第二节
蓄电池的结构原理及特点

一、蓄电池的工作原理

1.蓄电池的基本组成

铅酸蓄电池的核心部件是正、负极板和电解液。在充足电的状态下，正极板上能通过电化学反应而释放出电量的化学物质是二氧化铅（PbO ₂ ），负极板上的则是纯铅（Pb），PbO ₂ 和Pb均被称为活性物质。铅酸蓄电池的电解液由纯净的硫酸和蒸馏水按一定的比例配制而成。蓄电池的基本组成如图1-5所示。

2.蓄电池的基本工作原理

（1）蓄电池电动势的建立

铅酸蓄电池正负极板上的活性物质在电解液中会有少量溶解电离（图1-6），使得正极板留下4价的铅离子Pb ⁴⁺ （产生正电荷）而电位升高，负极板则留下电子e（产生负电荷）而电位降低。当PbO ₂ 和Pb的溶解电离达到动态平衡时，正负极板上就有稳定数量的正电荷和负电荷，从而在正负极板之间形成电位差，这个电位差就是蓄电池的电动势。

（2）蓄电池的放电过程

当蓄电池正负极桩之间连接负载后，就会在其电位差（电动势）的作用下形成放电电流（图1-6），这时正、负极板上的正、负电荷减少，失去原来的动态平衡，极板上的活性物质就会继续溶解电离，以补充被消耗掉的电荷，使蓄电池的电动势得以保持。放电后，蓄电池极板的活性物质转化成了硫酸铅（PbSO ₄ ），电解液的水分增加，硫酸减少，故而电解液的密度会有所下降。

（3）蓄电池的充电过程

当蓄电池正负极桩之间连接充电电源后，就会形成充电电流（图1-7），在电源力的作用下，使放电后在正负极板上生成的硫酸铅逐渐还原为活性物质二氧化铅和纯铅。充电过程使蓄电池极板的活性物质得以恢复，电解液中的水分减少，硫酸的成分增加，因而电解液的密度会上升。

二、蓄电池的结构与类型

1.蓄电池的总体构造

普通铅酸蓄电池的基本结构如图1-8所示。铅酸蓄电池除了正极板、负极板和电解液外，还有隔板、连条、极桩、壳体等其他附件。

（1）正负极板

1）正极板。正极板上的活性物质是呈棕红色的二氧化铅（PbO ₂ ），PbO ₂ 在电解液中溶解电离后在极板上留下Pb ⁴⁺ ，因而使正极板相对于电解液有正电位。

2）负极板。负极板上的活性物质是呈青灰色的纯铅（Pb），Pb在电解液中溶解电离后在极板上留下一定数量的电子e，因而使负极相对于电解液有负电位。

（2）隔板

正负极板之间有一块绝缘的隔板，隔板的作用是避免正负极板彼此接触而造成短路，并可使电池装配紧密，缩小电池体积，还可防止极板变形、弯曲和活性物质脱落。

隔板具有多孔性，以便于电解液渗透和流通，减小电池的内阻。此外，隔板材料还应具有良好的耐酸性和抗氧化性。常用的隔板材料有木质、微孔橡胶、微孔塑料（聚氯乙烯、酚醛树脂）、玻璃纤维等，以微孔塑料隔板使用最为普遍。有些铅酸蓄电池使用呈袋状的微孔塑料隔板，这种隔板可将正极板紧紧地套在里面，可防止正极板活性物质脱落。

（3）电解液

铅酸蓄电池的电解质是硫酸的水溶液，是铅酸蓄电池的重要组成部分。铅酸蓄电池的正负极板都必须浸在电解液中，电解液可使极板上的活性物质溶解和电离，除承担正、负极间离子导电作用外，还参加电化学反应。

为避免蓄电池内部自放电，对电解液的纯度和密度都有比较严格的要求。铅酸蓄电池的电解液是由纯净的硫酸与蒸馏水按一定的比例配制而成的，电解液的密度一般为1.24～1.30g/cm ³ 。

（4）壳体及其他附件

1）壳体。用于盛放电解液和极板组，壳内用间壁分成多个互不相通的单格，底部呈一个个突棱状。突棱的顶部用以搁置极板组，而两个突棱之间的凹槽可积存极板上脱落下来的活性物质，以避免底部有活性物质及其他的杂物沉积而造成正负极板间的短路。铅酸电池壳体用耐酸、耐热、耐振的硬橡胶制成，而如今的工程塑料（聚丙稀）已在韧性、强度、耐酸、耐热等方面的性能优于硬橡胶，且可以制成壁薄透明的壳体，其重量轻、便于观察电解液的液面高度，因而塑料壳体的铅酸蓄电池已经在汽车上得到了应用。

2）连条。铅酸蓄电池内部有6个单格电池，通过连条将其串联起来，以使蓄电池正、负极桩之间能输出12V电压。图1-8所示的蓄电池连条是在蓄电池盖的表面，这种连条外露的连接方式所用的连条较长，耗材较多、电阻也较大，因此，已经被穿壁式联接方式（图1-9）所取代。

