液密度逐渐下降，温度逐渐上升并产生气体的现象，液面也略有下降。有关的化学反应为：
Pb＋H2SO4－PbSO4＋H2↑
PbO＋H2SO4－PbSO4＋H2O
PbO2＋H2SO4－PbSO4＋H2O＋1/2O2↑
若液面下降到规定高度以下，应补加电解液至规定液面。当化学反应充分完成以后，气泡逐渐减少，电解液密度不再下降，温度也逐渐下降，此时测得单体电池两端的开路电压为2V左右。若开路电压很低，应立即检查，看正负极板是否倒置，或者电池是否短路。当电解液温度下降至35℃以下时，即可进行初充电。
电解液灌注之后，静置时间不宜过长，否则会引起硫化，使初充电时间延长。若达置时间后，电解液温度仍然很高，可采取降温措施，同时用小电流进行充电，待温度下降之后，再按规定的初充电电流进行充电。
（6）开始充电
充电电路如图2所示。初充电采用的是两阶段恒流充电法，充电电流和充电时间与电池的型号、静置浸泡时的化学反应是否充分以及储存期的长短等都有关系，最好按厂家的说明书进行。若无厂家说明书，可按下述一般步骤进行。
① 第一阶段：
用10h率充电约25h，当单体电池的端电压升高到2.5V以上，极板上析出大量气体，电解液密度已经不再上升且大小在1.210kg/L附近时，可用纯水对密度过高的电池进行密度调整，对密度偏低的电池则暂不作调整。
② 第二阶段：
用20h率充电约20h，此时各单体电池电压升高到2.7V左右，电池两极激烈冒气，电解液密度不再上升，若连续测得上述三个标志保持3h不变，则意味着初充电过程结束。两个阶段充电时间共需约45h，充入电量约为额定容量的3.5倍。
在充电过程中，可在电池组中选定一只电池作为标示电池，然后每隔1h测定一次标示电池的端电压、密度和液温，以代表全组的情况。在第一阶段充电时，每隔4h将全组电池普测一次，在第二阶段充电时，则每隔2h普测一次，在接近充电终止时，应每隔1h普测一次，以便准确掌握充电结束的时机。
在初充电过程中还应注意以下几点：
a．当电解液温度快达到40℃时，应适当减小充电电流，使电解液的温度不超过40℃，待降温之后再用规定电流充电，并相应延长充电时间；
b. 不能随意停止充电，否则会引起电池硫化，使充电时间延长；
c. 当发现充电过程中液面下降并低于规定高度时，应立即补加纯水，不能加电解液。
（7）调整密度
初充电结束后，各单体电池的电解液密度可能不一致，或者其密度达不到要求，在这种情况下，则应在充电停止并静置1h后进行密度调整，使每只电池的密度达到规定值。密度偏高者，用纯水调整；密度偏低者，用密度为1.40kg/L的硫酸溶液去调整。调整方法是：将电池的电解液吸出一部分，再加入等量的纯水或密度为1.40kg/L的稀硫酸，然后用20h率电流充电0.5h，利用充电时产生气泡的搅拌作用，使电解液浓度均匀一致。若测得电解液密度仍不符合要求，可继续用上法调整，直至合格为止。
（8）检查容量
调整好电解液密度后，必须用10h率电流放电进行容量检查，最好在静置1～2h使电解液扩散均匀后进行。放电方法如下。
将人工负载（可变电阻或水阻）连接在电池组上，调整电阻的大小使放电电流为电池10h率电流值。放电过程中，一开始测量标示电池的端电压、密度和温度一次，以后每隔1h测量一次。在接近放电终止时，要对电池组进行普测，间隔时间也要根据实际情况缩短，以防过量放电。电池每一次放电容量不得超过额定容量的75％。当出现下列现象之一时，则认为是电池放电终止，应立即停止放电。
① 放电容量已达到额定容量的75％；
② 个别蓄电池的端电压已降到1.80V；
③ 电解液的密度（15℃）已降到1.170kg/L。
放电完毕后，应立即给蓄电池进行正常充电，第2～5次充入容量为额定容量的3～1.5倍（逐次下降）。约经过8～10次充放电循环之后，容量可达到额定容量。
（9）整理资料
