第二节 蓄电池

一、蓄电池的基本原理

铅酸蓄电池的核心部分是极板和电解液，蓄电池通过极板上的活性物质与电解液的电化学反应建立电动势，进行放电和充电过程。

1.蓄电池电动势的建立

蓄电池正极板上的活性物质为二氧化铅（PbO2），负极板上的活性物质为纯铅（Pb），电解液为硫酸的水溶液（H2SO4+H2O）。浸入电解液的极板会有少量的活性物质溶解电离。

正极板处PbO2溶解电离后有四价的铅离子（Pb4+）沉附于正极板：

负极板处Pb溶解后有电子（e）留在负极板：

上述过程是可逆的，对于充足电的蓄电池，当PbO2溶解电离的速率与它的逆过程的速率达到动态平衡时，正极板上就有稳定数量的Pb4+，这使得正极板相对于电解液有+2.0V的电位差；负极板上则是有稳定数量的电子，使得负极板相对于电解液有-0.1V的电位差。于是，充足电的蓄电池在静止状态下的电动势Ej约为2.1V。

可见，铅酸蓄电池是通过极板上的活性物质的溶解电离，使正负极板产生正（Pb4+）负（e）电荷而建立电动势的。

2.蓄电池的放电过程

蓄电池接上负载，在电动势的作用下，负极板上的电子（e）经外电路和负载流向正极板，形成放电电流。正极板上的Pb4+得到2个电子，变成二价铅离子（Pb2+），并溶于电解液。放电电流使得正、负极板上的Pb4+和e数量减少，原有的平衡被破坏，于是，正、负极板上的PbO2、Pb继续溶解电离，以补充消耗掉的Pb4+、e。与此同时，电解液中的Pb2+浓度增加并与SO2-4生成硫酸铅（PbSO4），分别沉附于正、负极板表面，其放电过程如图1-2所示。

放电过程中，正负极板上的活性物质PbO2、Pb逐渐转变为PbSO4，电解液中的H2SO4减少，H2O增加，电解液的密度下降。

理论上，蓄电池的放电过程可一直进行到极板上所有的活性物质都转变为PbSO4为止。实际上，由于放电生成的PbSO4沉附于极板表面，使电解液不能渗入到极板内层，造成极板内层的活性物质不能利用。

3.蓄电池的充电过程

蓄电池正、负极板上有少量PbSO4溶于电解液，呈离子状态。当接上充电电源后，电源的电场力使正极板的电子（e）经充电电路流向负极板，形成充电电流。正极板附近的Pb2+失去2个电子而变为Pb4+，并与电解液中水解出来的OH-结合，生成Pb（OH）4，Pb（OH）4又分解为PbO2和H2O，PbO2沉附于正极板上；负极板附近的Pb2+则得到2个电子变为Pb，沉附于负极板。正负极板附近的SO2-4与电解液中的H+生成H2SO4。充电电流使电解液中的Pb2+、SO42-减少，极板上的PbSO4就会继续溶解电离。充电过程如图1-3所示。

图1-2 蓄电池放电过程示意图

图1-3 蓄电池充电过程示意图

充电过程中，正负极板上的PbSO4逐渐转化为正极板的PbO2和负极板上的Pb，电解液中的H2O减少，H2SO4增加，其密度增大。

当充电接近终了时，充电电流会电解水，使H2O变成O2、H2，并从电解液中逸出。水的电解反应式为

不考虑蓄电池化学反应中间过程，其充、放电时的总反应式如下：

正极板负极板电解液正极板负极板电解液

二、蓄电池的构造

蓄电池的基本构造如图1-4所示。

图1-4 蓄电池的基本构造

1—正极板 2—负极板 3—肋条 4—隔板 5—护板 6—封料 7—负极桩 8—加液口盖 9—联条 10—正极桩 11—极桩衬套 12—蓄电池外壳

1.极板与单格电池

正负极板上的活性物质PbO2和Pb由铅膏（铅粉、稀硫酸及少量添加剂的混合物）填充在用铅锑合金铸成的栅架上，经化成工艺处理而成。在充足电状态下，正极板呈深棕色，负极板呈深灰色。

为了增大蓄电池的容量，将多片正极板和负极板各自用横板焊接并联起来，组成正极板组和负极板组。将正负极板相互嵌合，中间用隔板隔开，并置于存有电解液的容器中，就构成了单格电池。单格电池的标称电压为2V，12V的蓄电池由6个单格电池串联而成。

正极板上的活性物质比较疏松，若单面放电，容易造成极板拱曲而使活性物质脱落。因此，每个单格电池的正极板总比负极板少一片，使每片正极板都置于两片负极板之间，这样就可使正极板两面的放电均匀而不容易拱曲。

2.隔板

为了避免正负极板彼此接触而造成短路，正负极板间用绝缘的隔板隔开。隔板具有多孔性，以便于电解液渗透。此外，隔板材料还应具有良好的耐酸性和抗氧化性。常用的隔板材料有木质、微孔橡胶、微孔塑料（聚氯乙烯、酚醛树脂）、玻璃纤维等，以微孔塑料隔板使用最为普遍。近年来，出现了袋状的微孔塑料隔板，它将正极板紧紧地套在里面，可防止正极板活性物质脱落。

