提高汽車鉛酸蓄電池容量的措施

高麗潔

(長江工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院，武漢　430212)

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提高汽車鉛酸蓄電池容量的措施

高麗潔

(長江工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院，武漢430212)

鉛酸蓄電池的容量代表著蓄電池的供電能力，是影響其使用性能的一個重要指標(biāo),提高鉛酸蓄電池容量意義重大。分析了鉛酸蓄電池容量的影響因素，探討了從蓄電池結(jié)構(gòu)、制作工藝、使用條件和使用環(huán)境等方面提高鉛酸蓄電池容量的有效措施。

鉛酸蓄電池；容量；措施；汽車

汽車上有兩個電源，一個是鉛酸蓄電池，另一個是交流發(fā)電機(jī)。鉛酸蓄電池是汽車的儲能裝置，起動發(fā)動機(jī)時，給起動機(jī)、發(fā)動機(jī)電控系統(tǒng)、儀表等用電設(shè)備供電。汽車行駛中，發(fā)動機(jī)低速運(yùn)轉(zhuǎn)時，發(fā)電機(jī)過載，協(xié)助發(fā)電機(jī)向用電設(shè)備供電。當(dāng)發(fā)電機(jī)端電壓高于蓄電池電壓時，蓄電池將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能儲存起來。蓄電池在工作工程中，只要其電量低于交流發(fā)電機(jī)端電壓就被再次充電，存儲電能，反復(fù)為用電設(shè)備供電。隨著汽車電子化程度不斷升高，汽車上用電設(shè)備不斷增多，對蓄電池的供電能力要求越來越高。蓄電池的容量代表著蓄電池的供電能力，是影響其使用性能的一個重要指標(biāo)。鉛酸蓄電池額定容量是指將充足電的蓄電池，在電解液溫度為25±5℃的條件下，以20h放電率(即放電電流為0.05C20)連續(xù)放電至單體電池平均電壓降到1.75V時，輸出的電量稱為蓄電池的額定容量?？梢娦铍姵氐娜萘渴侵冈谝?guī)定條件(包括放電強(qiáng)度、放電電流及放電終止電壓)下放出的電量多少或放電時間長短，直接關(guān)系到用電設(shè)備工作狀況。

1　影響鉛酸蓄電池容量的因素分析

鉛酸蓄電池的工作過程是不斷地放電、充電過程，是化學(xué)能與電能的相互轉(zhuǎn)化的過程。放電時，正極板上的活性物質(zhì)二氧化鉛與負(fù)極板上的活性物質(zhì)純鉛，在電解液硫酸作用下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成硫酸鉛，沉附在正、負(fù)極板上，在正負(fù)極板之間產(chǎn)生2.1V電位差，為外電路供電。充電時，直流電源并聯(lián)鉛酸蓄電池兩端，在電場力的作用下，正極板上的硫酸鉛還原成二氧化鉛，負(fù)極板上的硫酸鉛還原成純鉛，為下次放電做好準(zhǔn)備。充放電化學(xué)方程式如下：

活性物質(zhì)與電解液發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的狀況是影響蓄電池容量決定性因素，活性物質(zhì)與電解液活性、反應(yīng)數(shù)量的多少等與蓄電池結(jié)構(gòu)、制作工藝、工作環(huán)境和使用條件有關(guān)。蓄電池在長期工作中，如出現(xiàn)充電不足現(xiàn)象，極板上生成的硫酸鉛經(jīng)過多次沉積，形成大顆結(jié)晶顆粒，充電時大顆粒的硫酸鉛晶體不易溶解的，還原出來的活性物質(zhì)總量減少，蓄電池容量下降。蓄電池工作過程中，硫化趨勢不能逆轉(zhuǎn)，但采取適當(dāng)?shù)姆绞?，可以有效減緩蓄電池硫化的速度。