3）极桩。铅酸蓄电池各单格电池串联后，两端单格的正极柱（连接正极板）和负极柱（连接负极板）分别穿出蓄电池盖，形成蓄电池正负极桩。正极桩标“+”号或涂红色，负极桩标“-”号或涂蓝色、绿色等。

4）加液盖。每个单格电池都有一个加液盖，加液盖上都有一通气小孔，用于及时排出在蓄电池充电时因电解水而产生的氢气和氧气，以防止内部因气体集聚而压力升高造成涨破容器，甚至产生爆炸的事故。

2.铅酸蓄电池的极板构成

（1）正负极板的构成

铅酸蓄电池的正负电极通常为板状结构，故而称其为极板。汽车上所用的铅酸蓄电池其正负极板均采用涂膏式，由板栅和活性物质构成。板栅除固定和支撑活性物质外，还起导电作用。板栅一般使用铅锑合金，也有使用纯铅或其他铅合金的。板栅常见的结构形式如图1-10所示，其上部的凸起与横板焊接，用于将多片正极板或负极板并联，以增加蓄电池的容量。在板栅上填充铅膏（铅粉、稀硫酸及少量添加剂的混合物）后，经化成工艺处理即可形成正极板（PbO ₂ ）和负极板（Pb）。

正极活性物质为二氧化铅，负极活性物质为海绵状铅，而在放电状态下正极和负极的物质均为硫酸铅。为使正负极板上内层的活性物质能与电解液接触，以提高正负极板活性物质的利用率，化成后的PbO ₂ 和Pb均较为疏松。正负极板活性物质的疏松程度（孔率高低）会直接影响蓄电池的容量。

（2）极板组的形成

将多片正极板和负极板分别用横板焊接并联，就组成了正极板组和负极板组（图1-11）。由于正极板的活性物质比负极板更为疏松，如果单面放电，则极板容易拱曲从而导致疏松的活性物质脱落。因此，负极板组要比正极板组多一块极板，使正负极板组嵌合组装后，每块正极板的两面都有负极板。工作时，正极板组的每块极板都是两面均匀放电而不容易拱曲。

（3）单格电池的构成

将正负极板组嵌合，并在中间用隔板隔开，置于存有电解液的容器中，就构成了一个单格电池（图1-5）。单格电池的标称电压为2V，因此，一个从正负极桩输出12V电压的蓄电池，需要有6个单格电池串联而成。

3.蓄电池的类型

铅酸蓄电池发展至今已有多种结构类型，其用途也十分广泛。现以不同的分类方法对不同类型的铅酸蓄电池加以概括。

（1）按铅酸蓄电池的用途分类

铅酸蓄电池的主要产品已成系列，按其用途分为起动型、动力型、固定型、铁路客车用、船舶用、摩托车用、航标用及其他用途等8种。

1）起动型蓄电池。此种类型铅酸蓄电池主要应用于各种汽车、拖拉机、柴油机、船舶等的起动及照明等。起动型蓄电池需要在起动时能提供大的起动电流，这就要求其内阻小，正、负极板要薄，通常采用涂膏式极板。

2）动力型蓄电池。此类铅酸蓄电池也被称为动力电池，用作各种电动汽车、叉车、铲车、矿用电机车、码头起重车、电动自行车等的动力牵引及照明电源。动力型铅酸蓄电池的极板较厚，容量较大，持续放电能力强。

3）固定型蓄电池。此类铅酸蓄电池用作发电厂、变电所、电报电话局、大会堂、医院、实验室等通信、开关控制、继电保护等设备的直流电源。固定型铅酸蓄电池的正极板常用管式，电解液较稀，使用寿命较长，通常在浮充状态下使用。

（2）按铅酸蓄电池的极板结构分类

蓄电池的使用与性能要求不同，其极板的结构形式也有不同。按极板的结构不同分类，铅酸蓄电池主要有涂膏式、管式和形成式3种。燃油汽车上使用的起动型铅酸蓄电池均为涂膏式。

（3）按极板荷电状态、电解液和维护情况分类

按蓄电池极板的荷电状态、电解液及维护情况分类，铅酸蓄电池可分为干放电式、干荷电式、湿荷电式、带液充电式、胶体式、免维护式等不同形式。

1）干放电式。干放电式也称干封蓄电池，出厂的蓄电池极板处于干燥的放电状态，放在无电解液的蓄电池槽中。使用时，加入密度适当的电解液后，需要进行较长时间的初充电后方可使用。干放电式铅酸蓄电池的比能量低、维护工作量大、使用寿命短，且需要通过长时间的初充电才能投入使用，因而这种铅酸蓄电池现已很少采用。

2）干荷电式。极板组处于干燥的状态下较长时间保持制造中所得的电荷（充电状态），在放置时间不长（＜2年）的情况下，加入密度适当的电解液，静置20～30min即可投入使用。如果存放时间超过2年，则极板会有部分氧化，需要补充充电后再使用。