对于有沟槽的隔板，在组装时，隔板的沟槽面应朝向正极板。因为蓄电池在充、放电时，正极板附近的电化学反应比负极板激烈，沟槽有利于电解液上下流通，保持其密度均匀。

3.电解液

电解液可使极板上的活性物质溶解和电离，产生电化学反应。电解液由纯净的硫酸与蒸馏水按一定的比例配制而成。电解液的密度一般为1.24～1.30g/cm3。

4.壳体及其它

蓄电池的壳体用于盛放电解液和极板组，壳内用间壁分成3个或6个互不相通单格，底部有凸棱，用以搁置极板组，而凸棱间的凹槽则可积存从极板上脱落下来的活性物质，以避免沉积的活性物质连接正负极板而造成短路。蓄电池大都用耐酸、耐热、耐振的硬橡胶制成，如今，工程塑料（聚丙烯）已在韧性、强度、耐酸、耐热等方面的性能优于硬橡胶，且可以制成薄壁透明的壳体，且重量轻，便于观察电解液的液面高度，因此，塑料壳体的蓄电池在汽车上也有应用。

蓄电池壳体上盖有两种形式，一种是分体式，即每一个单格上有一小盖，盖与壳体间的缝隙用沥青封料密封（图1-4）；另一种是整体式（图1-5），盖与壳体之间采用热接或胶粘工艺粘合。

单格电池的加液孔盖都有一通气小孔，用于在蓄电池充电时及时排出因电解水而产生的氢气和氧气，以防止气体集聚而使其内部压力升高，造成涨破容器甚至产生爆炸的事故。

铅制的联条用于串联各单格电池。图1-4所示的蓄电池联条露在蓄电池盖表面，这种传统的连接方式联条较长，耗材较多，电阻也较大，因此，已逐渐被穿壁式连接方式（图1-5）所取代。

图1-5 整体式蓄电池上盖示意图

1—容器间壁 2—穿壁式联条 3—蓄电池盖

蓄电池各单格电池串联后，两端单格的正负极桩分别穿出蓄电池盖，形成蓄电池极桩。正极桩标“+”号或涂红色，负极桩标“-”号或涂蓝色、绿色等。

5.蓄电池的型号

按JB 2599—1993《铅酸蓄电池产品型号编制方法》规定，国产蓄电池型号的含义如下：

Ⅰ串联的单格数，用阿拉伯数字表示。如：6表示有6个单格，12V的蓄电池。

Ⅱ蓄电池类型，以蓄电池的主要用途划分，用汉语拼音字母表示。如：Q表示用作起动电源的起动型蓄电池；D表示电动车用蓄电池；M表示摩托车用蓄电池；N表示内燃机车用蓄电池；B表示航标用蓄电池。

蓄电池的特征为附加说明，在同类用途的产品中具有某种特征需要在型号中加以区别时采用。蓄电池的特征也以汉语拼音字母表示（表1-1）。如果产品同时具有两种特征，原则上按表1-1的顺序将两个代号并列标示。

表1-1 铅酸蓄电池特征代号

Ⅲ额定容量，用阿拉伯数字表示，其单位为A·h。

有的蓄电池在额定容量后用一字母表示其特征性能：G表示薄型极板，高起动率；S表示塑料外壳；D表示低温起动性能好。

三、蓄电池的工作特性

1.蓄电池静止电动势

静止电动势Ej是指蓄电池在静止状态下正负极板之间的电位差。静止电动势的大小取决于极板上活性物质溶解电离达到动态平衡时，在极板单位面积上沉附的Pb4+和e的数量，而这受电解液的密度和温度的直接影响。在电解液密度为1.050～1.300g/cm3的范围内，静止电动势Ej与电解液密度及温度的关系可由如下的经验公式表示：

式中ρ25℃——温度为25℃时的电解液密度（g/cm3）；

ρt——实际测得的电解液密度（g/cm3）；

T——实际测得的电解液温度（℃）。

2.蓄电池内阻

蓄电池内阻包括极板电阻、隔板电阻、电解液电阻和联条电阻等。隔板电阻主要取决于隔板的材料、厚度及多孔性，在通常使用的隔板中，微孔塑料隔板的电阻较小。联条的电阻主要与联条的长度有关，穿壁式联条因其短而电阻较小。蓄电池在使用过程中，隔板和联条的电阻不会改变，极板电阻和电解液电阻则会随蓄电池的放电程度、电解液的温度和密度的不同而改变。

极板电阻在充足电状态下最小，随着蓄电池放电程度的增加，覆盖在极板表面的PbSO4相应增多，极板电阻会随之增大。

电解液的电阻与其温度和密度有关。温度低或电解液的密度高，电解液的粘度较大，其渗透能力较低，因而其电阻较大。电解液的密度过高或过低，还会因为H2SO4的离解度降低而增大电阻。当电解液密度为1.208g/cm3（25℃）时，电解液的离解度最高，其粘度也不大，其电阻最小。

3.蓄电池的放电特性

蓄电池的放电特性是指以恒定的电流If放电时，蓄电池端电压Uf、电动势E和电解液密度ρ随放电时间的变化规律。以20h放电率（If=0.05C20）的恒流放电特性如图1-6所示。