1.1鉛酸蓄電池結(jié)構(gòu)、制作工藝與鉛酸蓄電池容量的關(guān)系

正極板上的活性物質(zhì)二氧化鉛與負(fù)極板上的活性物質(zhì)純鉛分別固結(jié)在正、負(fù)極板柵架上，極板上活性物質(zhì)數(shù)量越多，儲存的電量越多。所以將多片正、負(fù)極板分別并聯(lián)，組成極板組，正、負(fù)極板中間插入隔板。極板片數(shù)、隔板厚度、孔徑大小、孔率高低都會影響鉛酸蓄電池容量。作為化學(xué)反應(yīng)的主要物質(zhì)電解液的密度影響蓄電池容量，密度低，反應(yīng)速度下降，蓄電池容量降低。密度高，黏度大，滲透能力降低，蓄電池容量降低，而且腐蝕柵架，影響蓄電池的使用壽命。電解液的純度對蓄電池的容量影響也很大，若電解液中含有導(dǎo)電雜質(zhì)將會自放電，明顯減小蓄電池的容量。殼體是發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的主要場所，內(nèi)部結(jié)構(gòu)、空間的大小直接影響著鉛酸蓄電池容量。

1.2鉛酸蓄電池工作環(huán)境、使用條件與鉛酸蓄電池容量的關(guān)系

鉛酸蓄電池所處的環(huán)境溫度低，極板表面的孔隙收縮變小，造成電解液向極板孔隙內(nèi)層滲入困難。溫度低，還會造成電解液黏度增加，活性物質(zhì)中的離子運(yùn)動速度減慢，實(shí)際參與反應(yīng)活性物質(zhì)數(shù)量減少，導(dǎo)致蓄電池的電容量下降。鉛酸蓄電池工作時的劇烈顛簸，會造成極板表面固結(jié)的活性物質(zhì)脫落，沉積在蓄電池底部，不僅造成活性物質(zhì)減少，容量下降，沉積在蓄電池底部活性物質(zhì)還會造成極板間短路，造成蓄電池端電壓、容量明顯下降，甚至造成充不進(jìn)去電，而且溫度急劇上升。鉛酸蓄電池供電時，若放電電流過大，化學(xué)反應(yīng)劇烈，短時間內(nèi)生成大量的硫酸鉛迅速堵塞極板表面，電解液無法滲入極板內(nèi)層，致使極板內(nèi)部的活性物質(zhì)不能參加化學(xué)反應(yīng)，造成蓄電池容量減小。鉛酸蓄電池電解液液面過低，造成正負(fù)極板上部與空氣直接接觸，活性物質(zhì)被氧化，生成硫酸鉛大的結(jié)晶顆粒，充電時，不能與水接觸，無法還原成活性物質(zhì)，造成容量下降。鉛酸蓄電池在工作過程中，經(jīng)常過量放電也造成容量下降，原因在于深放電會造成在極板細(xì)小孔隙的內(nèi)層生成硫酸鉛，充電時很難將這部分硫酸鉛還原。電解液純度低，導(dǎo)致蓄電池自行放電，生成的硫酸鉛，再次結(jié)晶，生成大顆大顆的硫酸鉛結(jié)晶體，造成蓄電池容量下降。

2　提高鉛酸蓄電池容量的措施

鉛酸蓄電池極板上的活性物質(zhì)隨著反復(fù)充電、放電會漸漸脫落，不過在額定狀態(tài)工作，活性物質(zhì)脫落的速度是緩慢的。實(shí)踐證明，使用條件、使用環(huán)境是加快活性物質(zhì)的脫落主要原因。再有鉛酸蓄電池活性物質(zhì)利用率僅約35%，蓄電池容量主要受活性物質(zhì)利用率影響，提高活性物質(zhì)利用率即可提高蓄電池容量。