干荷电铅酸蓄电池主要是在制造过程中对负极板采取了能提高活性物质化学稳定性的工艺措施，从而提高了极板在干燥状态下长期保持荷电的能力。

3）湿荷电式。极板组呈湿润状态下可较长时间（6个月）保持其制造中所得的电荷。湿荷蓄电池在制造厂充好电后倒出电解液，但蓄电池内还剩少量的电解液，其中大部分被吸收在极板和隔板内。在储存期内，加入适当密度的电解液即可投入使用。

湿荷电铅酸蓄电池在制造中采用的工艺与干荷电蓄电池有所不同，保持荷电能力的储存期也相对短一些。

4）带液充电式。出厂时蓄电池已充足电，且保留着电解液，用户拿到蓄电池后即可投入使用。带液充电式铅酸蓄电池不宜长时间搁置不用，因为出厂时蓄电池就已经处于激活状态，若长时间不用，蓄电池的自放电会使蓄电池转为亏电状态，并最终导致极板硫化而影响其容量和使用寿命。

5）胶体式。胶体蓄电池的电解液呈胶体状，胶体状电解液是通过在电解液中渗入硅酸溶胶形成的，其主要优点是电解液不会溅出，在使用、维护、保管和运输过程中，设备和人可免受被腐蚀的危险；胶状电解液可使极板活性物质不易脱落，可使蓄电池的使用寿命延长约20%。

胶体蓄电池的缺点是胶体电解质的电阻较大（离子导电能力差），使蓄电池的内阻增大、容量降低；由于胶体电解质的均匀性相对较差，其自放电也相对较大。

6）免维护式。提供给用户的蓄电池也是带液充电式，但这种蓄电池可在其规定的使用寿命期间内无需进行日常的维护，而且在长期搁置状态下，自放电极小。

（4）按蓄电池盖结构及通常的习惯分类

按蓄电池盖结构形式以及通常的习惯分类，铅酸蓄电池又可分为分体盖板式、普通整体盖板式、全封闭式、阀控式、铅布式等。

1）分体盖板式。蓄电池的每一个单格上有一小盖，盖与壳体间的缝隙用沥青封料密封。这种连条外露的铅酸蓄电池，连条的耗材较多，电阻也较大。此外，加液盖的通气小孔可自由地排出氧气、氢气及酸气。分体盖板式铅酸蓄电池的不足主要有：

①蓄电池的内阻相对较大，使得蓄电池充放电时的效率有所下降。

②使用中需要经常检查蓄电池电解液的液面高低，当电解液的液面过低（电解液不足）时，需及时补充蒸馏水。这种类型的蓄电池其日常维护较为复杂且工作量较大。

③从加液盖小孔排出的氢气和氧气因通风不良而集聚时，若遇到明火，很容易造成火灾风险。

④蓄电池在搬移和使用过程中，如果加液盖关闭不严，就会有电解液外漏的可能，有对人或其他部件造成腐蚀的风险。

⑤蓄电池在较高的温度下有酸气逸出时，会对周围的物件造成腐蚀。

正因为有上述不足，这种分体盖板式铅酸蓄电池已基本被淘汰。

2）普通整体盖板式（图1-9）。这种蓄电池的盖板通过热粘接或胶粘工艺与壳体粘合，每个单格处仍有一个加液孔，用带通气小孔的加液盖封盖。

这种蓄电池在使用和搁置过程中会有氧气、氢气及酸气从加液盖通气小孔排出，因此，也需要对其进行日常维护。目前，普通整体盖板式铅酸蓄电池在一些载货汽车上还有少量使用。

3）全封闭式。全封闭式免维护铅酸蓄电池盖上无加液孔（图1-12），这种铅酸蓄电池在使用过程中不排氢气和氧气，也不逸出酸气，因而在使用寿命期内无需对其进行日常的检查与维护。由于全封闭式蓄电池无氢气、氧气及酸气的排出，避免了可燃的氢气和氧气与外部火花接触而产生火灾的危险，也减小了极桩被腐蚀的可能性。

4）阀控式。阀控式铅酸蓄电池（Valve Regulated Lead Acid Battery，VRLAB）如图1-13所示。VRLAB在蓄电池盖上设有一个排气阀（安全阀），当其内部气压达到限定值时，阀即可打开，将内部的气体排出，排气后则会自动关闭，可防止空气进入。

VRLAB为安全阀式密封结构，不漏酸、不排酸雾，减少了氢气和氧气的逸散，在使用过程中无需检查和补充电解液，故也是一种免维护蓄电池，在电动汽车上得到了应用。

5）铅布式。铅布式铅酸蓄电池（图1-14）也是一种阀控蓄电池，其正负极板和隔板采用卧式层叠组合，极板用高强度玻璃纤维和铅丝编织成的网状“铅布”作为基体，在铅布上涂PbO ₂ 和Pb，构成“双层格网板”，用作电池的正极和负极。

