邱健TROJAN蓄电池保证船用酸性蓄电池的容量
蓄电池是重要的船舶电气设备之一，它是最可靠的电源设备,现代船舶都离不开它。在正常航行中作为 船舶通信、导航、报警及各种信号装置的低压供电电源以及小型船舶的照明和原动机起动电源；在应急状态 下，作为应急电源向船舶应急照明、应急操纵、应急发 电机的起动、救生艇的柴油机起动、电罗经、水密门及 应急呼救系统供电。蓄电池容量大小直接影响上述供电质量，我国船级社对各类船舶应装多少容量的蓄电 池有着明确的规定，一般船舶在设计、建造时严格按规 范规定的容量配齐所需蓄电池。然而蓄电池的容量与 使用管理有着密切的关系，如果使用不当，则不但会大大降低电池的容量，减少电池寿命，而且还可能会达不 到预定的供电时间和供电电流，造成严重的后果。目前 船用蓄电池主要有酸性和碱性两种，而中小船以酸性 为主。本文根据船上蓄电池使用状态着重分析一下影响酸性蓄电池容量因素及如何保证其容量。蓄电池的实际容量取决于极板活性物质的量及利 用率，利用率又依赖极板的结构形式、环境温度、电解 液浓度、放电制度、制造工艺及维护管理等多方面因素c放电制度及维护管理的好坏直接影响蓄电池的容 量匚放电制度是指放电时率、终止电压、温度等B维护管 理主要是指日常管理、充电管理、放电管理等。对于船舶给定时率容量的蓄电池在不同放电时率下放 电，将有不同的容量匚表1给出 10时率的蓄电池在不同时率 放电时容量对照。
按蓄电池的放电原理，蓄 电池在放电时正负极板上都将形成硫酸铅；
在负极板上 Pb - 2e + HjSOLPbSO, + 2H +在正极板上 PbO2+2e + H；SO4+2H*fPbSO4+2HQ 然而这一化学反应过程不是瞬间完成的，而是由极板 外部逐渐进入极板内部的，在大电流放电情况下，极板 表面活性物质（正极板上是PbCh,负极板上是pb）与电 解液（稀H2SO4）反应，优先生成PbSO4, PbSO4的体积 比PbO2和Pb大，是粗大的结晶体，容易堵塞多孔的 极板孔口，使电解液不易渗透到极板内部，极板深处的 活性物质难以与电解液发生化学反应，这就减少了蓄电池的容量；另外，由于蓄电池存在着内阻，从其电压 方程式U＝E—IR。看出蓄电池端电压U是随放电电流I的增大而下降， 放电电流越大端电压下降的越快，到终止电压的时刻 越早，允许放电时间越短，其容量就越小。所以放电电 流越大蓄电池容量越小。图1是放电电流与容量的规律曲线。
温度对蓄电池的容量影响较大，电解液的温度升 高，电解质的活动能力增强，容易形成离子状态，得失 电子就多，电池容量相对就大。电解液温度下降，一方面引起电解液粘度增大，离子运动受到较大的阻力，扩 散能力降低，向极板内部补充H2SO4速度减慢，极板深处活性物质的利用率减少使容量减少；另一方面温度 降低时，电解液的粘度增大，使电解液的电阻增大，放 电中消耗的内压降增大，使端电压下降，放电时间缩 短，容量减小。特别是低温大电流放电对容量影响就更大。图2所示为电解液温度对电池容量的关系曲线°通常考核船用蓄电池的容量是在25P条件下，以 10小时率电流放电进行检验，放电时因温度变化，可通过下列变换式换算求出匚这里K取0.008