图1-6 蓄电池恒流放电特性曲线

放电时，由于蓄电池内阻RO有电压降，因此，蓄电池端电压Uf低于其电动势E，即

Uf=E-IfRO

而E=Ej-ΔE

蓄电池放电时的电化学反应是在极板的孔隙内进行的，蓄电池放电时电动势E下降ΔE的原因是极板孔隙内的密度低于容器中的电解液密度。

从蓄电池的恒流放电特性曲线可知，蓄电池在刚开始放电和放电接近终了时电压迅速下降，而在中间较长的一段时间内Uf下降则比较缓慢。

开始放电时Uf迅速下降是因为放电之初极板孔隙内电解液的H2SO4迅速消耗，其密度随之迅速下降（ΔE迅速上升）。极板孔隙内外的电解液有了H2SO4浓度差后，极板孔隙外的H2SO4会向孔隙内渗透，使孔隙内的电解液密度下降与整个容器的电解液密度的下降趋于一致（ΔE基本稳定），因而Uf下降比较缓慢。放电接近终了时，电化学反应深入到了极板的内层，加之放电后生成的PbSO4使孔隙变得越来越小，电解液渗透困难，造成极板孔隙内的电解液密度迅速下降（ΔE又迅速上升），Uf随之迅速下降。

1.75V是20h放电率的终止电压，若继续放电则为过度放电，端电压会急剧下降。停止放电后，电解液的渗透使孔隙内外的电解液密度趋于一致，蓄电池单格电池电动势会回升至1.95V的静止电动势（ΔE消失）。

铅酸蓄电池过度放电会导致其极板形成粗晶体硫酸铅，在充电时不易还原成活性物质而使蓄电池容量下降，使用寿命缩短。

在恒电流放电时，每单位时间里H2SO4转变为H2O的数量是一定的，因此，电解液的密度ρ呈直线下降。一般电解液密度每下降0.04g/cm3，蓄电池放电大约为额定容量的25%。

从放电特性曲线可知，蓄电池放电终了可由两个参数判断：

1）单格电池电压下降至放电终止电压。

2）电解液密度下降至最小的许可值。

终止电压与放电电流的大小有关，放电电流越大，放电的时间就越短，允许放电的终止电压也越低。放电电流与终止电压的关系见表1-2。

表1-2 放电电流与终止电压的关系

4.蓄电池的充电特性

蓄电池的充电特性是指以恒定的电流IC充电时，蓄电池充电电压UC、电动势E及电解液密度ρ随充电时间变化的规律。以20h充电率（IC=0.05C20）的恒流充电特性如图1-7所示。

图1-7 蓄电池恒流充电特性曲线

充电电源要克服蓄电池内阻电压降，其充电电压UC需高于蓄电池的电动势E，即

UC=E+ICRO

而E=Ej+ΔE

充电时蓄电池电动势E升高ΔE的原因：一是蓄电池充电时极板孔隙内电解液密度高于容器中的电解液密度；二是充电终期负极板附近集聚的H+所引起的附加电位差。

充电开始时，蓄电池的充电电压UC迅速上升是因为孔隙内进行的电化学反应所生成的H2SO4使孔隙内电解液密度迅速上升（ΔE迅速上升）。当极板孔隙内外电解液的H2SO4浓度差产生后，极板孔隙内的H2SO4将向孔隙外扩散，此时，UC随着整个容器内的电解液密度的缓慢增大而逐渐上升（ΔE基本稳定）。当UC上升至2.4V左右时，电解液开始有气泡冒出，这是极板上的PbSO4基本上已被还原成活性物质、充电电流已开始电解水的标志。继续充电，水的电解速度会不断上升，气泡也逐渐增多，使电解液呈“沸腾”状。由于H+在极板上得到电子变成H2的速度较水的电解慢，因而在接近充足电时，负极板附近会集聚越来越多的H+，使负极板与电解液之间产生一个迅速上升的附加电位差（ΔE迅速上升），导致UC迅速上升。附加电位差最高大约为0.33V，因此，充电电压上升至2.7V后就不再升高。

理论上UC达到2.7V时应终止充电，否则将造成过充电。但在实际使用中，往往在充电电压达到最高电压后，继续充电2～3h，以确保蓄电池能完全充足。

铅酸蓄电池过充电所产生的大量气体会在极板孔隙内造成压力，这会加速极板活性物质脱落，导致蓄电池容量下降，使用寿命缩短。

由于是恒定电流充电，蓄电池电解液的密度ρ呈直线上升。

蓄电池充足电的特征如下：

1）蓄电池的端电压上升至最大值（单格电池电压为2.7V），且2h内不再变化。

2）电解液的密度上升至最大值，且2h内基本不变。

3）电解液大量冒气泡，呈现“沸腾”。

四、蓄电池的容量及影响因素

1.蓄电池的容量

蓄电池的容量是指蓄电池在允许放电的范围内所输出的电量。可由下式表示：

式中C——蓄电池的容量（A·h）；

i——放电电流（A）；

t——放电时间（h）。

如果蓄电池是以恒定的电流If放电，则其容量的表达式为

C=Ift

蓄电池的容量表示了蓄电池的供电能力，它与放电电流、温度及电解液的密度等因素有关，因此，标称的蓄电池容量具有一定的标准规范。

（1）额定容量C20根据国标GB/T5008.1—2005《起动用铅酸蓄电池技术条件》规定，C20是指完全充足电的蓄电池，在电解液温度为25℃时，以20h放电率（If=0.05C）连续放电到单格电池电压降至1.75V[即：12V蓄电池端电压下降至（10.50±0.05）V；6V蓄电池下降至（5.25±0.02）V]蓄电池所输出的电量。蓄电池的额定容量是检验新蓄电池质量和衡量旧蓄电池能否继续使用的重要指标。新蓄电池达不到额定容量则为不合格产品，旧蓄电池的实际容量低于其额定容量超过某一限值时则应报废。