初充电过程及容量检查时的所有关于端电压、密度和温度变化的数据，应绘制成曲线作为原始资料保存，以供今后维护时参考。
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图1 柴油发电机启动电池外形结构图 |
图2 柴油发电机蓄电池充电线路图 |
2、正常充电
（1）正常充电状态
柴油发电机蓄电池活化启用后，在以下情形下进行的充电，称为正常充电，如图3b所示。
① 当电池已放完电（应在24h之内进行），放电状态如图3a所示。
② 部分放电或小电流间隙式放电，虽然放电容量未达到额定容量的一半，但放电后搁置时间超过一周。
③ 一个月内蓄电池未放电。
正常充电的目的是及时恢复铅蓄电池的容量，以免使电池因长时间处于放电状态而损坏。正常充电可以用两阶段恒流充电法、先恒流后恒压充电法（或限流恒压充电法）以及快速充电法等。采用两阶段恒流充电法时，第一阶段用10h率电流充电，直到单格电池电压达2.4V，这一阶段一般延续5～6h。第二阶段用20h率电流充电，直到充电终了，这一阶段一般延续8～10h左右。
（2）充电结束的标志
① 充电结束示例如图4c所示，现象为正负极板剧烈冒泡。
② 电解液密度达到规定值：固定型蓄电池上升至1.20～1.22kg/L，移动型蓄电池上升至1.280～1.300kg/L，且不再上升。
③ 柴油发电机蓄电池的单格电压达到2.7～2.8V，不再上升。
④ 涂膏式极板的正极板变为棕红色，负极板变为深灰色。
（3）充电过程注意事项。
① 正常充电前先检查液面，若发现液面低于规定高度的下限，则补加纯水至规定高度；
② 应将同型号、放电程度一致和新旧程度一致的电池串联起来充电；
③ 充电过程中要定时测量标示电池的端电压、电流、电解液密度和温度，并观察各电池的冒气情况；
④ 在各阶段结束前和充电终止前，应对全组电池进行普测，以便及时发现问题电池和避免电池过量充电。
3、均衡充电
当铅蓄电池的电压和密度出现不均衡，或者全组电池的电压和密度均偏低时，应对全组电池进行均衡充电。
（1）均衡充电范围
浮充运行的铅蓄电池，通常按规定应每3个月进行一次均衡充电。实际上，如果电池的电压和密度未出现不均衡现象，则没必要进行均衡充电，否则柴油发电机电池会因过充电而发生板栅腐蚀等不良后果。铅蓄电池不均衡的标准，是指个别电池的电压或密度与电池组的平均电压或平均密度之差超过了规定的范围。其范围如下：
个别电池的端电压与电池组的平均电压之差为
－0.05<ΔU＝U－U平<＋0.10
个别电池的密度与电池组的平均密度之差为
－0.025<Δd＝d－d平<＋0.025
（2）均衡充电条件
除定期对电池组进行均衡充电外，有下列情况之一，也应及时进行均衡充电。
① 过量放电使电池电压低于规定的终止电压；
② 放完电后未及时（24h之内）进行充电的电池；
③ 长期充电不足的柴油发电机电池；
④ 用小电流长时间深放电或间隙式放电的电池；
⑤ 长期搁置不用的电池，在储存前、每隔三个月和重新启用时；
⑥ 极板有轻微硫化现象的电池；
⑦ 经过大修（更换过有杂质的电解液或将极板取出检修过）的电池；
⑧ 对电池进行容量检测之前；
⑨ 浮充运行的电池在市电中断后，放出近一半容量或超过规定使用时间。
（3）均衡充电方法
均衡充电实际上就是对电池进行过量的充电，可根据实际情况和电池的运行方式选择下方法中的一种。
① 过量充电法
此处过量充电的含义就是在正常充电后继续用小电流进行一段时间的充电。这种方法主要适用于充放电运行方式的铅蓄电池，具体方法有两种。
第一种方法：
在正常充电完成后，继续用20h率进行一段时间的充电，直至电压和密度达到最大值，且连续3h无变化（每0.5h测一次）时为止。
第二种方法：