但是，由于电解液温度过高会引起极板和隔板的 损坏，缩短蓄电池的寿命。因此在实际工作中决不允许 以提高工作温度来增大电池容量。一般船用蓄电池的电解液温度不允许超过35C。蓄电池电化学反应的产生，主要决定在正负极板 上的活性物质及电解液中可电离H2SO4程度。在体积 一定时，增加电解液的浓度就是增加反应物质，所以在 实际使用的电解液浓度的范围内，随着浓度的增加，电 池容量也增加，特别是在高时率放电更是如此。但是电解液浓度增大时，粘度变大，不利于容液的 扩散，同时电池内阻及自放电也增大。另外，当电解液 浓度超过一定数量时，还会加速对极板、隔板3腐蚀。所以容量与寿命是一对矛盾，不能为增大电池容量而 加大电解液浓度。一般情况下应避免使用高密度的硫 酸溶液，船用蓄电池硫酸溶液的密度选1.28g/ cm3比 较适宜。电解液是由一定比例的纯硫酸和蒸馏水配制而 成，电解液的纯度对蓄电池的容量有很大影响，因为蓄 电池输入输出的电能是溶液中电化学反应所致，有害杂质过多会大大地影响蓄电池的工作性能。一般常见 的金属和非金属杂质有铁、氯、铜、锭、钾、盐酸等。如果一 只电池中铁的含量达0.5%时，能使电池在充足电的 状态下一昼夜内容量降为零，而且能使正极板活性物 质早期疏松脱落，缩短电池寿命。蓄电池的终止电压是指蓄电池放电终了时所规定 的电压。根据不同的放电时率，终止电压也不一样。一 般小电流放电，终止电压较高；大电流放电，终止电压较低。这是因为小电流放电时，蓄电池内部产生的电化 学反应比较均匀，放电接近终了时，正负极板上的活性 物质大部分已转变为硫酸铅（PbSOQ。而硫酸铅的体 积比原活性物质的体积大，由于活性物质的膨胀会产 生应力，造成极板弯曲或活性物质脱落，从而影响电池 寿命,所以其终止电压应取较高值。大电流放电时由于生成的硫酸铅较少，膨胀产生的应力较小，即使放电到 电压相当低时，极板也不会有损坏，所以其终止电压可 以取较低值。表2是放电率与终止电压的对照表。
船用蓄电池的好坏，与平时是否正确的使用和管 理有很大的关系。在船上往往由于对蓄电池的重视程 度不够，加上蓄电池的维护保养比较繁琐，责任心不强就会人为地造成电池容量减少,缩短蓄电池的寿命。一 般有以下现象：船上蓄电池一般有许多组，通用蓄电池组一般设 计成二组互为备用，一组放完电后转至另一组时，没有 及时给放完电的电池充电。起动蓄电池组一般是针对柴油机的，有专用的，也有合用的。柴油机的起动电流 很大，每次起动完成后，蓄电池的电能损失是由柴油机 随带充电发电机补充的，但随带发电机及调节器容易 坏，许多船艇为了省事，都将随带充电发电机切除，这样起动柴油机后又不及时给蓄电池充电，容易引起过 量放电。遇到修船或船长期靠码头无航行任务时，蓄电 池长时间闲置，不对电池进行正常的定期检查，使一些 由于自放电而放完电的电池得不到及时充电。大部分船艇是采用恒压充电法，这种方法操作简 单、方便，且充电电流可由大至小自动减少，但它的初 期充电电流大，电解液温度高，后期充电电流小，电量不易充足。且要达到充电完成的标志（密度、电压、气 泡）时间较长，许多人往往只将蓄电池充至一半（专用 密度计在绿色范围上）就认为可以用了，这样使蓄电池 长期在充电不足的状态下使用，使极板上的活性物质得不到完全还原,使蓄电池容量降低。对于电起动的柴油机，主要是靠起动蓄电池组作 为起动能源的，如长时间起动柴油机、或间隙起动过频 （这种状态在冬天特别容易出现）、或蓄电池本身电量不足，强行起动柴油机；另外，对于蓄电池的放电管理 不重视，对已经出现放电结束标志的蓄电池还在继续 使用，这些都容易造成电池过量放电。加蒸馏水或测量电解液比重时将液体滴落在电池 表面,又不注意清洁，容易引起电池的自放电。以上几种使用状态，会引起蓄电池极板硫化、活性 物质脱落、故障性自放电等故障，从而导致蓄电池容量 的减小，寿命的缩短。蓄电池的实际容量取决于极板活性物质的量及利 用率，利用率又依赖极板的结构形式、环境温度、电解 液浓度、放电制度、制造工艺及维护管理等多方面因素。对于蓄电池的使用者,放电制度及维护管理的好坏 直接影响其容量。放电制度是指放电时率、终止电压、 温度等。维护管理主要是指日常管理、充电管理、放电 管理等。