如何保證船用酸性蓄電池的容量

蓄電池是重要的船舶電氣設備之一，它是最可靠的電源設備,現代船舶都離不開它。在正常航行中作為 船舶通信、導航、報警及各種信号裝置的低壓供電電源以及小型船舶的照明和原動機起動電源；在應急狀态 下，作為應急電源向船舶應急照明、應急操縱、應急發 電機的起動、救生艇的柴油機起動、電羅經、水密門及 應急呼救系統供電。蓄電池容量大小直接影響上述供電質量，我國船級社對各類船舶應裝多少容量的蓄電 池有着明确的規定，一般船舶在設計、建造時嚴格按規 範規定的容量配齊所需蓄電池。然而蓄電池的容量與 使用管理有着密切的關系，如果使用不當，則不但會大大降低電池的容量，減少電池壽命，而且還可能會達不 到預定的供電時間和供電電流，造成嚴重的後果。目前 船用蓄電池主要有酸性和堿性兩種，而中小船以酸性 為主。本文根據船上蓄電池使用狀态着重分析一下影響酸性蓄電池容量因素及如何保證其容量。 蓄電池的實際容量取決于極闆活性物質的量及利 用率，利用率又依賴極闆的結構形式、環境溫度、電解 液濃度、放電制度、制造工藝及維護管理等多方面因素c放電制度及維護管理的好壞直接影響蓄電池的容 量匚放電制度是指放電時率、終止電壓、溫度等B維護管 理主要是指日常管理、充電管理、放電管理等。 1影響酸性蓄電池容量的因素 1.1放電時率對電池容量的影響 對于船舶給定時率容量的蓄電池在不同放電時率下放 電，将有不同的容量匚表1給出 10時率的蓄電池在不同時率 放電時容量對照。

按蓄電池的放電原理，蓄 電池在放電時正負極闆上都将形成硫酸鉛；
在負極闆上 Pb - 2e + HjSOLPbSO, + 2H + 在正極闆上 PbO2+2e + H；SO4+2H*fPbSO4+2HQ 然而這一化學反應過程不是瞬間完成的，而是由極闆 外部逐漸進入極闆内部的，在大電流放電情況下，極闆 表面活性物質（正極闆上是PbCh,負極闆上是pb）與電 解液（稀H2SO4）反應，優先生成PbSO4, PbSO4的體積 比PbO2和Pb大，是粗大的結晶體，容易堵塞多孔的 極闆孔口，使電解液不易滲透到極闆内部，極闆深處的 活性物質難以與電解液發生化學反應，這就減少了蓄電池的容量；另外，由于蓄電池存在着内阻，從其電壓 方程式U＝E—IR。 看出蓄電池端電壓 U 是随放電電流 I 的增大而下降， 放電電流越大端電壓下降的越快，到終止電壓的時刻 越早，允許放電時間越短，其容量就越小。 所以放電電 流越大蓄電池容量越小。 圖 1 是放電電流 與容量的規 律曲線 。

溫度對蓄電池的容量影響較大，電解液的溫度升 高，電解質的活動能力增強，容易形成離子狀态，得失 電子就多，電池容量相對就大。電解液溫度下降，一方面引起電解液粘度增大，離子運動受到較大的阻力，擴 散能力降低，向極闆内部補充H2SO4速度減慢，極闆深處活性物質的利用率減少使容量減少；另一方面溫度 降低時，電解液的粘度增大，使電解液的電阻增大，放 電中消耗的内壓降增大，使端電壓下降，放電時間縮 短，容量減小。特别是低溫大電流放電對容量影響就更大。圖2所示為電解液溫度對電池容量的關系曲線° 通常考核船用蓄電池的容量是在25P條件下，以 10小時率電流放電進行檢驗，放電時因溫度變化，可通過下列變換式換算求出匚這裡K取0.008