2.1優(yōu)化蓄電池結(jié)構(gòu)、改進(jìn)制作工藝，減少活性物質(zhì)脫落

蓄電池正負(fù)極板上的活性物質(zhì)分別固結(jié)在鉛銻合金制成的柵架上，雖然銻含量不超過6%，但銻的存在，電池中的水消耗量增大，內(nèi)阻增加，而且銻容易從正極板柵架中解析出來，必導(dǎo)致使用壽命的降低。一般采用低銻合金柵架，含銻量為2%～3%。固結(jié)在正、負(fù)極板柵架上的活性物質(zhì)在劇烈反應(yīng)中易脫落，尤其是正極板上活性物質(zhì)較疏松，導(dǎo)致蓄電池容量下降。優(yōu)化隔板結(jié)構(gòu)可以有效減少活性物質(zhì)，比如，美、英等國的鉛酸蓄電池普遍采用袋式聚乙烯隔板，就是將正極板裝在袋內(nèi)，聚乙烯隔板具有較小的孔徑，極薄的基底和極低的內(nèi)阻，不僅減小極板上活性物質(zhì)的脫落，而且有效防止正負(fù)極板短路。而在我國普遍采用吸附式玻璃纖維隔板，孔隙高、比表面積大、抗張強(qiáng)度優(yōu)良和耐化學(xué)腐蝕能力強(qiáng)，有利于活性物質(zhì)與電解液充分反應(yīng)。將正極板夾在負(fù)極板中間構(gòu)成極板組，極板組最外側(cè)的兩片是負(fù)極板，兩側(cè)均勻放電，這兩片負(fù)極板只有一面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，所以一般厚度僅為中間負(fù)極板厚度的一半。在充放電化學(xué)反應(yīng)過程中，負(fù)極板上的活性物質(zhì)純鉛有容積縮小、鈍化的趨勢，降低蓄電池的容量。為了改善純鉛劣勢，需要在負(fù)極活性物質(zhì)中加入硫酸鋇、木質(zhì)素磺酸鹽等添加劑。正極活性物質(zhì)二氧化鉛中加入磷酸鹽、硅化物等添加劑，可以使容量增加10%左右。

2.2正確的使用條件可提高活性物質(zhì)利用率

蓄電池極板的活性物質(zhì)在充、放電的過程中，會有一定量的脫落，有些車主在使用過程中不正確的使用方法會加速活性物質(zhì)脫落，降低活性物質(zhì)利用率，甚至造成的蓄電池早期損壞。

(1)正確的充電方法有效改善活性物質(zhì)的反應(yīng)環(huán)境

蓄電池的充電電流不能過大，過大充電電流會使蓄電池內(nèi)容發(fā)生劇烈的化學(xué)反應(yīng)，電解液的強(qiáng)力沖刷造成活性物質(zhì)大量脫落，一般充電電流取額定容量的1/15。補(bǔ)充充電時間不宜太長，過充電會電解水，大量汽包的涌動也造成活性物質(zhì)脫落，水析出，并且電解液濃度增大。在補(bǔ)充充電的過程中監(jiān)控溫度變化，當(dāng)溫度超過45℃，停止充電，待冷卻后減小充電電流繼續(xù)充電。在行車過程中，發(fā)電機(jī)為蓄電池充電，所以按技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)調(diào)整發(fā)電機(jī)的輸出電壓。用充電機(jī)對蓄電池進(jìn)行補(bǔ)充充電時,采用分段充電方法，虧電的蓄電池電壓低，第一個階段充電電壓調(diào)低一些，充電電流取額定容量的1/15；第二階段的充電電壓適當(dāng)提高，充電電流取額定容量的1/30。

(2)及時充電、定期維護(hù)有效提高活性物質(zhì)還原率

蓄電池不能長時間過放電,否則生成硫酸鉛會形成大的結(jié)晶體，充電時幾乎不可能完全還原成活性物質(zhì)，降低蓄電池的容量。一般放電程度超過25%時，及時補(bǔ)充充電。電解液的密度要隨著溫度變化及時調(diào)整，一般溫度低適當(dāng)增大密度值，溫度高時適當(dāng)減小。冬季蓄電池充足電保存，因為嚴(yán)重虧電的蓄電池，電解液密度低，容易結(jié)冰。蓄電池使用過程中，經(jīng)常觀察電解液液面高度，極板完成浸泡在電解液中，并且高出極板1.5cm左右。

2.3適宜的使用環(huán)境可提高鉛酸蓄電池容量

溫度對鉛酸蓄電池影響是：溫度每下降1攝氏度，相對容量約下降0.8%，鉛酸蓄電池在25℃時使用性能最佳。溫度取決于使用環(huán)境，在寒冷的冬季，給蓄電池穿上保暖套，適當(dāng)提高硫酸溶液的密度，可以提升蓄電池的性能。蓄電池在汽車行駛中會劇烈顛簸，會造成活性物質(zhì)脫落，在蓄電池安裝支架上鋪設(shè)防震墊，用固定支架可靠固定，安裝、拆卸蓄電池時輕拿輕放，減小蓄電池的振動，不要敲打蓄電池殼體。

