第四章 船用蓄電池

第五章船用蓄電池第一節(jié)概述第二節(jié)蓄電池的充放電第三節(jié)蓄電池的維護(hù)與保養(yǎng)第一節(jié)概述船用蓄電池主要用途有∶1.船舶電網(wǎng)斷電時短時提供必要的應(yīng)急照明；2.向船舶各類自動化裝置、報警裝置提供工作電源或作其備用電源；3.向發(fā)電機(jī)勵磁繞組提供充磁直流電源；4.向船用電話交換機(jī)提供工作電源；5.向船舶通訊、導(dǎo)航設(shè)備提供工作電源；6.用作應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組起動電源。船用蓄電池主要有兩類∶酸性蓄電池與堿性蓄電池

一般船用酸性蓄電池的極板采用鉛銻合金制成的柵格式，柵格中壓入活性物質(zhì)。正極板的活性物質(zhì)是二氧化鉛（PbO2），負(fù)極板的活性物質(zhì)是海綿狀純鉛。為了增大容量，蓄電池的正極板和負(fù)極板都制成好多片，分別并聯(lián)在一起，接成兩組，構(gòu)成蓄電池的正極和負(fù)極。蓄電池的負(fù)極板總比正極板多一塊，每塊正極板夾在兩塊負(fù)極板當(dāng)中，使正極板兩面都起化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生同樣的膨脹和收縮，減少極板彎曲的機(jī)會，從而延長了極板使用壽命。隔板的作用是使蓄電池的正、負(fù)極板互相絕緣，可用木板、硬橡皮、塑料等制成。為了使電解液能自由地流通，隔板的構(gòu)造應(yīng)是多孔的，但是不能使脫落的活性物質(zhì)經(jīng)過隔板而與相鄰極板接觸。鎘鎳蓄電池正極由氧化鎳粉、石墨粉組成，石墨主要是用來增強(qiáng)導(dǎo)電性，不參與化學(xué)反應(yīng)。負(fù)極由氧化鎘粉和氧化鐵粉組成。摻入氧化鐵粉的目的是使氧化鎘粉具有較高的擴(kuò)散性，防止結(jié)塊，并增強(qiáng)極板的容量。正負(fù)極上的這些活性物質(zhì)分別包在穿孔鋼帶中，加壓成型后成為正、負(fù)極板。正、負(fù)極板間是用耐堿的硬橡膠絕緣棍隔開。為了排灌電解液，在蓄電池外蓋上有一注液口，注液口擰以密閉式的氣塞，該氣塞能使蓄電池內(nèi)部氣體排出而防止外部氣體進(jìn)入，并能保證當(dāng)蓄電池短時翻轉(zhuǎn)時不流出電解液。堿性蓄電池由于極板活性物質(zhì)的材料不同，分為鐵鎳蓄電池、鎘鎳蓄電池、銀鋅蓄電池等系列。船上主要使用鎘鎳蓄電池。

單個堿性蓄電池的電壓一般為1.25V。堿性蓄電池具有體積小、機(jī)械強(qiáng)度高、工作電壓平穩(wěn)、使用壽命長等特點(diǎn)，因此在遠(yuǎn)洋船舶上的應(yīng)用日益廣泛。酸性蓄電池的內(nèi)阻小，適合于大電流放電，故當(dāng)需用作柴油機(jī)起動電源時應(yīng)采用酸性蓄電池。蓄電池充、放電、電解液的配制、蓄電池的測量與判斷等正確的維護(hù)、保養(yǎng)和使用是船舶機(jī)艙管理人員的一項重要的工作。酸性蓄電池單電池的電壓約有2V左右