（2）储备容量Crn根据国标GB/T5008.1—2005《起动用铅酸蓄电池技术条件》规定，Crn是指完全充足电的蓄电池，在电解液温度为25℃时，以25A电流连续放电到单格电池电压降至1.75V所持续的时间，其单位为min。蓄电池的储备容量表示了在汽车充电系失效时蓄电池尚能持续供电的能力。

在Crn<480min和C20≤200A·h时，储备容量与额定容量有如下换算关系：

2.影响蓄电池容量的因素

蓄电池实际容量的大小取决于在允许放电的范围内，其极板上能参与电化学反应的活性物质的多少，因此影响蓄电池容量的因素主要有如下四个方面。

（1）极板的构造极板的面积大，在允许放电范围内能参与电化学反应的活性物质就多，其容量也就大；普通蓄电池一般只利用了20%～30%的活性物质，因此，采用薄形极板、增加极板的片数及提高活性物质的孔率，均能提高蓄电池的容量。

（2）放电电流放电电流越大，单位时间里所消耗的H2SO4就越多，加之对极板孔隙起阻塞作用的PbSO4产生速率高，造成孔隙内的电解液密度急剧下降，使蓄电池端电压很快下降至终止电压，缩短了允许放电的时间，使得极板孔隙内的一些活性物质未能参加电化学反应，从而导致了蓄电池容量的下降。蓄电池容量与放电电流的关系如图1-8所示。

由于发动机起动时为大电流放电，因此，在起动时应注意，一次起动的时间不应超过5s；连续两次起动应间隔15s以上，使电解液有渗透到极板孔隙内层的时间，以提高极板内层活性物质的利用率和再次起动的端电压，有利于提高蓄电池的容量和起动性能。

图1-8 蓄电池容量与放电电流的关系

（3）电解液的温度 电解液温度低，其粘度大，渗透能力下降，使极板内层的活性物质不能充分利用而造成容量降低。此外，温度越低，电解液的溶解度和电离度也越低，这又加剧了容量的下降。蓄电池容量与温度的关系如图1-9所示。

温度每下降1℃，蓄电池的容量下降约为1%（小电流放电）或2%（大电流放电）。因此，适当地提高蓄电池的温度（但不超过40℃），有利于提高蓄电池容量和起动性能。

（4）电解液的密度 电解液的密度过低时会因为H+、HSO4-离子数量少而导致容量下降；电解液密度过高则又会因为其粘度增大、渗透能力降低、内阻增大、极板容易硫化而导致容量下降。蓄电池容量与电解液密度的关系如图1-10所示。

图1-9 蓄电池容量与温度的关系

图1-10 蓄电池容量与电解液密度的关系

实际使用中，电解液的密度一般为1.26～1.285g/cm3（充足电状态）。模拟起动时的大电流放电试验表明，蓄电池密度偏低时其放电电流大，有效放电时间内输出的容量也大。因此，对于起动型蓄电池，在防止冬季使用时电解液结冰的前提下，尽可能采用偏低密度的电解液，这有利于提高起动性能，并可减小极板硫化和腐蚀，延长蓄电池的使用寿命。

五、蓄电池常见故障及排除

1.极板硫化

所谓极板硫化是指极板上产生了白色、坚硬不容易溶解的粗晶粒PbSO4。在正常充电时，这种粗晶粒的PbSO4不易被还原成活性物质，并且对极板的孔隙有阻塞作用，因此，会造成蓄电池容量下降、内阻增大而使起动性能下降。

（1）故障现象 蓄电池极板硫化后，除了有容量和起动性能明显下降的故障现象外，在充、放电时会有异常现象。比如：放电时蓄电池端电压下降较快；充电时电压上升快，温度升高也快，会过早地出现“沸腾”；电解液的密度则上升较慢且达不到规定的值；极板硫化严重时，还可以通过加液孔看到极板上部有白色的霜状物。

（2）故障原因 造成蓄电池极板硫化的常见原因有如下几种。

1）蓄电池长时间处于亏电状态，致使极板上的PbSO4未能及时还原为活性物质，由于PbSO4的溶解度随温度而变，当温度降低时，电解液中的PbSO4就会过饱和而析出。PbSO4析出时会再结晶，形成粗晶体并沉附在极板的表面，造成极板硫化。