铅布式铅酸蓄电池的比能量、比功率、使用寿命和快速充电性能等均优于普通铅酸蓄电池。由于铅布式蓄电池也是采用阀控密封式结构，蓄电池在使用过程中不排氢气、氧气及酸气，故而也无需进行日常维护。铅布式铅酸蓄电池通常被用作动力电池，在电动汽车上得到了应用。

4.蓄电池的型号

工业和信息化部颁发的JB/T 2599—2012《铅酸蓄电池名称、型号编制与命名办法》规定，蓄电池型号由以下几部分组成：

1）串联单格电池数。型号的首位是一个阿拉伯数字，用于表示蓄电池单格电池数。例如，6表示蓄电池有6个单格电池，其电压为12V。

2）蓄电池类型。以蓄电池的主要用途划分，用汉语拼音字母表示。例如，Q表示该蓄电池用作起动电源，为起动型蓄电池；D表示电动车用蓄电池；M表示摩托车用蓄电池；N表示内燃机车用蓄电池；B表示航标用蓄电池。

3）蓄电池特征。蓄电池特征为附加说明，蓄电池在同类用途的产品中具有某种特征需要加以区别时采用。蓄电池的特征也以汉语拼音字母表示，各字母表示的蓄电池特征见表1-1。如果产品同时具有两种特征，那么原则上按表1-1的顺序将两个代号并列标示。

4）蓄电池容量。2位或3位阿拉伯数字，表示蓄电池的容量，其单位是A·h。

有的蓄电池在表示额定容量的阿拉伯数字后还会用一个字母表示其特征性能：G表示薄型极板，高起动率；S表示塑料外壳；D表示低温起动性能好。

三、蓄电池的工作特性

1.蓄电池静止电动势

静止电动势 E _j 是指蓄电池在静止（不充电也不放电）状态下正负极板之间的电位差。静止电动势的大小取决于极板上活性物质溶解电离达到动态平衡时，在极板单位面积上沉附的Pb ⁴⁺ 和e的数量，而这受电解液密度和温度的直接影响。在电解液密度为1.050～1.300g/cm ³ 范围内时，静止电动势 E _j 与电解液密度及温度的关系可由如下的经验公式表示

E _j =0.84+ r _25℃

r _25℃ = r _t +0.00075（ T -25）

式中 r _25℃ ——温度为25℃时的电解液密度（g/cm ³ ）；

r _t ——实际测得的电解液密度（g/cm ³ ）；

T ——实际测得的电解液温度（℃）。

可见，充足电的蓄电池，电解液的密度高，其静止电动势也相对较高。

2.蓄电池内阻

蓄电池内阻包括极板电阻、隔板电阻、电解液电阻和连条电阻等。隔板电阻主要取决于隔板的材料、厚度及多孔性。在通常使用的几种隔板中，微孔塑料隔板的电阻较小。连条的电阻主要与连条的长度有关，穿壁式连条因其长度较短而电阻较小。蓄电池在使用过程中，隔板和连条的电阻不会改变，极板电阻和电解液电阻则会随蓄电池的放电程度、电解液的温度和密度的不同而改变。

1）极板的电阻。在充足电的状态下，极板的电阻最小，随着蓄电池放电程度的增加，覆盖在极板表面的PbSO ₄ 相应增多，极板电阻会随之增大。

2）电解液的电阻。电解液的电阻与其温度和密度有关。温度低或电解液的密度高，电解液的黏度较大，其渗透能力较低，因而其电阻较大。电解液的密度过高或过低，都会因H ₂ SO ₄ 的离解度降低而增大电阻。当电解液密度为1.208g/cm ³ （25℃）时，电解液的离解度最高，其黏度也不大，此时的电阻是最小的。

3.蓄电池的放电特性

蓄电池的放电特性是指以恒定的电流 I _f 放电时，蓄电池端电压 U _f 、电动势 E 和电解液密度 r 随放电时间的变化规律。以20h放电率（ I _f =0.05 C ₂₀ ）的恒流放电特性曲线如图1-15所示。

放电时，由于蓄电池内阻 R _O 有电压降，因此，蓄电池端电压 U _f 低于其电动势 E ，即

U _f = E-I _f R _O

E = E _j -Δ E

蓄电池放电时的电化学反应是在极板的孔隙内进行的，蓄电池放电时，电动势 E 下降Δ E 的原因是极板孔隙内的密度低于整个容器中的电解液密度。

从蓄电池的恒流放电特性曲线可知，蓄电池在刚开始放电和放电接近终止时，电压迅速下降；而在中间较长的一段时间内， U _f 下降则比较缓慢。

开始放电时， U _f 迅速下降是因为放电之初极板孔隙内电解液的H ₂ SO ₄ 迅速消耗，其密度随之迅速下降（Δ E 迅速上升）所致。极板孔隙内外的电解液产生了H ₂ SO ₄ 浓度差后，极板孔隙外的H ₂ SO ₄ 会向孔隙内渗透，使孔隙内的电解液密度下降与整个容器的电解液密度下降趋于一致（Δ E 基本稳定），因而 U _f 下降比较缓慢。放电接近终止时，电化学反应已经深入极板的内层，加之放电后生成的PbSO ₄ 使孔隙变得越来越小，电解液渗透困难，造成极板孔隙内的电解液密度迅速下降（Δ E 又迅速上升），从而导致了 U _f 迅速下降。