但是，由于電解液溫度過高會引起極闆和隔闆的 損壞，縮短蓄電池的壽命。因此在實際工作中決不允許 以提高工作溫度來增大電池容量。一般船用蓄電池的電解液溫度不允許超過35C。 1.3電解液濃度對電池容量的影響 蓄電池電化學反應的産生，主要決定在正負極闆 上的活性物質及電解液中可電離H2SO4程度。在體積 一定時，增加電解液的濃度就是增加反應物質，所以在 實際使用的電解液濃度的範圍内，随着濃度的增加，電 池容量也增加，特别是在高時率放電更是如此。 但是電解液濃度增大時，粘度變大，不利于容液的 擴散，同時電池内阻及自放電也增大。另外，當電解液 濃度超過一定數量時，還會加速對極闆、隔闆3腐蝕。所以容量與壽命是一對矛盾，不能為增大電池容量而 加大電解液濃度。一般情況下應避免使用高密度的硫 酸溶液，船用蓄電池硫酸溶液的密度選1.28g/ cm³比 較适宜。 1.4電解液的純度對電池容量的影響 電解液是由一定比例的純硫酸和蒸餾水配制而 成，電解液的純度對蓄電池的容量有很大影響，因為蓄 電池輸入輸出的電能是溶液中電化學反應所緻，有害雜質過多會大大地影響蓄電池的工作性能。一般常見 的金屬和非金屬雜質有鐵、氯、銅、錠、鉀、鹽酸等。如果一 隻電池中鐵的含量達0.5%時，能使電池在充足電的 狀态下一晝夜内容量降為零，而且能使正極闆活性物 質早期疏松脫落，縮短電池壽命。 1.5終止電壓對電池容量的影響 蓄電池的終止電壓是指蓄電池放電終了時所規定 的電壓。根據不同的放電時率，終止電壓也不一樣。一 般小電流放電，終止電壓較高；大電流放電，終止電壓較低。這是因為小電流放電時，蓄電池内部産生的電化 學反應比較均勻，放電接近終了時，正負極闆上的活性 物質大部分已轉變為硫酸鉛（PbSOQ。而硫酸鉛的體 積比原活性物質的體積大，由于活性物質的膨脹會産 生應力，造成極闆彎曲或活性物質脫落，從而影響電池 壽命,所以其終止電壓應取較高值。大電流放電時由于生成的硫酸鉛較少，膨脹産生的應力較小，即使放電到 電壓相當低時，極闆也不會有損壞，所以其終止電壓可 以取較低值。表2是放電率與終止電壓的對照表。 表2 放電率與終止電壓（V）