第二節(jié)蓄電池的充放電一、酸性蓄電池的充放電1.酸性蓄電池充放電基本知識(正極)(電解液)(負(fù)極)(正極)(電解液)(負(fù)極)放電充電

PbO2+2H2SO4+PbPbSO4+2H2O+PbSO4酸性蓄電池采用比重為1.285的稀硫酸作為電解液，蓄電池充、放電化學(xué)反應(yīng)方程式為∶從化學(xué)反應(yīng)方程式可以看出，電解液稀硫酸在蓄電池充、放電中參與了化學(xué)反應(yīng)。充電時使右式轉(zhuǎn)化成左式，不僅電壓升高，而且電解液中硫酸的濃度提高，因此電解液的比重上升；放電時使左式轉(zhuǎn)化為右式，不僅電壓降低，由于生成了水，故電解液中硫酸的濃度變小，也即電解液的比重下降。充電時，正極板上的硫酸鉛轉(zhuǎn)變成棕褐色的二氧化鉛，負(fù)極板上的硫酸鉛轉(zhuǎn)變成灰色的絨狀鉛；放電時，正、負(fù)極板上的活性物質(zhì)均吸收硫酸根離子而變成了硫酸鉛。在放電過程中，當(dāng)正負(fù)極板上的活性物質(zhì)都變成了同樣的硫酸鉛后，蓄電池的電壓也就下降到不能再放電了。此時需對蓄電池進(jìn)行充電，使其恢復(fù)成原來的二氧化鉛和絨狀鉛?？梢娝嵝孕铍姵卦诔?、放電過程中電壓、電解液比重都在發(fā)生相應(yīng)的變化，這也就給我們提供了判斷蓄電池何時該充、放電的依據(jù)。通常電解液比重的變化要比電壓的變化來的明顯，所以一般都用比重計來測量充、放電的程度。（負(fù)極）（正極）2H2O+2H2SO42H2SO4+2H2↑+O2↑

于是，在正負(fù)極分別有氧氣（O2）和氫氣（H2）大量逸出，電解液會有大量氣泡翻出，并伴有酸液外濺。當(dāng)看到電解液“沸騰”現(xiàn)象，則應(yīng)立即停止充電。如果正極板已全部轉(zhuǎn)化成PbO2，負(fù)極板全部還原成Pb后，那末繼續(xù)充電將不再發(fā)生上述化學(xué)反應(yīng)，改而成了電解水的反應(yīng)∶通常充電結(jié)束的標(biāo)志是∶電解液的比重上升為1.275～1.31，或單個電池電壓變化∶1.剛充電時電壓即上升至2.1V；2.隨著充電時間的增長，電壓緩緩增至2.3V；3.再充電幾個小時后，電壓升至2.6V左右基本維持不變，說明此時電池已充滿電。蓄電池放完電的標(biāo)志是∶電解液的比重下降至1.13～1.18，或單個電池電壓的變化∶1.剛放電時電壓即降至2.0～1.95V；2.隨著放電時間的增加，電壓緩緩降至1.9V；3.再放電時電壓很快降至1.8～1.7V，說明此時電池已放完電。

⑴.初充電新的或長期庫存的蓄電池，必須經(jīng)過初充電后，才能投入使用。將硫酸緩緩注入蒸餾水中，經(jīng)充分冷卻后再調(diào)整到比重為1.285（35℃時）g/ml，然后注入蓄電池內(nèi)，液面高于隔板約15mm。然后靜置2～3小時，待電解液充分滲透冷卻。再測液面，如低于15mm則應(yīng)補(bǔ)充電解液達(dá)到原有高度。將蓄電池的正負(fù)極板與電源的正負(fù)極對應(yīng)接好，然后按下頁的表所列的電流和時間進(jìn)行初充電。初充電第一階段應(yīng)隨時注意各單格電池的充電情況，當(dāng)各格基本上達(dá)到2.4V后，即改用第二階段電流充電，以后判斷是否充足的方法如前述一樣。初充電過程中應(yīng)注意蓄電池內(nèi)部的溫度，不得超過35℃，否則應(yīng)暫停，待溫度降低后再繼續(xù)進(jìn)行。2.酸性蓄電池充電蓄電池充電分為初充電和經(jīng)常充電兩種。蓄電池的維護(hù)性經(jīng)常充電電流與時間見下頁的表，先以第一階段充電電流充電，約10小時后有氣泡從電池內(nèi)泛起，蓄電池電壓上升至每個電池為2.4V左右，這意味著蓄電池基本上已充足，在電池內(nèi)部正進(jìn)行電解水的反應(yīng)，因此應(yīng)轉(zhuǎn)入第二階段充電。由于第一階段充電電流大，化學(xué)反應(yīng)比較“粗糙”，可能極板深部的物質(zhì)并未全部參與化學(xué)反應(yīng)，故而在第二階段以第一階段充電電流的一半大小的電流進(jìn)行充電，可使極板深部的反應(yīng)比較徹底，約3～5小時后，再調(diào)整電解液的比重，使其達(dá)到1.285左右，然后再用第二階段充電電流繼續(xù)充電1小時，使蓄電池內(nèi)的電解液比重上下均勻一致，充電過程即告結(jié)束。⑵.經(jīng)常充電

起動放電率(30℃)10小時放電率電流(A)時間(h)時間(min)時間(h)時間(h)時間(h)電流(A)電流(A)電流(A)電流(A)電流(A)時間(h)標(biāo)準(zhǔn)放電制初次充電經(jīng)常充電額定電壓額定型號電壓容量第一階段第二階段第一階段第二階段(V)(Ah)3Q56/6Q56565.617042533Q70/6Q70707.021053633Q84/6Q84848.425063843Q98/6Q98