鉛酸蓄電池是汽車啟動時的唯一電源，放電電流很大，鉛酸蓄電池短時間連續(xù)大電流放電，極板上迅速生成一層白色晶粒的硫酸鉛，阻塞極板孔隙，使電解液滲入極板內(nèi)層困難，導(dǎo)致容量降低，而且劇烈的化學(xué)反應(yīng)，電解液強(qiáng)烈沖刷極板表面，造成正極板活性物質(zhì)大量脫落，致使蓄電池的嚴(yán)重?fù)p傷。所以每次啟動汽車時不得超過5秒，再次啟動間隔15秒以上，若連續(xù)啟動三次汽車仍無法正常啟動，排除故障后再次啟動。嚴(yán)禁蓄電池短路事故發(fā)生。

2.4合理選用充電方法改善蓄電池的性能

新蓄電池第一次充電或者大修后的蓄電池首次充電，稱之為初充電。初次充電對于蓄電池性能的影響至關(guān)重要，一般采取的定流充電。定流充電是指在整個充電的過程中，充電電流始終保持不變，不會出現(xiàn)充電電流過大的情況。初充電采用相對比較小的電流慢充電，有利于還原更多的硫酸鉛，尤其是蓄電池加工過程中形成的極板深處的硫酸鉛。一般做法是將需要初充電的蓄電池，在規(guī)定和氣溫條件下(一般不得超過30℃)，加注一定密度的電解液后，需放置4～6h，使電解液完全浸泡極板，不斷調(diào)整電解液液面高度，使其達(dá)到規(guī)定值。將蓄電池的正、負(fù)極分別與充電機(jī)的正、負(fù)極相連。充電機(jī)的充電電流調(diào)至額定容量的1/15，待電解液中有氣泡冒出、單體電池電壓約達(dá)2.4V時，將充電電流減小一半，直至蓄電池充足電為止。整個充電過程中溫度不能超過45℃，若超過此值，應(yīng)停止充電，待冷卻至35℃以下時再充電。蓄電池使用過程中，要及時檢測蓄電池電壓，當(dāng)電量不足時要及時補(bǔ)充充電。虧電的蓄電池一定存在硫酸鉛，如果不及時將其還原成正極板上的活性物質(zhì)二氧化鉛與負(fù)極板上的活性物質(zhì)純鉛，那么將形成致密的硫酸鉛晶體，很難再將其還原成活性物質(zhì)，造成蓄電池的容量大大降低。

無論是補(bǔ)充充電還是初充電，在時間允許的情況下，盡可能不采用脈沖快速充電方法。因為脈沖快速充電方法，會使電解液劇烈流動，對極板大力沖刷，造成活性物質(zhì)大量脫落，蓄電池容量下降。

[1]宋雷鳴，牟曉卉.淺析影響鉛酸蓄電池使用壽命的主要因素和注意事項[J]. 電源世界, 2009(1).

[2]周建平.汽車電氣設(shè)備構(gòu)造與維修[M]. 北京：人民交通出版社，2005.

[3]Stephen R.Clarke.B- LAB: Changing the game for lead acid 2011 battcon.

[4]馮玉.延長航空鉛酸蓄電池使用壽命的方法研究[J]. 科技信息，2013(9).

On Measures to Improve Capacity of Automobile Lead-acid Battery

GAO Li-jie

(Changjiang Institute of Technology, Wuhan 430212，China)

As an important index that affects the performance of the battery, the capacity of lead-acid battery represents the power supply capacity of the battery, and it is significant to improve the capacity of the lead-acid battery. The influencing factors battery capacity were analyzed and the effective measures to improve the capacity of lead-acid battery were discussed from its structure, manufacturing process, using condition and using environment.

lead-acid battery; capacity; measures; automobile

2016-04-11

高麗潔(1977-)，女，天津人，副教授，碩士，主要從事汽車電氣工程教學(xué)與研究工作。

U463.63+3

A

1673-0496(2016)03-0022-03

10.14079/j.cnki.cn42-1745/tv.2016.03.007