2）电解液的液面过低，使得极板外露而氧化，汽车行驶颠簸时，会使电解液不时地与极板上部已被氧化了的部分接触而使PbSO4再结晶，形成极板硫化。

3）小电流下的长时间过放电，使极板深层的活性物质转变为PbSO4，在汽车运行中，发电机向蓄电池充电不可能使这部分PbSO4复原，久而久之就会变为粗晶体硫酸铅。

此外，电解液密度过高、不纯、环境温度变化很大等，也会使极板容易硫化。

（3）处理措施 在蓄电池极板硫化还不严重时，可以用去硫化充电法消除硫化，极板硫化严重的蓄电池则只能报废。

2.自放电

在未接通外电路时，蓄电池电能自行消耗称之为自放电。蓄电池轻微自放电属于正常现象，但如果每昼夜蓄电池自行放电量大于2%C20，则属于自放电故障。

（1）故障现象 充足电的蓄电池停放几天或几小时后就呈现存电不足。自放电严重的蓄电池，充电时其端电压和电解液密度上升缓慢，用高率放电计测单格电池电压降时，其端电压会迅速下降。

（2）故障原因 导致蓄电池自放电故障的原因主要有如下几种。

1）蓄电池盖表面有油污、尘土、电解液等造成蓄电池正负极桩之间漏电。

2）壳体底部沉积物过多而造成正负极板之间短路。

3）隔板破裂，造成正负极板短路。

4）电解液不纯，含有过多的金属杂质。

（3）处理措施 根据蓄电池自放电故障的各种不同原因，采取相应的方法排除自放电故障。

1）若是因蓄电池盖表面脏污造成自放电故障，清洁蓄电池盖表面，并对已亏电的蓄电池进行补充充电即可重新投入使用。

2）若是因蓄电池容器底部沉积物太多造成的极板短路（充电时电解液往往会呈现褐色），则应倾出全部电解液，并用蒸馏水将壳体内部冲洗干净后重新加注电解液，再将蓄电池充足电。

3）若蓄电池自放电是电解液不纯造成的，则应先将蓄电池全放电或过度放电后将电解液全部倾出，再用蒸馏水冲洗壳体内部，然后加注合格的电解液并将蓄电池充足电。

3.活性物质早期脱落

活性物质早期脱落是指因使用不当而造成蓄电池极板上的活性物质有大量的脱落。

（1）故障现象 充电时电解液会成为混浊褐色溶液，充电电压上升过快，电解液过早出现“沸腾”现象，而其密度达不到规定的最大值；放电时电压下降过快，容量明显不足。

（2）故障原因 蓄电池在使用中造成极板活性物质容易脱落的原因有如下几种。

1）充电电流过大或长时间过充电，使大量的水被电解，产生的气体在极板孔隙内产生压力，造成活性物质脱落。大电流充电还易使电解液温度过高，造成极板变形而使活性物质脱落，而过量的充电，还会使栅架过分氧化，造成活性物质与栅架松散剥离。

2）长时间大电流放电，尤其是低温长时间大电流放电，生成的PbSO4容易形成致密层，在充电时，PbO2将会以树状的晶体生长，这种树状晶体很容易脱落。

3）过度放电，极板上PbSO4太多而使其体积膨胀，对活性物质产生挤压，造成活性物质脱落。

4）蓄电池极板组安装不良而松旷、蓄电池在车上安装不牢固，使极板组颠簸振动加剧，造成活性物质脱落。

5）冬季蓄电池放电后未及时充电，使电解液密度过低而结冰，对极板产生挤压而导致活性物质脱落。

（3）处理措施 活性物质脱落较少时，可以倾出全部电解液，用蒸馏水冲洗后重新加注电解液，充足电后继续使用。如果活性物质脱落过多，则需更换极板组或报废蓄电池。

4.其它故障

除了上述常见的故障外，蓄电池还会出现蓄电池外壳破裂、壳体盖封口胶脱裂、联条断裂、极板断裂或松动等故障，应根据实际情况采取适当的修补措施。

六、蓄电池的使用与维护

1.蓄电池的维护

蓄电池正确地使用与维护可提高蓄电池的容量，并可延长其使用寿命。在日常使用过程中，应注意做好如下维护工作。

（1）定期进行蓄电池的外观检查

1）检查蓄电池安装是否牢固，线夹与极桩的连接是否紧固，并及时清除线夹和极桩上的氧化物。表面涂上凡士林或润滑脂可防止极桩上的线夹氧化。

2）检查蓄电池盖表面是否清洁，应及时清除蓄电池盖表面的灰尘、油污、电解液等脏物。

3）检查加液孔盖通气小孔是否畅通，以防止小孔堵塞而引起蓄电池内部气体集聚而造成压力升高，挤裂壳体甚至产生爆炸事故。

（2）及时检查电解液的液面高度 电解液的液面一般应高出极板10～15mm，液面过低时应及时补充蒸馏水，不能加注电解液，以免导致电解液密度过高。只有在确认是电解液倾出或渗漏而使电解液不足时，才可加注相同密度的电解液。

（3）定期检查蓄电池的放电程度 用测量电解液密度或单格电池电压降的方法检查蓄电池的放电程度。如果放电程度冬季超过25%，夏季超过50%时，就应对蓄电池进行补充充电。

（4）定期对蓄电池进行补充充电 按时间强制性地对蓄电池进行补充充电，以保证蓄电池始终保持充足电状态，避免极板硫化。定期补充充电一般每月一次，城市公共汽车可短些，而长途运输汽车则可更长一些。

2.蓄电池技术状况检查方法

（1）电解液液面的检查 普通蓄电池应使用玻璃管检查各单格电池液面高度，如图1-11所示。采用透明耐酸塑料容器的蓄电池可从蓄电池容器侧面观察液面的高度，为观察方便，一些蓄电池容器侧面有液面高度指示线。有少数蓄电池可以从加液孔检查液面高度。