在正常充电之后→停充1h，用20h率电流充电至激烈冒气→停充0.5h，20h率充电1h→···→停充0.5h，20h率充电1h，如此循环数次，直到电压和密度均无变化，且一接上充电电源后，电池立即产生激烈的气泡为止。
② 恒流和浮充交替法
这种方法适合于浮充运行方式的铅蓄电池组，具体方法：先用10h率电流充电，当单体电池电压达2.30～2.35V/只时，改为浮充运行1h，然后又用10h率充电1h，再转入浮充1h，如此反复进行多次，直到电压和密度均正常，且恒流充电10min内，极板即产生剧烈气泡为止。
4、补充充电
补充充电是指对个别落后电池单独进行的较长时间的过量充电。
（1）当均衡充电之后个别电池的电压和密度仍然远低于其他电池，则为了避免其他多数电池被长期过充电，必须单独对个别落后电池进行补充充电。
（2）落后电池通常是硫化电池，补充充电的目的就是消除其硫化故障，硫化较轻的可用过量充电法，硫化严重的则用反复充放电法。
（3）值得注意的是，当发现个别电池密度偏低时，千万不能盲目用密度为1.400kg/L的硫酸溶液去调整，因为这样会使电池的硫化现象加重，使落后电池发展为不可恢复的报废电池。
5、放电方式
（1）安装在柴油发电机上的启动用铅蓄电池，充放电过程如图4所示。在启动放电时（如图4a），放电电流可达200～600A，有的柴油机启动电流可达1000A以上，且有的持续时间长达数分钟。
（2）当柴油发电机组启动后，意味着放电结束（如图4b）。此时，蓄电池立即与直流发电机相接，转入恒压浮充。
（3）6V的铅蓄电池用7.1～7.2V的电压浮充，12V的铅蓄电池用14.2～14.4V的电压浮充，单只电池的电压为2.37～2.4V。
显然，启动用铅蓄电池的运行方式类似于固定用铅蓄电池的半浮充运行方式。由于电池启动时放出的容量必须在短时间内予以恢复，同时还要补偿自放电损失的容量，所以浮充电压比较高，这也是启动用铅蓄电池寿命较短的原因之一。
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图3 启动蓄电池充放电状态图 |
图4 启动蓄电池充放电过程 |
二、使用维护方法
1、检查电解液液面
铅蓄电池在使用过程中，由于电解液中水分的蒸发和充电过程中水的分解，会引起液面下降和密度升高，因此应定期检查电解液液面（如图5所示）。液面应高出防护板10～20mm，低于10mm时应补加纯水（或蒸馏水），切勿加河水、井水和电解液。若因不小心将电解液泼出而降低液面，则必须添加与电池中同样浓度的电解液。
2、清洁电池表面
柴油发电机电池表面应保持干净，蓄电池在使用过程中要经常用干燥的布擦净外表和盖上的灰尘污泥，在充电完毕或加灌电解液后，须用清洁的抹布蘸以5％的碳酸钠（Na2CO3）或氢氧化铵（NH，OH）的水溶液擦除电池外壳和壳子上的酸液，以免增加蓄电池的自放电。应该注意的是，上述工作进行时，必须先把注液盖旋上，以防碱液或其他污物落入电池内部。
3、接线柱防腐和清理
金属材料做成的螺栓、接头等零件在使用过程中很容易产生硫酸盐，特别在蓄电池的正极柱上更为显著，因此在表面应涂一薄层凡士林，以防腐蚀。各连接线必须保证接触牢固，每隔一定时间对连接线和紧固件等进行一次清洗保养，用清水洗净擦干，然后在其表面涂上凡士林油膏。在使用中必须随时拧紧，如发现故障应及时排除。
4、通气孔保持通畅
柴油发电机电池注液气塞的气孔应保持畅通，充电时均应拧开，否则可能因电池内部的气压增高致使胶壳破裂，或胶盖上升。充电完毕后应拧上，以免电液泼出。
5、正确选择容量
选用电池容量的大小，应根据不同的负荷情况，采用原电气设计规格容量的蓄电池，不可随意使用大容量的电池。因为发电机组的充电发电机功率是固定的，输出电流不能随意增大，这不仅使电池所需的充电电流不能满足而导致电池充电不足和极板硫化，还会导致电池的放电容量减小和使用寿命缩短。与此同时，也不可随意使用小容量的电池。这样会导致电池用过大电流放电与充电，而过度放电与充电会使蓄电池受到损害，影响其使用寿命。电池容量过小，还会导致发电机组不能启动。
