摘要：铅酸蓄电池分固定式和移动式两种。移动式铅酸蓄电池主要用于车辆和船舶，设计时着重考虑使其体积小、重量轻、耐振动和移动方便；固定式铅酸蓄电池在设计时则可少考虑移动的要求，而着重考虑容量大、寿命长，可制成大容量蓄电池。目前，发电厂中普遍采用固定式铅酸蓄电池，以下试析铅酸蓄电池基本构造及充放电特性等。
关键词：铅酸蓄电池；基本构造；充电；放电；特性
1 铅酸蓄电池基本结构
铅酸蓄电池的主要组成部分为正极板、负极板、电解液和容器。
正极板一般做成玻璃丝管式结构，增大极板与电解液的接触面积，以减小内电阻和增大单位体积的蓄电容量。玻璃丝管内部充填有多孔性的有效物质，通常为铅的氧化物；玻璃丝管可以防止多孔性有效物质的脱落。
负极板为涂膏式结构，即将铅粉用稀硫酸及少量的硫酸钡、松香等调制成糊状混合物，填在铅质或铅合金栅格骨架上。为了增大极板与电解液的接触面积，表面有棱纹凸起。
极板经过特殊处理加工后，正极板的有效物质为褐色的二氧化铅PbO2，负极板的有效物为灰色的铅棉。
为了防止极板之间发生短路，在正、负极板之间用微孔材料隔板隔开。而正、负极板浸没于电解液中，上缘比电解液面低10mm以上。
电解液是由纯硫酸（H2SO4）和蒸馏水配制而成的稀硫酸。电解液密度的高低，影响着蓄电池容量的大小。电解液密度过小，产生的离子少，蓄电池的内阻相应加大，使放电时消耗的电能加大，容量减小。电解液密度愈大，蓄电池容量愈大。但如果电解液密度过高，蓄电池极板受腐蚀和隔离物损坏也就愈快，缩短了蓄电池的寿命。
2 蓄电池的充电特性
蓄电池充电后，正极板恢复为原来的二氧化铅PbO2，负极板恢复为原来的铅棉Pb ，并生成硫酸H2SO4 ，电解液由稀变浓，即其密度将恢复为原来的规定值。
从充电和放电的化学反应式可看出，蓄电池的充电和放电过程是一个可逆的化学变化过程。充电时，电解液变浓，密度增大，放电时，电解液变稀，密度减小。
2.1恒流充电特性
当蓄电池以恒定不变的电流进行连续充电时，充电初期，两极板上立即有硫酸析出，有效物质细孔内的电解液密度骤增，蓄电池电动势很快上升，必须提高外加电压，才能保持恒定的电流充电。充电中期，电动势增加缓慢，而内电阻逐渐减小，故维持恒定电流，只需缓慢提高电压。充电至末期，正、负极板上的硫酸铅已大部分还原为二氧化铅和铅棉。如果继续充电，则使大量的水被电解，在正极板上释出氧气，负极板上释出氢气，吸附在极板表面的气泡使内电阻大大增加。因此为了维持恒定的充电电流，必须急速提高外加电压。
此后如果继续充电，有效物质已全部还原，充电电能将全部用于电解水，析出大量的氢气和氧气，蓄电池的电解液呈现沸腾现象，而电压稳定在新的规定值左右，便算充电完毕。
蓄电池停止充电时，其端电压立即降到规定值左右。以后，随着极板细孔中电解液的扩散、密度逐渐下降，容器中的电解液浓度趋于均匀，蓄电池的电动势将慢慢降到一定值左右的稳定状态。
上述充电过程，如果以较大的电流充电，则极板有效物质的还原速度加快，细孔内电解液密度急剧增大，蓄电池内电压降也增大，而需要的充电时间将缩短。
一定注意，蓄电池的最大容许充电电流不得过大。因充电电流太大时，可能在有效物质还没有全部还原以前，电解液就开始出现沸腾，而被误认为充电已完毕。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆这不仅消耗大量电能，而且会使极板翘曲、有效物质受气泡冲击而脱落，影响蓄电池寿命。同时，没有完全充电的蓄电池，极板易于硫化，生成白色的硫酸铅结晶体不能再还原。