989.829525720410953Q112/6Q1126/121121011.25.5335～8～4～113～563Q126/6Q12612612.6380359305121263Q140/6Q14014014.04201051473Q154/6Q15415415.44601161583Q168/6Q16816816.85051261683Q182/6Q18218218.2545137179二.堿性蓄電池的充放電1.堿性蓄電池充放電基本知識Cd+2KOH+2Ni(OH)3Cd(OH)2+2KOH+2Ni(OH)2放電充電(負(fù)極)(電解液)(正極)(負(fù)極)(電解液)(正極)由化學(xué)反應(yīng)方程式可看出，鎘鎳蓄電池極板的活性物質(zhì)經(jīng)充電后，正極板成為氫氧化鎳[Ni(OH)3]，負(fù)極板成為金屬鎘[Cd]；而放電終止時，正極板轉(zhuǎn)化為氫氧化亞鎳[Ni(OH)2]，負(fù)極板轉(zhuǎn)化為氫氧化鎘[Cd(OH)2]。充放電過程中，電解液雖然參與了化學(xué)反應(yīng)，但只起傳導(dǎo)氫氧根離子[(OH)-1]的作用，故而電解液氫氧化鉀[KOH]的濃度不變，所以堿性蓄電池不能根據(jù)電解液的比重來判斷充放電的程度，只能根據(jù)電壓的變化來判斷充放電的程度。堿性鎘鎳蓄電池采用氫氧化鉀[KOH]作為電解液，蓄電池充、放電化學(xué)反應(yīng)方程式為∶2.堿性蓄電池充放電堿性蓄電池的充電也可分成初充電與經(jīng)常充電兩種。⑴.初次充電⑵.經(jīng)常充電通常充電結(jié)束的標(biāo)志是∶每個蓄電池電壓上升到1.4～1.8V時，且繼續(xù)充電1小時內(nèi)不變。放電終止時的標(biāo)志是∶一般電壓降至1V，當(dāng)大電流放電時可降至0.7V；某些產(chǎn)品規(guī)格可達(dá)0.5V。如果正極板全部轉(zhuǎn)化成[Ni(OH)3]，負(fù)極板全部還原成[Cd]，就不會再發(fā)生上述反應(yīng)了，進(jìn)一步充電也就成了電解水的反應(yīng)，在正負(fù)極分別逸出氧氣與氫氣。所以，看到電解液“沸騰”也應(yīng)立即停止充電。三.充電方法1.恒壓充電法充電過程中充電電壓始終保持不變。這種方法裝置簡單、方法容易。用這種方法剛開始充電時，充電電流大，隨著蓄電池電壓的上升，充電電流逐漸減小，到充電后期電流很小，會使極板深處得不到很好的還原，電能儲藏不足。所以這種方法充電時間較長。（若欲使充電后期電流不致太小，讓極板深處得到充分的還原，則應(yīng)提高充電電壓，這樣剛充電時充電電流將大大超過正常充電電流，容易造成極板彎曲，活性物質(zhì)脫落。）2.恒流充電法充電過程中充電電流始終保持不變。由于充電過程中電池電壓逐漸升高，為保持充電電流不至于減小，充電電源的電壓就必須不斷提高。這種方法由于充電電流大，所以充電時間可以縮短。但在充電后期充電電流仍不變，會造成電解液中的水分解，形成很多氣泡，這不僅損失電能，而且容易使極板上的活性物質(zhì)過量脫落而損壞極板。3.分段恒流充電法充電初期，蓄電池用較大電流充電，當(dāng)蓄電池發(fā)出氣泡，電壓上升到2.4伏左右時(酸性蓄電池)，改用第二階段充電電流充電。這種方法充電較方便，既充電時間較短、電能節(jié)約，又可延長蓄電池使用壽命，因此有條件的船舶大都采用此法。4.浮充電法蓄電池直接和直流電網(wǎng)并聯(lián)，電網(wǎng)向其負(fù)載供電的同時也向蓄電池進(jìn)行充電。當(dāng)外負(fù)荷減小時，電網(wǎng)電壓會略有升高，充電電流就會自動增加；反之，則自動減小。由于這種充電方法充電電流是浮動的，故稱浮充電法。電網(wǎng)一旦因故失電，蓄電池可立即向用戶供電。處于浮充狀態(tài)的蓄電池組因充放電程度不能自行掌握，所以必須另設(shè)一套充電裝置，過一段時間須用另一套充電裝置進(jìn)行一次充足—放光—再充足的保養(yǎng)。目前遠(yuǎn)洋船舶充放電板大多配置的是恒壓充電＋浮充電相結(jié)合的設(shè)施。平時蓄電池處在浮充電狀態(tài)下，一般一年做一次恒壓充電，若船舶電網(wǎng)發(fā)生跳電時間較長，則電網(wǎng)恢復(fù)供電后，應(yīng)及時采用恒壓充電。對于額定容量為195AH（或日本的200AH）蓄電池，恒壓充電電壓一般應(yīng)調(diào)整在28.8V（單個電池電壓為2.4V），充電24小時；浮充電電壓調(diào)整在27.0V（單個電池電壓為2.25V）。5.快速充電法快速充電法就是在2～3（甚至更短）小時內(nèi)將蓄電池充電充滿的方法。即這種方法是用大電流來充電的，因此蓄電池應(yīng)處在冷卻系統(tǒng)下充電，否則溫度升高會導(dǎo)致極板彎曲而損壞。四、電解液的配制五、蓄電池過充電與蓄電池過充蓄電池過充電與蓄電池過充是兩個絕然不同的概念，過充電是修復(fù)蓄電池的一種方法，過充是蓄電池的一種故障現(xiàn)象。蓄電池過充的現(xiàn)象是電解液液面降低太快，常常需添加蒸餾水，在透氣孔有電解液冒出。蓄電池過充會使電解液的溫度過度升高，如不及時降溫會因過熱導(dǎo)致極板彎曲，同時因電解液沸騰使液面降低很快，若不及時添加蒸餾水將會使極、隔板露出液面而損壞極板。蓄電池在使用過程中往往因長期充電不足，過放電或外部短路等原因使極板硫化，從而使充電電壓和電解液的比重都不容易上升。為了使蓄電池良好運(yùn)行，出現(xiàn)下列情況時必須進(jìn)行過充電∶通常對長期擔(dān)負(fù)工作的蓄電池，每月至少進(jìn)行一次過充電。對負(fù)荷較輕的蓄電池，也應(yīng)每2～3個月進(jìn)行一次過充電。酸性蓄電池過充電的方法是在正常充電之后，停止充電1小時，再改用正常充電率的一半電流充電，至冒汽泡后停止1小時后再充，如此反復(fù)進(jìn)行，直到充電裝置剛一合閘蓄電池就發(fā)出強(qiáng)烈汽泡為止。1.蓄電池放電到極限電壓以下；2.放電后，停放1～2晝夜沒有及時充電；3.蓄電池極板抽出過；4.以最大電流放電超限度；5.電解液內(nèi)混有雜質(zhì)；6.個別電池極板硫化，充電時比重不易上升。第三節(jié)蓄電池的維護(hù)與保養(yǎng)一.蓄電池維護(hù)保養(yǎng)要求1.對酸性蓄電池的維護(hù)保養(yǎng)要求