1.75V是20h放电率的终止电压，若继续放电则为过度放电，端电压会急剧下降。停止放电后，电解液会向极板内层渗透，使孔隙内外的电解液密度趋于一致，蓄电池单格电池电动势会回升至1.95V的静止电动势（Δ E 消失）。

在恒电流放电时，每单位时间里H ₂ SO ₄ 转变为H ₂ O的数量是一定的，因此，电解液的密度 r 呈直线下降。一般电解液的密度每下降0.04g/cm ³ ，蓄电池放电大约为额定容量的25%。

从放电特性曲线可知，蓄电池放电终止可由两个参数判断：

1）单格电池电压下降至放电终止电压。

2）电解液密度下降至最小的许可值。

终止电压与放电电流的大小有关，放电电流越大，放电的时间就越短，允许放电的终止电压也越低。放电电流与终止电压的关系见表1-2。

4.蓄电池的充电特性

蓄电池的充电特性是指以恒定的电流 I _C 充电时，蓄电池充电电压 U _C 、电动势 E 及电解液密度 r 随充电时间变化的规律。以20h充电率（ I _C =0.05 C ₂₀ ）的恒流充电特性曲线如图1-16所示。

充电电源要克服蓄电池内阻电压降，其充电电压 U _C 需高于蓄电池的电动势 E ，即

U _C = E + I _C R _O

E = E _j +Δ E

充电时蓄电池电动势 E 升高Δ E 的原因：一是蓄电池充电时极板孔隙内电解液密度高于容器中的电解液密度；二是充电终期负极板附近集聚的H ⁺ 所引起的附加电位差。

充电开始时，蓄电池的充电电压 U _C 迅速上升是因为孔隙内进行的电化学反应所生成的H ₂ SO ₄ 使孔隙内电解液密度迅速上升（Δ E 迅速上升）所至。当极板孔隙内外电解液的H ₂ SO ₄ 浓度差产生后，极板孔隙内的H ₂ SO ₄ 将向孔隙外扩散，此时， U _C 是随着整个容器内的电解液密度的缓慢增大而逐渐上升（Δ E 基本稳定）。当 U _C 上升至2.4V左右时，电解液开始有气泡冒出，这是极板上的PbSO ₄ 基本上已被还原成活性物质、充电电流已开始电解水的标志。继续充电，水的电解速度会不断上升，气泡也逐渐增多，使电解液呈“沸腾”状。由于H ⁺ 在极板上得到电子变成H ₂ 的速度较水的电解慢，因而在接近充足电时，负极板附近会集聚越来越多的H ⁺ ，使负极板与电解液之间产生一个迅速上升的附加电位差（Δ E 迅速上升），从而导致了 U _C 迅速上升。附加电位差最高大约为0.33V，因此，充电电压上升至2.7V后就不再升高。

理论上 U _C 达到2.7V时应终止充电，否则将造成过充电。但在实际使用中，往往在充电电压达到最高电压后继续充电2～3h，以确保蓄电池能完全充足。

由于是恒定电流充电，蓄电池电解液的密度 r 呈直线上升。

蓄电池充足电的特征是：

1）蓄电池的端电压上升至最大值（单格电池电压为2.7V），且2h内不再变化。

2）电解液的密度上升至最大值，且2h内基本不变。

3）电解液大量冒气泡，呈现“沸腾”状。

四、蓄电池的容量及影响因素

1.蓄电池的容量

（1）蓄电池容量的定义

蓄电池的容量是指蓄电池在允许放电的范围内所输出的电量，可表示为

式中 C ——蓄电池的容量（A·h）；

i ——放电电流（A）；

t ——放电时间（h）。

如果蓄电池是以恒定的电流 I _f 放电，则其容量的表达式为

C = I _f t

蓄电池的容量表示了蓄电池的供电能力，它与放电电流、温度及电解液的密度等因素有关，因此，标称的蓄电池容量具有一定的标准规范。

（2）额定容量 C ₂₀

根据GB/T 5008.1—2013《起动用铅酸蓄电池 第1部分：技术条件和试验方法》规定， C ₂₀ 是指完全充足电的蓄电池，在电解液温度为25℃时，以20h放电率（ I _f =0.05 C ）连续放电到单格电池电压降至1.75V（即：12V蓄电池端电压下降至10.50V±0.05V）时蓄电池所输出的电量。

2.影响蓄电池容量的因素

蓄电池实际容量的大小取决于在允许放电的范围内，其极板上能参与电化学反应的活性物质的多少，因此影响蓄电池容量的因素主要有如下4个方面。

（1）极板的构造

极板的面积越大，在允许放电范围内能参与电化学反应的活性物质就越多，其容量也就越大；普通蓄电池一般只利用了20%～30%的活性物质，因此，采用薄形极板、增加极板的片数及提高活性物质的孔率，均能提高蓄电池的容量。