6、避免频繁启动
用蓄电池启动发电机组时，每次接通启动机的时间不得超过5s，若一次启动不成功，不能连续启动，二次启动的相隔时间至少在15s以上，否则会使蓄电池温升过高而损坏。除此以外，由于冬天电池容量降低，因此启动发动机时，应进行预热。
7、低温防冻措施
蓄电池在寒冷地区使用时，不能使电池完全放电，以免电解液冻结，损坏电池；蓄电池添加纯水时只能在电池充电前夕进行，这样可使水较快地与电解液混合，以防电解液冻结。在寒冷地区使用的蓄电池电解液浓度可增加20％～30％。在炎热地区使用的蓄电池电解液浓度则可降低20％～30％。
8、防止短路措施
为了避免蓄电池发生短路，在使用维护过程中，金属工具以及其他易导电的物件切不可放置在电池盖上。装置或移动蓄电池时不可将电池倾斜，也不要在地面上拖移，以免损伤电池零件或将电解液溅出损坏衣物。
9、闲置保存措施
为避免损坏电池的极柱和导线，不得拉紧电池的连接导线，暂不使用的发电机组，必须把蓄电池电量充足，电解液液面达正常高度，并拆去一根电线，以防漏电。为防止电池极板硫化，每月应进行一次正常充电，每三个月进行一次10h率的全放全充工作。
10、保证电压正常
不能任意调整调节器的工作电压，调节器电压调得过低，会使电池长期处于充电不足状态；调节器电压调得过高，会造成电池过充，使用寿命势必缩短。电压测量方法如图6所示。
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图5 启动蓄电池充电解液液面高度 |
图6 单个电池端电压测量 |
三、储存方法
1、新电池的储存
新电池在不准备使用前，切勿将工作栓打开或把封闭物击破，以防空气进入蓄电池内部而导致极板变质。储存蓄电池的温度以室温5～30℃为宜。储存室的空气应干燥、通风；应不受阳光暴晒，离热源（暖气设备）的距离不得少于2m。不能与碱性蓄电池或其他化学药品同放于一起。不要将铅蓄电池倒置及卧放，不得受任何机械冲击和重压。对于新的铅蓄电池的储存时间，不要超过产品使用说明书的规定。新蓄电池自出厂之日起，至使用时的最长存放期限一般不要超过一年。
2、启用后电池的储存
① 湿法储存
湿法储存主要用于储存时间较短的铅蓄电池，一般储存期不超过六个月。已用过的铅蓄电池，如果一个月左右的时间不用，可用正常充电的方法将电充足后，使电解液的浓度和液面高度调整到规定标准。将注液盖拧紧，用布擦净电池外壳和盖子上的灰尘及酸液，存放在通风干燥的室内，室温在5～30℃为宜。
要储存的蓄电池，必须清除其接线端上的附着物，并严防易导电物件及其他金属器材放在电池盖上而引起短路。如果存放期超过三个月时，为了减小自放电最好将硫酸电解液密度调低至1.100kg/L，至使用时再调高至1.280～1.300kg/L。在储存期间，最好每季度进行一次10h率全充电和全放电。所谓全充电，就是用10h率充电电流值充电，至充足电，全放电就是用10h率放电至终止电压。如果储存期在三个月以内，最好每半月检查一次电池的电压和电解液浓度，若发现有异状时，应进行检查。除此以外，每一个月应对蓄电池进行一次正常充电，这样可避免极板的不可逆硫酸盐化。
② 干法储存
如果启动用铅蓄电池要储存较长时间，可采用干法储存。干法储存时，首先将电池用过量充电的方法使电池充足电，再用10h率进行放电，放至单格电压1.75V为止。倾出电解液，灌入蒸馏水，浸泡3h后把蒸馏水倒出，然后再重新灌入蒸馏水，这样反复冲洗多次，一直到电池内的蒸馏水不含酸液为止，倒尽水分，旋紧加液盖，封闭逸气孔。重新启用时，必须灌入新电解液，经初充电后方可使用。
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