⑴.每七天左右檢查一次電壓、電解液高度及比重，并作好記錄。如低于規(guī)定

值應(yīng)及時補(bǔ)充蒸餾水、進(jìn)行充電，然后清潔表面。

⑵.不經(jīng)常使用的蓄電池，每月至少檢查一次，并進(jìn)行補(bǔ)充電。

⑶.蓄電池表面，每三個月進(jìn)行一次徹底清潔，清潔時先用干凈布擦除接頭處

的氧化物，然后再涂上牛油或凡士林、防止氧化。

2.對堿性蓄電池的維護(hù)保養(yǎng)要求⑴.每十五天檢查一次電壓、電解液比重及高度，并作好記錄。如低于規(guī)定值，應(yīng)及時補(bǔ)充蒸餾水，進(jìn)行充電，然后清潔表面。⑵.每二個月檢查一次蓄電池螺絲塞和透氣橡皮套管，如彈性失效應(yīng)換新。⑶.每六個月要徹底清潔一次蓄電池的外表面，如有銹蝕，應(yīng)用煤油擦光，再涂上一層無酸凡士林。二.蓄電池維護(hù)保養(yǎng)注意事項1.注意保持蓄電池表面清潔，不要有油漬污垢在上面，決不允許在上面放置金屬工具、物品，以防短路損壞蓄電池。2.保持極柱、夾頭和鐵質(zhì)提手等處的清潔，如出現(xiàn)電腐蝕或氧化物等應(yīng)及時擦拭干凈，以保證導(dǎo)電的可靠性。平時應(yīng)將