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第五章船用蓄电池第一节概述第二节蓄电池的充放电第三节蓄电池的维护与保养第一节概述船用蓄电池主要用途有∶1.船舶电网断电时短时提供必要的应急照明；2.向船舶各类自动化装置、报警装置提供工作电源或作其备用电源；3.向发电机励磁绕组提供充磁直流电源；4.向船用电话交换机提供工作电源；5.向船舶通讯、导航设备提供工作电源；6.用作应急柴油发电机组起动电源。船用蓄电池主要有两类∶酸性蓄电池与碱性蓄电池一般船用酸性蓄电池的极板采用铅锑合金制成的栅格式，栅格中压入活性物质。正极板的活性物质是二氧化铅（PbO2），负极板的活性物质是海绵状纯铅。为了增大容量，蓄电池的正极板和负极板都制成好多片，分别并联在一起，接成两组，构成蓄电池的正极和负极。蓄电池的负极板总比正极板多一块，每块正极板夹在两块负极板当中，使正极板两面都起化学反应，产生同样的膨胀和收缩，减少极板弯曲的机会，从而延长了极板使用寿命。隔板的作用是使蓄电池的正、负极板互相绝缘，可用木板、硬橡皮、塑料等制成。为了使电解液能自由地流通，隔板的构造应是多孔的，但是不能使脱落的活性物质经过隔板而与相邻极板接触。镉镍蓄电池正极由氧化镍粉、石墨粉组成，石墨主要是用来增强导电性，不参与化学反应。负极由氧化镉粉和氧化铁粉组成。掺入氧化铁粉的目的是使氧化镉粉具有较高的扩散性，防止结块，并增强极板的容量。正负极上的这些活性物质分别包在穿孔钢带中，加压成型后成为正、负极板。正、负极板间是用耐碱的硬橡胶绝缘棍隔开。为了排灌电解液，在蓄电池外盖上有一注液口，注液口拧以密闭式的气塞，该气塞能使蓄电池内部气体排出而防止外部气体进入，并能保证当蓄电池短时翻转时不流出电解液。碱性蓄电池由于极板活性物质的材料不同，分为铁镍蓄电池、镉镍蓄电池、银锌蓄电池等系列。船上主要使用镉镍蓄电池。单个碱性蓄电池的电压一般为1.25V。碱性蓄电池具有体积小、机械强度高、工作电压平稳、使用寿命长等特点，因此在远洋船舶上的应用日益广泛。酸性蓄电池的内阻小，适合于大电流放电，故当需用作柴油机起动电源时应采用酸性蓄电池。蓄电池充、放电、电解液的配制、蓄电池的测量与判断等正确的维护、保养和使用是船舶机舱管理人员的一项重要的工作。酸性蓄电池单电池的电压约有2V左右第二节蓄电池的充放电一、酸性蓄电池的充放电1.酸性蓄电池充放电基本知识(正极)(电解液)(负极)(正极)(电解液)(负极)放电充电PbO2+2H2SO4+PbPbSO4+2H2O+PbSO4酸性蓄电池采用比重为1.285的稀硫酸作为电解液，蓄电池充、放电化学反应方程式为∶从化学反应方程式可以看出，电解液稀硫酸在蓄电池充、放电中参与了化学反应。充电时使右式转化成左式，不仅电压升高，而且电解液中硫酸的浓度提高，因此电解液的比重上升；放电时使左式转化为右式，不仅电压降低，由于生成了水，故电解液中硫酸的浓度变小，也即电解液的比重下降。充电时，正极板上的硫酸铅转变成棕褐色的二氧化铅，负极板上的硫酸铅转变成灰色的绒状铅；放电时，正、负极板上的活性物质均吸收硫酸根离子而变成了硫酸铅。在放电过程中，当正负极板上的活性物质都变成了同样的硫酸铅后，蓄电池的电压也就下降到不能再放电了。此时需对蓄电池进行充电，使其恢复成原来的二氧化铅和绒状铅。可见酸性蓄电池在充、放电过程中电压、电解液比重都在发生相应的变化，这也就给我们提供了判断蓄电池何时该充、放电的依据。通常电解液比重的变化要比电压的变化来的明显，所以一般都用比重计来测量充、放电的程度。（负极）（正极）2H2O+2H2SO42H2SO4+2H2↑+O2↑于是，在正负极分别有氧气（O2）和氢气（H2）大量逸出，电解液会有大量气泡翻出，并伴有酸液外溅。当看到电解液“沸腾”现象，则应立即停止充电。如果正极板已全部转化成PbO2，负极板全部还原成Pb后，那末继续充电将不再发生上述化学反应，改而成了电解水的反应∶通常充电结束的标志是∶电解液的比重上升为1.275～1.31，或单个电池电压变化∶1.