为了减少在蓄电池充电时用于电解水阶段的电能消耗，应在电解液开始冒气泡时就减小充电电流，一般不超过额定充电电流的50％，使蓄电池的充电更充分和合理。
2.2恒压充电与限流恒压充电
恒压充电是蓄电组运行时常用的充电方法，有些蓄电池的初充电也使用这种充电方法。充电开始时电流较大，随着蓄电池电动势的升高，充电电流逐渐减小。这种充电方法用于蓄电池初充电或深放电后再充电时，开始阶段的充电电流将大于合理值，但一般不超过允许值。
限流恒压充电，是对恒压充电的改进，但充电设备较复杂，要求有限流功能。
应当说明，不同型号蓄电池技术参数和充电要求不尽相同，要严格按厂家说明进行充电。
3 蓄电池的放电特性
完全充电的蓄电池，当正、负两极板用外电阻接成通路时，则在其电动势作用下产生放电电流。
铅酸蓄电池在放电时，正、负极板都变成了硫酸铅PbSO4，消耗了电解液中的硫酸H2SO4，同时析出水H2O，使电解液的密度减小。
如果蓄电池以恒定电流进行连续放电，例如以10小时放电电流（经10h将蓄电池容量全部放电完的电流）放电，开始放电时，由于极板表面和有效物质细孔内的电解液密度骤减，使蓄电池电动势减小得很快，因而蓄电池端电压下降很快。在放电中期，极板细孔中生成的水量与从极板外渗入的电解液量，取得了动态平衡，从而使细孔内的电解液密度下降速度大为减慢，故电动势下降缓慢，端电压主要随着内阻的增大而减小。到放电末期，极板上的有效物质大部分已变成硫酸铅，由于硫酸铅的体积较大，在极板表面和细孔中形成的硫酸铅堵塞了细孔，使极板外面的电解液渗入困难，因此在细孔中已稀释的电解液很难和容器中密度较大的电解液相互混合，同时内阻也迅速增大，所以蓄电池的电动势下降很快，于是端电压也迅速下降。
如果继续放电，极板外面的电解液几乎停止渗入有效物质内部，细孔中的电解液也几乎变成了水，因此电动势急剧下降，内电阻迅速增大，于是端电压骤降。但是，如果停止放电，则蓄电池的电动势将会立即上升，并随着容器中的电解液向极板有效物质细孔中渗透，电动势可能回升至规定值。
蓄电池电压急剧下降的临界点，称为蓄电池的放电终止电压。如果继续放电，将在极板表面和有效物质细孔内部形成硫酸铅的晶块，影响蓄电池的使用寿命。如过度放电，极板将发生不可恢复的翘曲，使蓄电池极板报废。
以上所述，是以10h放电电流放电的过程。如果蓄电池以更大的电流放电时，则到达终止电压的时间将缩短。同时，蓄电池放电时的电压的变化与放电电流的大小有关，放电电流愈大，蓄电池的端电压下降愈快。这是因为电解液向极板细孔内渗入的速度受到限制，以及蓄电池内电阻压降随放电电流的增加而增加。所以，以不同的电流放电时，蓄电池的初始电压、平均电压和终止电压均不相同，放电电流愈大，终止电压愈低。
4 结论
铅酸蓄电池在实际运行及维护时，严格按照现场运行规程规定，结合蓄电池充电和放电特性做好蓄电池充放电工作。只有现场工作人员掌握了铅酸蓄电池基本构造及充放电特性等，才能保证铅酸蓄电池长久安全可靠运行。
参考文献
[1]赵公义.浅谈UPS电源及蓄电池选型配置维护保养[J].青海师范大学学报（自然科版）,2014(3):39-42.
[2]文炼红. 600 MW火力发电机组培训教材电气设备及其系统[M]. 长沙理工大学, 2008.
[3]600 MW火力发电机组培训教材电气设备及其系统[M]. 中国电力出版社, 2007.
论文作者:王隽祎1,李字芹2,李字霞3
论文发表刊物:《电力设备》2019年第16期
论文发表时间:2019/12/9
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