（2）放电电流

放电电流越大，单位时间内所消耗的H ₂ SO ₄ 就越多，加之对极板孔隙起阻塞作用的PbSO ₄ 产生速率高，造成孔隙内的电解液密度急剧下降，致使蓄电池端电压很快下降至终止电压，缩短了允许放电的时间，使得极板内层的一些活性物质未能参加电化学反应，从而导致了蓄电池容量的下降。蓄电池容量与放电电流的关系如图1-17所示。

（3）电解液的温度

电解液温度低，其黏度大，渗透能力下降，使极板内层的活性物质不能充分利用而造成容量降低。此外，温度越低，电解液的溶解度和电离度也越低，这又加剧了容量的下降。蓄电池容量与温度的关系如图1-18所示。

温度每下降1℃，蓄电池的容量下降约为1%（小电流放电）或2%（大电流放电）。因此，适当地提高蓄电池的温度（但不超过40℃），有利于提高蓄电池容量和起动性能。

（4）电解液的密度

电解液的密度过低时会因为H ⁺ 、 离子数量少而导致容量下降；电解液密度过高则又会因为其黏度增大、渗透能力降低、内阻增大、极板容易硫化而导致容量下降。蓄电池容量与电解液密度的关系如图1-19所示。

实际使用中，电解液的密度一般为1.26～1.285g/cm ³ （充足电状态时）。通过模拟起动时的大电流放电试验表明，蓄电池密度偏低时其放电电流大，在有效的放电时间内所输出的容量也大。因此，对于起动型蓄电池，在防止冬季使用时电解液结冰（蓄电池电解液的密度越高，其结冰的温度就越低）的前提下，尽可能采用偏低密度的电解液，这有利于提高起动性能，并可减小极板硫化和腐蚀，延长蓄电池的使用寿命。

五、蓄电池的使用与维护

1.蓄电池的维护

正确地使用与维护蓄电池可提高蓄电池的容量，并延长其使用寿命。在日常使用过程中，应注意做好如下维护工作。

（1）定期进行蓄电池的外观检查

1）检查蓄电池安装是否牢固、线夹与极桩的连接是否紧固，并及时清除线夹和极桩上的氧化物。极桩上的线夹表面涂上凡士林或黄油可防止其氧化。

2）检查蓄电池盖表面是否清洁，应及时清除蓄电池盖表面的灰尘、油污、电解液等脏污。

3）对于有加液盖的普通蓄电池，应检查加液孔盖通气小孔是否畅通，以防止小孔堵塞而引起蓄电池内部气体集聚而造成压力升高、挤裂壳体甚至产生爆炸事故。

（2）及时检查电解液的液面高度

对于有加液盖的普通蓄电池，还应及时检查电解液的液面高度。电解液的液面一般应高出极板10～15mm，液面过低时应及时补充蒸馏水，不能加注电解液，以免导致电解液密度过高。只有在确认是电解液倾出或渗漏而使电解液不足时，才可加注相同密度的电解液。

（3）定期检查蓄电池的放电程度

对于有加液盖的普通蓄电池，可用测量电解液密度或电池（或单格电池）电压降的方法检查蓄电池的放电程度。如果放电程度冬季超过25%，夏季超过50%时，就应对蓄电池进行补充充电。

对于免维护的全封闭型蓄电池，可通过专用仪器测其电压降的方法测得蓄电池当前的放电程度。对于蓄电池盖板上有检视孔的免维护蓄电池，还可通过观察检视孔的颜色来判断蓄电池是否亏电。

（4）定期对蓄电池进行补充充电

规定时间强制性地对蓄电池进行补充充电，以使蓄电池始终保持充足电状态，避免极板硫化而影响其使用寿命。定期补充充电一般每月一次，城市公共汽车可短些，长途运输汽车可更长一些。

2.蓄电池冬季使用注意事项

冬季气温低，蓄电池的容量降低、内阻增大且电解液有结冰的危险。电解液如果结冰，蓄电池就不能使用，并将导致极板活性物质脱落和容器破裂。因此，在冬季应注意如下事项。

1）对于有加液盖的普通蓄电池，适当调高电解液密度，电解液密度与冰点的关系见表1-3。进入冬季，应将电解液的密度调整至在该地区不会结冰的密度。

2）使蓄电池经常保持在充足电状态，因为蓄电池放电后其电解液密度降低，增大了结冰的危险。

3）对于有加液盖的普通蓄电池，应在充电时加注蒸馏水，这样可使水很快与电解液混合，减少电解液结冰的危险性。

4）寒冷地区，发动机在冬季冷起动遇到起动困难时，应对蓄电池进行预热，以便提高蓄电池的容量、降低电阻，使起动变得容易。

3.蓄电池的充电

（1）蓄电池的基本充电方法

蓄电池有不同的充电方法，在使用中可根据具体情况选择适当的充电方法。

1）定流充电。定流充电是指蓄电池在充电过程中，使充电电流保持不变的充电方法。当单格电池电压上升至2.4V、电解液开始有气泡冒出时，应将电流减半，直到完全充足为止。