（2）放电程度的检查 用密度计测量电解液的密度得到蓄电池放电程度的估计值，如图1-12所示。一般密度每下降0.01g/cm3，相当于蓄电池放电6%。为确保测量结果准确，测量电解液密度时应注意：刚进行了大电流放电或刚加注了蒸馏水的蓄电池不可立即测量电解液的密度；在测密度时，还应同时测量电解液的温度，并把实测的密度值换算成25℃时的密度。

图1-11 蓄电池电解液液面高度的检查

1—极板 2—极板防护片 3—容器壁 4—玻璃管

对于分体式容器盖的蓄电池，由于单格电池的极桩外露，还可以用高率放电计通过测量单格电池电压的方法来检验蓄电池的放电程度，并可检验单格电池是否有故障。高率放电计由一块量程为3V的电压表并接一个定值电阻构成，如图1-13所示。

图1-12 蓄电池电解液密度的检查

1—密度计 2—温度计

图1-13 高率放电计

1—放电叉 2—电压表 3—放电电阻

高率放电计测量单格电池电压实际上是模拟起动机空载状态的电流负载来检查蓄电池的放电程度，所测得的单格电池电压与放电程度之间的关系见表1-3。测量时，将放电叉紧压在单格电池的极桩上，时间不超过5s。单格电池的电压在1.5V以上，并在5s内保持稳定，说明此单格电池良好；如果某一单格电池在5s内电压迅速下降或其电压低于其它单格0.1V以上，都说明此单格电池有故障。

表1-3 高率放电计测得的单格电池电压与放电程度关系

3.冬季使用注意事项

冬季气温低，蓄电池的容量降低、内阻增大且电解液有结冰的危险。电解液如果结冰，蓄电池就不能使用，并将导致极板活性物质脱落和容器破裂。因此，在冬季应注意如下事项。

1）适当调高电解液密度，电解液密度与冰点的关系见表1-4。进入冬季，应将电解液的密度调整至在该地区不会结冰的密度。

表1-4 电解液密度与冰点的关系

2）使蓄电池经常保持在充足电状态，因为蓄电池放电后其电解液密度降低，增大了结冰的危险。

3）在充电时加注蒸馏水，这样可使水很快与电解液混合，减少电解液结冰的危险性。

4）寒冷地区冬季在发动机冷起动时，应对蓄电池预热，以便提高蓄电池的容量、降低电阻，使起动容易。

七、蓄电池的充电

1.充电方法

蓄电池有不同的充电方法，在使用中可根据具体情况选择适当的充电方法。

（1）定流充电 定流充电是指充电过程中使充电电流保持不变的充电方法。当单格电池电压上升至2.4V、电解液开始有气泡冒出时，应将电流减半，直到完全充足为止。

采用定流充电，不论6V或12V蓄电池均可串联在一起充电。串联充电的蓄电池如果其容量不一致，应以容量最小的蓄电池选择充电电流（1/15C20～1/10 C20），并且在小容量的蓄电池充足电后，随即将其摘除，其余未充足电的蓄电池则继续充电。

定流充电具有较大的适应性，容易将蓄电池完全充足，有益于延长蓄电池的寿命。其缺点是为使充电电流保持不变，需经常调节充电电压。此外，其充电时间也较长。

（2）定压充电 定压充电是指充电过程中使充电电压保持不变的充电方法。由于充电电压为定值，故充电电流随蓄电池电动势的升高而逐渐减小。

适当的充电电压可使蓄电池在即将充足时其充电电流趋于0。充电电压过高会造成充电初期充电电流过大和过充电；充电电压过低则会使蓄电池充电不足。定压充电一般以每单格电池2.5V确定充电电压，即蓄电池的充电电压应为（14.80±0.05）V（6单格电池）或（7.40±0.05）V（3单格电池）。定压充电时，应注意充电初期最大充电电流，若电流超过了0.3C20（A）则应适当调低充电电压，待蓄电池电动势升高后再将充电电压调整到规定的值。

定压充电的优点是充电时间短、充电过程无需调节电压，较适合于补充充电。缺点是蓄电池不容易完全充足，充电初期的大电流充电对极板会有不利的影响。

（3）脉冲快速充电 定流充电和定压充电均需要很长的时间，为满足使用要求，人们一直在研究快速充电的方法。有实际意义的快速充电不仅要缩短充电时间，并且要避免充电过程中电解液大量析气和温度过高，同时要有较高的充电效率。

1）快速充电的理论基础。快速充电需要研究和解决的关键问题是蓄电池充电可接受电流和充电极化问题。

①充电可接受电流与过充电问题。蓄电池的充电接受能力是指其电解液只产生微量析气的前提下所能够接受的最大充电电流。1967年，美国的麦斯（J.A.Mas）经过大量试验提出了蓄电池充电可接受电流定律：

式中I——在充电过程中某一时刻蓄电池的充电可接受电流；

Io——开始充电时蓄电池的充电可接受电流；

a——充电可接受电流衰减常数。

从充电可接受电流曲线（图1-14）可知，蓄电池在充电过程中，其充电可接受电流呈指数规律下降。在充电的任一时间里，只要充电电流大于当时的可接受电流，就会出现“过充电”的现象。缩短充电时间的有效方法是使充电电流尽可能接近可接受电流。