实际工作中如何保证蓄电池的正常容量，当然必 须按操作规程对蓄电池的正常使用和充、放电管理c在 这里着重提醒注意以下几个方面：对于新电池或更换极扳的电池首次充电称为初充 电。初充电过程是否正确和完善,将直接影响蓄电池的 容量和寿命，这是由于新极板在制造厂化成时，活性物质的有效成分含量较低，需要靠初充电来提高，使之达 到蓄电池的标称容量。另外，电解液的配制对于蓄电池 来说也是至关重要的c 一般正常使用的蓄电池，电解液 是不更换的，所以首次加电解液一定要在纯度、密度及 温度上严格按要求做。初充电分二阶段电流值进行，具体充电电流及时 间按说明书做，要注意的是：将配制好的电解液灌入电 池内，其液面要高出极板10~ 15mm,浸渍6~8小时， 让极板上的活性物质与电解液充分融合c充电时，电解 液温度不能太高，当温度超过40C时，充电电流应减 半。在充电过程中，非不得已不得中途停止，否则容易 造成极板硫化或出现其它异常现象。由于蓄电池极板上的活性物质的有效成分是随着 充、放电进行逐步提高，新的蓄电池只经过一次充电， 一般不能将极板上的活性物质有效成分提高到规定的数值，所以当出现充电完成的标志时，还应进行放电锻 炼c所谓放电锻炼，就是将充足电的蓄电池，通过一定的负载（如灯泡、变阻器等），以10小时率的电流进行 放电。放电结束后应计算蓄电池放出的容量，如达不到 标称容量的90%时则必须再进行充电和放电锻炼，直 至其容量达到90%以上后，再进行一次充电，才可认 为初充电完成。注意，目前一些蓄电池的商店，在卖蓄电池时也负 责初充电，在买时，一定要检查其放电容量是否达到标 称容量的90%以上，如没有则必须让商店继续进行充 电和放电锻炼，不然刚买回的新电池没用几次就坏 了。为防止电池由于长期间充电不足、或其它原因引 起极板硫化，可每隔三个月进行均衡充电，以彻底清除 极板上的硫酸铅结晶，防止硫化。其方法是在正常补充充电之后，放置一小时后，再用原充电电流以的1/2进 行充电，如此反复进行，直至最后充电装置一合闸时就 发生强烈气泡为止。蓄电池在实际化学反应中不是所有的活性物质都 参加化学反应，那些长期不参加工作的活性物质，就有 收缩硬结的可能，硬结后的活性物质将不再参加化学反应，至使蓄电池的容量下降。为了防止活性物质硬 结，可每隔一定的时间（3个月左右）进行一次充、放电 锻炼循环，即蓄电池在正常充电（补充充电或预防性过充电）后，立即用10小时率电流进行放电。放电结束 后，再经补充充电即可使用。大电流放电和小电流深度放电容易引起极板硫 化、活性物质脱落，使电池容量下降。一般船用蓄电池 正常放电电流应控制在10小时放电率的电流之内，对 于起动柴油机的电池，每次起动时间不要超过10秒, 连续二次起动间隔要大于15秒，起动次数不要多于3 次。平时应定时检查蓄电池的电压、密度及电解液的液 面高度。放电完的电池应及时充电，特别是在寒冷地区 电池应经常保持充足状态匚蓄电池的电解液的减少，应及时补充纯蒸馏水，不 能用矿泉水，井水、自来水等含杂质的水，不能加硫酸 或电解液。电池表面保持清洁。在船上作为一般的低压电源的蓄电池，放电电流 较为稳定，电压变化不大，如过量放电将会生成过多的 硫酸铅而损坏极板，故应取较高的终止电压。对于柴油机起动蓄电池，它的放电电流较大，电压变化较大活性 物质转化为硫酸铅的量不大，可以选取较低的终止电 压。综上所述，蓄电池容量及寿命与许多因素有关，对 于已经安装了的蓄电池，主要是操作管理，所以在实际 工作中一定要按设备的操作管理规程执行，以免人为地影响电池。
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