蓄电池采用定流充电时，无论6V或12V蓄电池均可串联在一起充电。串联充电的蓄电池如果其容量不一致，应以容量最小的蓄电池选择充电电流（容量最小蓄电池额定容量 C ₂₀ 的1/15～1/10），并且在小容量的蓄电池充足电后，随即将其摘除，对其余未充足电的蓄电池继续进行充电，一直到所有蓄电池都充足为止。

定流充电具有较大的适应性，可将蓄电池完全充足，有助于延长蓄电池的寿命。其缺点是为使充电电流保持不变，需经常调节充电电压。此外，其充电时间也较长。

2）定压充电。定压充电是指充电过程使充电电压保持不变的充电方法。由于充电电压为定值，故充电电流随蓄电池电动势的升高而逐渐减小。

充电电压适当，可使蓄电池在即将充足时的充电电流趋于0。充电电压过高会造成充电初期充电电流过大并导致过充电；充电电压过低则会使蓄电池充电不足。定压充电一般以每单格电池2.5V来确定充电电压，即额定电压为12V（6个单格电池）的蓄电池其充电电压应为14.80V±0.05V。

定压充电时，应注意充电初期最大充电电流，若电流超过了0.3 C ₂₀ （A）则应适当调低充电电压，待蓄电池电动势升高后，再将充电电压调整到规定的值。

定压充电的优点是充电时间短、充电过程无需调节电压，较适合于补充充电。缺点是蓄电池不容易完全充足，充电初期的大电流充电对蓄电池极板会有不利的影响。

3）脉冲快速充电。定流充电和定压充电均需要很长的时间，为满足使用要求，人们一直在研究快速充电的方法。有实际意义的快速充电不仅要缩短充电时间，并且要避免充电过程中电解液大量析气和温度过高，同时还要有较高的充电效率。

（2）蓄电池的快速充电方法

1）快速充电的理论基础。快速充电需要研究和解决的关键问题是蓄电池充电可接受电流和充电极化问题。

①充电可接受电流与过充电问题。蓄电池的充电接受能力是指其电解液只产生微量析气的前提下所能接受的最大充电电流。1967年，美国的麦斯（J.A.Mas）经过大量试验提出了蓄电池充电可接受电流定律

式中 I ——在充电过程中某一时刻蓄电池的充电可接受电流；

I _o ——开始充电时蓄电池的充电可接受电流；

a ——充电可接受电流衰减常数。

从充电可接受电流曲线（图1-20）可知，蓄电池在充电过程中，其充电可接受电流呈指数规律下降。在充电的任一时间里，只要充电电流大于当时的可接受电流，就会出现“过充电”的现象。缩短充电时间的有效方法是使充电电流尽可能接近可接受电流。

②充电极化问题。在充电过程中，蓄电池正负极板间电位差会高于其静止电动势（2.1V），这种现象称为极化。蓄电池充电时会有欧姆极化、浓差极化和电化学极化。减小或消除极化，可有效提高充电效率，缩短充电时间。

a）欧姆极化：充电电流流经蓄电池内阻造成的电压降，停止充电，欧姆极化即消失。

b）浓差极化：充电时极板孔隙内的电解液密度高于孔隙外的电解液密度，使得正负极板间电位差增大。停止充电，极板孔隙内外的电解液密度趋于一致时，浓差极化也就消失了。

c）电化学极化：在充电终期水的电解过程中，H ⁺ 在负极板处集聚所造成的附加电位差。充电终期的充电电流越大，电化学极化就越明显，最大可达0.33V。

2）脉冲快速充电方法。脉冲快速充电是利用蓄电池充电初期可接受大电流的特点，采用0.8～1 C ₂₀ 的大电流对蓄电池进行定流充电，使蓄电池在短时间内达到60%左右的容量；当单格电池电压达到2.4V，电解液开始冒气泡时，就转为脉冲充电，通过脉冲充电方法消除极化。脉冲快速充电电流波形如图1-21所示。脉冲充电阶段控制方法是：先停止充电25ms左右，使欧姆极化消失，浓差极化也由于扩散作用而部分消失；接着再反充电，反充电的脉宽一般为150～1000μs，脉冲幅值为1.5～3倍的充电电流，以消除电化学极化的电荷积累和极板孔隙中形成的气体，并进一步消除浓差极化；接着再停止充电25ms后进行正脉冲充电，周而复始。

脉冲充电的优点是可以缩短充电时间（初充电不超过5h，补充充电只需0.5～1.5h），空气污染小，省电。在蓄电池集中或充电频繁的情况下使用脉冲快速充电，更能发挥其效率。脉冲充电的缺点是不能将蓄电池完全充足，且对蓄电池的寿命有不利影响。