刚充电时电压即上升至2.1V；2.随着充电时间的增长，电压缓缓增至2.3V；3.再充电几个小时后，电压升至2.6V左右基本维持不变，说明此时电池已充满电。蓄电池放完电的标志是∶电解液的比重下降至1.13～1.18，或单个电池电压的变化∶1.刚放电时电压即降至2.0～1.95V；2.随着放电时间的增加，电压缓缓降至1.9V；3.再放电时电压很快降至1.8～1.7V，说明此时电池已放完电。⑴.初充电新的或长期库存的蓄电池，必须经过初充电后，才能投入使用。将硫酸缓缓注入蒸馏水中，经充分冷却后再调整到比重为1.285（35℃时）g/ml，然后注入蓄电池内，液面高于隔板约15mm。然后静置2～3小时，待电解液充分渗透冷却。再测液面，如低于15mm则应补充电解液达到原有高度。将蓄电池的正负极板与电源的正负极对应接好，然后按下页的表所列的电流和时间进行初充电。初充电第一阶段应随时注意各单格电池的充电情况，当各格基本上达到2.4V后，即改用第二阶段电流充电，以后判断是否充足的方法如前述一样。初充电过程中应注意蓄电池内部的温度，不得超过35℃，否则应暂停，待温度降低后再继续进行。2.酸性蓄电池充电蓄电池充电分为初充电和经常充电两种。蓄电池的维护性经常充电电流与时间见下页的表，先以第一阶段充电电流充电，约10小时后有气泡从电池内泛起，蓄电池电压上升至每个电池为2.4V左右，这意味着蓄电池基本上已充足，在电池内部正进行电解水的反应，因此应转入第二阶段充电。由于第一阶段充电电流大，化学反应比较“粗糙”，可能极板深部的物质并未全部参与化学反应，故而在第二阶段以第一阶段充电电流的一半大小的电流进行充电，可使极板深部的反应比较彻底，约3～5小时后，再调整电解液的比重，使其达到1.285左右，然后再用第二阶段充电电流继续充电1小时，使蓄电池内的电解液比重上下均匀一致，充电过程即告结束。⑵.经常充电起动放电率(30℃)10小时放电率电流(A)时间(h)时间(min)时间(h)时间(h)时间(h)电流(A)电流(A)电流(A)电流(A)电流(A)时间(h)标准放电制初次充电经常充电额定电压额定型号电压容量第一阶段第二阶段第一阶段第二阶段(V)(Ah)3Q56/6Q56565.617042533Q70/6Q70707.021053633Q84/6Q84848.425063843Q98/6Q98989.829525720410953Q112/6Q1126/121121011.25.5335～8～4～113～563Q126/6Q12612612.6380359305121263Q140/6Q14014014.04201051473Q154/6Q15415415.44601161583Q168/6Q16816816.85051261683Q182/6Q18218218.2545137179二.碱性蓄电池的充放电1.碱性蓄电池充放电基本知识Cd+2KOH+2Ni(OH)3Cd(OH)2+2KOH+2Ni(OH)2放电充电(负极)(电解液)(正极)(负极)(电解液)(正极)由化学反应方程式可看出，镉镍蓄电池极板的活性物质经充电后，正极板成为氢氧化镍[Ni(OH)3]，负极板成为金属镉[Cd]；而放电终止时，正极板转化为氢氧化亚镍[Ni(OH)2]，负极板转化为氢氧化镉[Cd(OH)2]。充放电过程中，电解液虽然参与了化学反应，但只起传导氢氧根离子[(OH)-1]的作用，故而电解液氢氧化钾[KOH]的浓度不变，所以碱性蓄电池不能根据电解液的比重来判断充放电的程度，只能根据电压的变化来判断充放电的程度。碱性镉镍蓄电池采用氢氧化钾[KOH]作为电解液，蓄电池充、放电化学反应方程式为∶2.碱性蓄电池充放电碱性蓄电池的充电也可分成初充电与经常充电两种。⑴.初次充电⑵.经常充电通常充电结束的标志是∶每个蓄电池电压上升到1.4～1.8V时，且继续充电1小时内不变。放电终止时的标志是∶一般电压降至1V，当大电流放电时可降至0.7V；某些产品规格可达0.5V。