放電率（h）	10	5	3	1	0.5	0.25
終止電壓	1.79	1.76	1.74	1.68	1.59	1.47

2 船艇上蓄電池不正确的使用狀況 船用蓄電池的好壞，與平時是否正确的使用和管 理有很大的關系。在船上往往由于對蓄電池的重視程 度不夠，加上蓄電池的維護保養比較繁瑣，責任心不強就會人為地造成電池容量減少,縮短蓄電池的壽命。一 般有以下現象： 2 1充電不及時 船上蓄電池一般有許多組，通用蓄電池組一般設 計成二組互為備用，一組放完電後轉至另一組時，沒有 及時給放完電的電池充電。起動蓄電池組一般是針對柴油機的，有專用的，也有合用的。柴油機的起動電流 很大，每次起動完成後，蓄電池的電能損失是由柴油機 随帶充電發電機補充的，但随帶發電機及調節器容易 壞，許多船艇為了省事，都将随帶充電發電機切除，這樣起動柴油機後又不及時給蓄電池充電，容易引起過 量放電。遇到修船或船長期靠碼頭無航行任務時，蓄電 池長時間閑置，不對電池進行正常的定期檢查，使一些 由于自放電而放完電的電池得不到及時充電。 22充電不足 大部分船艇是采用恒壓充電法，這種方法操作簡 單、方便，且充電電流可由大至小自動減少，但它的初 期充電電流大，電解液溫度高，後期充電電流小，電量不易充足。且要達到充電完成的标志（密度、電壓、氣 泡）時間較長，許多人往往隻将蓄電池充至一半（專用 密度計在綠色範圍上）就認為可以用了，這樣使蓄電池 長期在充電不足的狀态下使用，使極闆上的活性物質得不到完全還原,使蓄電池容量降低。 23過量放電 對于電起動的柴油機，主要是靠起動蓄電池組作 為起動能源的，如長時間起動柴油機、或間隙起動過頻 （這種狀态在冬天特别容易出現）、或蓄電池本身電量不足，強行起動柴油機；另外，對于蓄電池的放電管理 不重視，對已經出現放電結束标志的蓄電池還在繼續 使用，這些都容易造成電池過量放電。 2.4其他方面 用純淨水代替蒸餾水使電解液的純度降低。 經常使電解液的液面低于下常值。 加蒸餾水或測量電解液比重時将液體滴落在電池 表面,又不注意清潔，容易引起電池的自放電。 以上幾種使用狀态，會引起蓄電池極闆硫化、活性 物質脫落、故障性自放電等故障，從而導緻蓄電池容量 的減小，壽命的縮短。 3如何保證船用蓄電池的正常容量 蓄電池的實際容量取決于極闆活性物質的量及利 用率，利用率又依賴極闆的結構形式、環境溫度、電解 液濃度、放電制度、制造工藝及維護管理等多方面因素。對于蓄電池的使用者,放電制度及維護管理的好壞 直接影響其容量。放電制度是指放電時率、終止電壓、 溫度等。維護管理主要是指日常管理、充電管理、放電 管理等。 實際工作中如何保證蓄電池的正常容量，當然必 須按操作規程對蓄電池的正常使用和充、放電管理c在 這裡着重提醒注意以下幾個方面： 3.1重視初充電 對于新電池或更換極扳的電池首次充電稱為初充 電。初充電過程是否正确和完善,将直接影響蓄電池的 容量和壽命，這是由于新極闆在制造廠化成時，活性物質的有效成分含量較低，需要靠初充電來提高，使之達 到蓄電池的标稱容量。另外，電解液的配制對于蓄電池 來說也是至關重要的c 一般正常使用的蓄電池，電解液 是不更換的，所以首次加電解液一定要在純度、密度及 溫度上嚴格按要求做。 初充電分二階段電流值進行，具體充電電流及時 間按說明書做，要注意的是：将配制好的電解液灌入電 池内，其液面要高出極闆10~ 15mm,浸漬6~8小時， 讓極闆上的活性物質與電解液充分融合c充電時，電解 液溫度不能太高，當溫度超過40C時，充電電流應減 半。在充電過程中，非不得已不得中途停止，否則容易 造成極闆硫化或出現其它異常現象。 由于蓄電池極闆上的活性物質的有效成分是随着 充、放電進行逐步提高，新的蓄電池隻經過一次充電， 一般不能将極闆上的活性物質有效成分提高到規定的數值，所以當出現充電完成的标志時，還應進行放電鍛 煉c所謂放電鍛煉，就是将充足電的蓄電池，通過一定的負載（如燈泡、變阻器等），以10小時率的電流進行 放電。放電結束後應計算蓄電池放出的容量，如達不到 标稱容量的90%時則必須再進行充電和放電鍛煉，直 至其容量達到90%以上後，再進行一次充電，才可認 為初充電完成。 注意，目前一些蓄電池的商店，在賣蓄電池時也負 責初充電，在買時，一定要檢查其放電容量是否達到标 稱容量的90%以上，如沒有則必須讓商店繼續進行充 電和放電鍛煉，不然剛買回的新電池沒用幾次就壞 了。 3.2定期均衡充電（過充電）和鍛煉循環 為防止電池由于長期間充電不足、或其它原因引 起極闆硫化，可每隔三個月進行均衡充電，以徹底清除 極闆上的硫酸鉛結晶，防止硫化。其方法是在正常補充充電之後，放置一小時後，再用原充電電流以的1/2進 行充電，如此反複進行，直至最後充電裝置一合閘時就 發生強烈氣泡為止。 蓄電池在實際化學反應中不是所有的活性物質都 參加化學反應，那些長期不參加工作的活性物質，就有 收縮硬結的可能，硬結後的活性物質将不再參加化學反應，至使蓄電池的容量下降。為了防止活性物質硬 結，可每隔一定的時間（3個月左右）進行一次充、放電 鍛煉循環，即蓄電池在正常充電（補充充電或預防性過充電）後，立即用10小時率電流進行放電。放電結束 後，再經補充充電即可使用。 3.3避免大電流放電和小電流深度放電 大電流放電和小電流深度放電容易引起極闆硫 化、活性物質脫落，使電池容量下降。一般船用蓄電池 正常放電電流應控制在10小時放電率的電流之内，對 于起動柴油機的電池，每次起動時間不要超過10秒, 連續二次起動間隔要大于15秒，起動次數不要多于3 次。平時應定時檢查蓄電池的電壓、密度及電解液的液 面高度。放電完的電池應及時充電，特别是在寒冷地區 電池應經常保持充足狀态匚 3.4減少自放電 蓄電池的電解液的減少，應及時補充純蒸餾水，不 能用礦泉水，井水、自來水等含雜質的水，不能加硫酸 或電解液。電池表面保持清潔。 3.5 終止電壓選取 在船上作為一般的低壓電源的蓄電池，放電電流 較為穩定，電壓變化不大，如過量放電将會生成過多的 硫酸鉛而損壞極闆，故應取較高的終止電壓。對于柴油機起動蓄電池，它的放電電流較大，電壓變化較大活性 物質轉化為硫酸鉛的量不大，可以選取較低的終止電 壓。 綜上所述，蓄電池容量及壽命與許多因素有關，對 于已經安裝了的蓄電池，主要是操作管理，所以在實際 工作中一定要按設備的操作管理規程執行，以免人為地影響電池。