②充电极化问题。在充电过程中，蓄电池正负极板间电位差会高于其静止电动势（2.1V），这种现象称为极化。蓄电池充电时会有欧姆极化、浓差极化和电化学极化。减小或消除极化，可有效提高充电效率，缩短充电时间。

图1-14 充电可接受电流曲线

欧姆极化：充电电流流经蓄电池内阻造成的电压降，停止充电，欧姆极化即消失。

浓差极化：充电时极板孔隙内的电解液密度高于孔隙外的电解液密度，使得正负极板间电位差增大。停止充电，极板孔隙内外的电解液密度趋于一致时，浓差极化消失。

电化学极化：在充电终期水的电解过程中，H+在负极板处集聚所造成的附加电位差。充电终期的充电电流越大，电化学极化就越显著，最大可达0.33V。

图1-15 脉冲快速充电电流波形

2）脉冲快速充电方法。脉冲快速充电是利用蓄电池充电初期可接受大电流的特点，采用（0.8～1）C20的大电流对蓄电池进行定流充电，使蓄电池在短时间内达到60%左右的容量；当单格电池电压达2.4V，电解液开始冒气泡时，则通过脉冲充电方法消除极化。脉冲快速充电的电流波形如图1-15所示。脉冲充电阶段控制方法是：先停止充电25ms左右，使欧姆极化消失，浓差极化也由于扩散作用而部分消失；接着再反充电，反充电的脉宽一般为150～1000μs，脉幅为1.5～3倍的充电电流，以消除电化学极化的电荷积累和极板孔隙中形成的气体，并进一步消除浓差极化；接着再停止充电25ms后进行正脉冲充电，周而复始。

脉冲充电的优点是可以缩短充电时间（初充电不超过5h，补充充电只需0.5～1.5h），空气污染小，省电。在蓄电池集中、充电频繁或应急部门使用脉冲快速充电，更能发挥其效率。脉冲充电的缺点是不能将蓄电池完全充足，且对蓄电池的寿命有不利影响。

2.充电的种类

蓄电池的充电有多种类型，各种充电通过不同的充电工艺达到不同的充电目的。

（1）初充电 对新蓄电池或修复后的蓄电池使用前的首次充电称为初充电，初充电一般采用定流充电，其充电工艺过程如下。

1）按地区季节配制好适当密度的电解液，并加注到蓄电池容器中。应注意：加注的电解液温度不得超过35℃；加注电解液后，静置3～6h，这期间因电解液渗入极板，液面会有所降低，应补充电解液，使液面高于极板10～15mm。

2）将同时充电的蓄电池串联连接后，接通充电电源，并将电流调整到规定的数值。第一阶段的充电电流为C20/15，充电时间约需25～35h；待电压上升至2.4V，电解液开始有气泡冒出时，将充电电流减半继续充电；当充电至2h内充电电压变化不大于0.05V/h、电解液密度在某一最大值无明显变化，电解液呈现“沸腾”时，充电结束。这一阶段大约需时20～30h。

3）充足电静置2h后，再检测电解液的密度，如密度偏低可添加密度为1.4g/cm3的稀硫酸，如果过高可以添加蒸馏水，将密度调至规定的值。

在充电过程中随时检测电解液的温度，如果温度上升至40℃，应将电流减半。如果温度仍不降低，就应停止充电，待温度降至35℃以下后再继续充电。

（2）补充充电 使用中的蓄电池以恢复其全充电状态所进行的充电称之为补充充电。补充充电可采用定流充电，也可用定压充电。采用定流充电方法其充电过程与初充电的相似，但充电电流可大一些。第一阶段的充电电流为C20/10，充电至单格电池电压达2.4V时电流减半，直至充足。如果采用定压充电，其补充充电工艺过程如下。

1）将需同时充电的蓄电池并联连接并接上充电电源。

2）将电压调至规定的值，观察充电电流，如果电流超过0.3C20 A，应适当降低电压，待蓄电池电动势升高后再将电压调至规定的值。

3）充电终期，当充电电流在连续2h内变化不大于0.1A/h，电解液密度无明显变化时，则认为充电可以结束。

（3）锻炼循环充电 在汽车上，只要发动机开始工作，发电机就可对蓄电池进行充电，这使蓄电池只有一部分活性物质经常参与电化学反应。为防止那些长时间未能参加充放电电化学反应的活性物质收缩，在相隔一段时间（一般为三个月左右）后，对蓄电池进行一次锻炼循环充电。方法是，按正常的充电工艺将蓄电池充足，然后以20h放电率将电放完，再将其充足。

（4）去硫化充电 对极板硫化不严重的蓄电池进行充电，旨在消除极板的硫化，其充电工艺过程如下。

1）倾出蓄电池电解液，并用蒸馏水冲洗两次，然后加注足量的蒸馏水。

2）接通电源，按1/30C20A的电流进行充电，当密度上升至1.15g/cm3时，倾出电解液，加注蒸馏水，再进行充电，如此反复，直至密度不再增大为止。

3）以10h放电率进行放电，当单格电池电压下降到1.7V时，停止放电，然后以初充电电流进行充电，接着再放电、再充电，直到容量达到80%C20为止。

4）将电解液密度调整至规定的值。

（5）预防硫化与均衡充电 预防硫化充电以防止极板产生硫化为目的，均衡充电则主要是为了减少或消除蓄电池单格电池之间容量的差异，其充电方法则均是在蓄电池充足电后，以适当的小电流继续“过充电”一段时间。