如果正极板全部转化成[Ni(OH)3]，负极板全部还原成[Cd]，就不会再发生上述反应了，进一步充电也就成了电解水的反应，在正负极分别逸出氧气与氢气。所以，看到电解液“沸腾”也应立即停止充电。三.充电方法1.恒压充电法充电过程中充电电压始终保持不变。这种方法装置简单、方法容易。用这种方法刚开始充电时，充电电流大，随着蓄电池电压的上升，充电电流逐渐减小，到充电后期电流很小，会使极板深处得不到很好的还原，电能储藏不足。所以这种方法充电时间较长。（若欲使充电后期电流不致太小，让极板深处得到充分的还原，则应提高充电电压，这样刚充电时充电电流将大大超过正常充电电流，容易造成极板弯曲，活性物质脱落。）2.恒流充电法充电过程中充电电流始终保持不变。由于充电过程中电池电压逐渐升高，为保持充电电流不至于减小，充电电源的电压就必须不断提高。这种方法由于充电电流大，所以充电时间可以缩短。但在充电后期充电电流仍不变，会造成电解液中的水分解，形成很多气泡，这不仅损失电能，而且容易使极板上的活性物质过量脱落而损坏极板。3.分段恒流充电法充电初期，蓄电池用较大电流充电，当蓄电池发出气泡，电压上升到2.4伏左右时(酸性蓄电池)，改用第二阶段充电电流充电。这种方法充电较方便，既充电时间较短、电能节约，又可延长蓄电池使用寿命，因此有条件的船舶大都采用此法。4.浮充电法蓄电池直接和直流电网并联，电网向其负载供电的同时也向蓄电池进行充电。当外负荷减小时，电网电压会略有升高，充电电流就会自动增加；反之，则自动减小。由于这种充电方法充电电流是浮动的，故称浮充电法。电网一旦因故失电，蓄电池可立即向用户供电。处于浮充状态的蓄电池组因充放电程度不能自行掌握，所以必须另设一套充电装置，过一段时间须用另一套充电装置进行一次充足—放光—再充足的保养。目前远洋船舶充放电板大多配置的是恒压充电＋浮充电相结合的设施。平时蓄电池处在浮充电状态下，一般一年做一次恒压充电，若船舶电网发生跳电时间较长，则电网恢复供电后，应及时采用恒压充电。对于额定容量为195AH（或日本的200AH）蓄电池，恒压充电电压一般应调整在28.8V（单个电池电压为2.4V），充电24小时；浮充电电压调整在27.0V（单个电池电压为2.25V）。5.快速充电法快速充电法就是在2～3（甚至更短）小时内将蓄电池充电充满的方法。即这种方法是用大电流来充电的，因此蓄电池应处在冷却系统下充电，否则温度升高会导致极板弯曲而损坏。图5-1比重计及吸管543126四、电解液的配制五、蓄电池过充电与蓄电池过充蓄电池过充电与蓄电池过充是两个绝然不同的概念，过充电是修复蓄电池的一种方法，过充是蓄电池的一种故障现象。蓄电池过充的现象是电解液液面降低太快，常常需添加蒸馏水，在透气孔有电解液冒出。蓄电池过充会使电解液的温度过度升高，如不及时降温会因过热导致极板弯曲，同时因电解液沸腾使液面降低很快，若不及时添加蒸馏水将会使极、隔板露出液面而损坏极板。蓄电池在使用过程中往往因长期充电不足，过放电或外部短路等原因使极板硫化，从而使充电电压和电解液的比重都不容易上升。为了使蓄电池良好运行，出现下列情况时必须进行过充电∶通常对长期担负工作的蓄电池，每月至少进行一次过充电。对负荷较轻的蓄电池，也应每2～3个月进行一次过充电。酸性蓄电池过充电的方法是在正常充电之后，停止充电1小时，再改用正常充电率的一半电流充电，至冒汽泡后停止1小时后再充，如此反复进行，直到充电装置刚一合闸蓄电池就发出强烈汽泡为止。1.蓄电池放电到极限电压以下；2.放电后，停放1～2昼夜没有及时充电；3.蓄电池极板抽出过；4.以最大电流放电超限度；5.电解液内混有杂质；6.个别电池极板硫化，充电时比重不易上升。第三节蓄电池的维护与保养一.蓄电池维护保养要求1.对酸性蓄电池的维护保养要求⑴.每七天左右检查一次电压、电解液高度及比重，并作好记录。如低于规定值应及时补充蒸馏水、进行充电，然后清洁表面。⑵.不经常使用的蓄电池，每月至少检查一次，