电动汽车所用的动力电池由于对缩短充电时间有很高的要求，故而对其快速充电的研究较多，相应的快速充电方法也有很多种，除了上述脉冲快速充电方法外，还有阶梯定电流间歇充电、阶梯定电压间歇充电等。这些充电方法都是使蓄电池在充电过程中，充电电流尽可能接近蓄电池的充电可接受电流，以缩短充电时间。

（3）充电的种类

蓄电池的充电有多种类型，各种充电通过不同的充电工艺达到不同的充电目的。

1）初充电。将新蓄电池或修复后的蓄电池在使用前的首次充电称为初充电，初充电一般采用定流充电，其充电工艺过程如下。

①按地区季节配制好适当密度的电解液，并加注到蓄电池容器中。应注意：加注的电解液温度不得超过35℃；加注电解液后，静置3～6h，这期间因电解液会慢慢渗入极板中，因而电解液的液面会有所降低。应根据实际情况补充适量的电解液，使液面高于极板10～15mm。

②将同时充电的蓄电池串联连接，然后接通充电电源，并将电流调整到规定的数值。第一阶段的充电电流为 C ₂₀ 的1/15，充电时间约需25～35h；待单格电池电压上升至2.4V，电解液开始有气泡冒出时，将充电电流减半继续充电；当充电至2h内充电电压变化不大于0.05V/h、电解液密度在某一最大值无明显变化，且电解液呈现“沸腾”时，充电结束。这一阶段大约需时20～30h。

③充足电后静置2h，再检测电解液的密度，如果密度偏低，则添加密度为1.4g/cm ³ 的稀硫酸；如果密度过高，则添加蒸馏水，将密度调至规定的值。

在充电过程中随时检测电解液的温度，如果温度上升至40℃，则应将电流减半。如果温度仍不降低，就应停止充电，待温度降至35℃以下后再继续充电。

2）补充充电。将使用中的蓄电池以恢复其全充电状态所进行的充电称为补充充电。补充充电可采用定流充电，也可采用定压充电。采用定流充电方法行补充充电时，其充电过程与初充电相似，但充电电流可大一些。第一阶段的充电电流为 C ₂₀ 的1/10，充电至单格电池电压达2.4V时电流减半，直至充足电。如果采用定压充电，其补充充电工艺过程如下。

①将需同时充电的蓄电池并联连接，并接上充电电源。

②将电压调至规定值，观察充电电流，如果电流超过0.3 C ₂₀ ，则应适当降低电压，待蓄电池电动势升高后再将电压调至规定值。

③充电终期，当充电电流在连续2h内变化不大于0.1A/h，电解液的密度无明显变化时，则认为充电可以结束。

3）锻炼循环充电。蓄电池在起动发动机时放电，但只要发动机开始工作，发电机就可对蓄电池进行充电，这使得蓄电池只有一部分活性物质经常地参与电化学反应，而大部分活性物质则长期地不参与工作。为防止这些活性物质因长时间未能参加充放电电化学反应循环而收缩，在相隔一段时间（一般为三个月左右）后，对蓄电池进行一次锻炼循环充电。方法是：按正常的补充充电工艺将蓄电池充足电，然后以20h放电率将蓄电池放完电，再将其充足。

4）去硫化充电。对极板硫化不严重的蓄电池进行充电，旨在消除极板的硫化，其充电工艺过程如下。

①倾出蓄电池电解液，并用蒸馏水冲洗两次，然后加注足量的蒸馏水。

②接通电源，按蓄电池额定容量 C ₂₀ 的1/30的电流进行充电，当密度上升至1.15g/cm ³ 时，倾出电解液，加注蒸馏水，再进行充电，如此反复，直至密度不再增加为止。

③以10h放电率进行放电，当单格电池电压下降到1.7V时，停止放电，然后以初充电电流进行充电，接着再放电、再充电，直到蓄电池的容量达到额定容量 C ₂₀ 的80%为止。

④将电解液密度调整至规定值。

5）预防硫化与均衡充电。预防硫化充电以防止极板产生硫化为目的，均衡充电则主要是为了减少或消除蓄电池单格电池之间容量的差异，二者的充电方法均是在蓄电池充足电后，以适当的小电流继续“过充电”一段时间。

（4）充电注意事项

为防止充电时出现意外，在蓄电池充电时，应注意如下事项：

1）在室内充电时，室内应有通风设备，应打开加液孔盖，以使气体顺利排出。

2）在充电的室内严禁用明火取暖。

3）充电时应先接好电线，再开电源开关；停止充电时则应先关断充电电源。

4）导线的连接务必可靠，以防突然断开产生电火花而造成火灾或爆炸事故。

5）充电设备不要与被充电蓄电池放置在同一个房内，以避免从电解液中冒出的“酸气”腐蚀充电设备。 LmpEf9t3n0kECiMzfSV4VlOVivbVWFXIaZ1jJBmB0tEfxcIVZ8PiOaNDLpV7si2z