3.充电注意事项

为防止充电时出现意外，在蓄电池充电时，应注意如下事项。

1）在室内充电时，室内应有通风设备，应打开加液孔盖，以使气体顺利排出。

2）充电室严禁用明火取暖。

3）充电时应先接好电线，再开电源开关；停止充电时则应先关断充电电源。

4）导线的连接务必可靠，以防突然断开产生电火花而造成火灾或爆炸事故。

5）充电设备不要与被充电蓄电池放置在同一个房间内，以避免从电解液中冒出的“酸气”腐蚀充电设备。

八、改进型铅酸蓄电池

普通的干封铅酸蓄电池在启用时需要通过初充电才能投入使用。改进型铅酸蓄电池在普通蓄电池的基础上，从结构、工艺和材料等方面进行改进，使蓄电池的使用性能得到了提高。

（1）干荷电蓄电池 干荷电蓄电池可在极板组干燥状态下较长时间保持制造中所得的电荷。制造中主要是对负极板采取了能提高活性物质化学稳定性的工艺措施，从而提高了极板的荷电性。

干荷电蓄电池的优点是存放期长，可长达两年。在存放期内启用，只要注入规定密度的电解液至适当的高度，静置20～30min即可投入使用，无需初充电，因而方便了用户和应急使用。对于存放期超过两年的干荷电蓄电池，因极板会有部分氧化，使用前应以补充充电电流充电5～10h。

（2）湿荷电蓄电池 湿荷电蓄电池可在极板呈湿润状态下保持其荷电性。湿荷电蓄电池较之干荷电蓄电池其工艺过程稍有些不同，存放保持荷电的时间也要短一些。

湿荷电蓄电池在存放期（约6个月）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，在加注电解液后立即放电即可放出额定容量的50%。湿荷电蓄电池如果在使用前对其进行补充充电，就可以释放出额定的容量。湿荷电蓄电池适宜于无需长期存放的场合。

（3）胶体蓄电池 胶体蓄电池其电解液呈胶体状。胶体蓄电池是在其电解液中渗入了硅酸溶胶，使得电解液成为胶体状。

胶体蓄电池的优点是电解液不会溅出，在使用、维护、保管和运输过程中设备和人可免受被腐蚀的危险；使用中只需加蒸馏水，无需调整密度；胶状电解液可使极板活性物质不易脱落，可延长蓄电池的使用寿命约20%。胶体蓄电池的缺点是胶体电解质的电阻较大，使蓄电池的内阻增大、容量降低；由于胶体电解质的均匀性相对较差，使极板各部分有差异而形成电位差，因此，自放电相对较大。

（4）免维护蓄电池 免维护蓄电池在其使用寿命期内无需进行日常维护。免维护蓄电池在结构、工艺和材料等方面均进行了改良，通常的措施如下。

1）加液盖通气孔采用安全通气装置，用于阻止水蒸气和硫酸气体排出，以减少电解液的消耗，并可避免气体与外部火花接触而产生爆炸，也减小了极桩的腐蚀。有的免维护蓄电池在通气塞中装有催化剂钯，可帮助水解的氢氧离子结合成水后再回到蓄电池中去，以进一步减少电解液的消耗。

2）采用袋式微孔塑料隔板，将正极板包住，可以免去容器底部的凸肋，从而降低了极板组的高度，使极板上部的容积增大，增加了电解液的储存量。

3）极板栅架采用铅-钙-锡合金或低锑合金，可减少析气量，使电解液中水的消耗降低，并使自放电也大为减少。

免维护蓄电池在汽车合理使用过程中无需添加蒸馏水，蓄电池自放电小，仅为普通蓄电池的1/8～1/6，在使用期内一般无需进行补充充电；极桩腐蚀小或无腐蚀，使用寿命长，内阻小，起动性能好。

目前汽车上所使用的免维护蓄电池还未达到真正的无需维护，因此，在使用一段时间后（一般每年或行驶30000km）应对蓄电池进行一次检查和维护。检测的内容包括电解液的液面高度和密度、蓄电池的静止电动势等。如果液面过低，应补充蒸馏水；电解液密度过低，需对蓄电池进行补充充电。

对于全封闭式免维护蓄电池，由于无加液孔，不能用常规的方法来检查蓄电池电解液的液面和密度，但这种蓄电池一般在其内部装有一个小密度计，从其顶端的检视孔通过观察其颜色来判断蓄电池的技术状况。检视孔的颜色有如下三种情况。

1）绿色，表示蓄电池状况良好，可继续使用。

2）深绿色或黑色，表示电解液密度偏低，应对蓄电池进行补充充电。

3）浅黄色或无色，则表示电解液液面过低，蓄电池已不能继续使用。

免维护蓄电池从20世纪70年代后期进入国际市场以来，发展迅速，使用日趋普遍。随着免维护蓄电池其制造工艺难题的解决和成本的降低，必将取代普通的铅酸蓄电池。