提高汽车铅酸蓄电池容量的措施

高丽洁

(长江工程职业技术学院，武汉　430212)



提高汽车铅酸蓄电池容量的措施

高丽洁

(长江工程职业技术学院，武汉430212)

铅酸蓄电池的容量代表着蓄电池的供电能力，是影响其使用性能的一个重要指标,提高铅酸蓄电池容量意义重大。分析了铅酸蓄电池容量的影响因素，探讨了从蓄电池结构、制作工艺、使用条件和使用环境等方面提高铅酸蓄电池容量的有效措施。

铅酸蓄电池；容量；措施；汽车

汽车上有两个电源，一个是铅酸蓄电池，另一个是交流发电机。铅酸蓄电池是汽车的储能装置，起动发动机时，给起动机、发动机电控系统、仪表等用电设备供电。汽车行驶中，发动机低速运转时，发电机过载，协助发电机向用电设备供电。当发电机端电压高于蓄电池电压时，蓄电池将电能转化为化学能储存起来。蓄电池在工作工程中，只要其电量低于交流发电机端电压就被再次充电，存储电能，反复为用电设备供电。随着汽车电子化程度不断升高，汽车上用电设备不断增多，对蓄电池的供电能力要求越来越高。蓄电池的容量代表着蓄电池的供电能力，是影响其使用性能的一个重要指标。铅酸蓄电池额定容量是指将充足电的蓄电池，在电解液温度为25±5℃的条件下，以20h放电率(即放电电流为0.05C20)连续放电至单体电池平均电压降到1.75V时，输出的电量称为蓄电池的额定容量。可见蓄电池的容量是指在规定条件(包括放电强度、放电电流及放电终止电压)下放出的电量多少或放电时间长短，直接关系到用电设备工作状况。

1　影响铅酸蓄电池容量的因素分析

铅酸蓄电池的工作过程是不断地放电、充电过程，是化学能与电能的相互转化的过程。放电时，正极板上的活性物质二氧化铅与负极板上的活性物质纯铅，在电解液硫酸作用下发生化学反应，生成硫酸铅，沉附在正、负极板上，在正负极板之间产生2.1V电位差，为外电路供电。充电时，直流电源并联铅酸蓄电池两端，在电场力的作用下，正极板上的硫酸铅还原成二氧化铅，负极板上的硫酸铅还原成纯铅，为下次放电做好准备。充放电化学方程式如下：

活性物质与电解液发生化学反应的状况是影响蓄电池容量决定性因素，活性物质与电解液活性、反应数量的多少等与蓄电池结构、制作工艺、工作环境和使用条件有关。蓄电池在长期工作中，如出现充电不足现象，极板上生成的硫酸铅经过多次沉积，形成大颗结晶颗粒，充电时大颗粒的硫酸铅晶体不易溶解的，还原出来的活性物质总量减少，蓄电池容量下降。蓄电池工作过程中，硫化趋势不能逆转，但采取适当的方式，可以有效减缓蓄电池硫化的速度。

1.1铅酸蓄电池结构、制作工艺与铅酸蓄电池容量的关系

正极板上的活性物质二氧化铅与负极板上的活性物质纯铅分别固结在正、负极板栅架上，极板上活性物质数量越多，储存的电量越多。所以将多片正、负极板分别并联，组成极板组，正、负极板中间插入隔板。极板片数、隔板厚度、孔径大小、孔率高低都会影响铅酸蓄电池容量。作为化学反应的主要物质电解液的密度影响蓄电池容量，密度低，反应速度下降，蓄电池容量降低。密度高，黏度大，渗透能力降低，蓄电池容量降低，而且腐蚀栅架，影响蓄电池的使用寿命。电解液的纯度对蓄电池的容量影响也很大，若电解液中含有导电杂质将会自放电，明显减小蓄电池的容量。壳体是发生化学反应的主要场所，内部结构、空间的大小直接影响着铅酸蓄电池容量。

1.2铅酸蓄电池工作环境、使用条件与铅酸蓄电池容量的关系

铅酸蓄电池所处的环境温度低，极板表面的孔隙收缩变小，造成电解液向极板孔隙内层渗入困难。温度低，还会造成电解液黏度增加，活性物质中的离子运动速度减慢，实际参与反应活性物质数量减少，导致蓄电池的电容量下降。铅酸蓄电池工作时的剧烈颠簸，会造成极板表面固结的活性物质脱落，沉积在蓄电池底部，不仅造成活性物质减少，容量下降，沉积在蓄电池底部活性物质还会造成极板间短路，造成蓄电池端电压、容量明显下降，甚至造成充不进去电，而且温度急剧上升。铅酸蓄电池供电时，若放电电流过大，化学反应剧烈，短时间内生成大量的硫酸铅迅速堵塞极板表面，电解液无法渗入极板内层，致使极板内部的活性物质不能参加化学反应，造成蓄电池容量减小。铅酸蓄电池电解液液面过低，造成正负极板上部与空气直接接触，活性物质被氧化，生成硫酸铅大的结晶颗粒，充电时，不能与水接触，无法还原成活性物质，造成容量下降。铅酸蓄电池在工作过程中，经常过量放电也造成容量下降，原因在于深放电会造成在极板细小孔隙的内层生成硫酸铅，充电时很难将这部分硫酸铅还原。电解液纯度低，导致蓄电池自行放电，生成的硫酸铅，再次结晶，生成大颗大颗的硫酸铅结晶体，造成蓄电池容量下降。

2　提高铅酸蓄电池容量的措施

铅酸蓄电池极板上的活性物质随着反复充电、放电会渐渐脱落，不过在额定状态工作，活性物质脱落的速度是缓慢的。实践证明，使用条件、使用环境是加快活性物质的脱落主要原因。再有铅酸蓄电池活性物质利用率仅约35%，蓄电池容量主要受活性物质利用率影响，提高活性物质利用率即可提高蓄电池容量。

2.1优化蓄电池结构、改进制作工艺，减少活性物质脱落

蓄电池正负极板上的活性物质分别固结在铅锑合金制成的栅架上，虽然锑含量不超过6%，但锑的存在，电池中的水消耗量增大，内阻增加，而且锑容易从正极板栅架中解析出来，必导致使用寿命的降低。一般采用低锑合金栅架，含锑量为2%～3%。固结在正、负极板栅架上的活性物质在剧烈反应中易脱落，尤其是正极板上活性物质较疏松，导致蓄电池容量下降。优化隔板结构可以有效减少活性物质，比如，美、英等国的铅酸蓄电池普遍采用袋式聚乙烯隔板，就是将正极板装在袋内，聚乙烯隔板具有较小的孔径，极薄的基底和极低的内阻，不仅减小极板上活性物质的脱落，而且有效防止正负极板短路。而在我国普遍采用吸附式玻璃纤维隔板，孔隙高、比表面积大、抗张强度优良和耐化学腐蚀能力强，有利于活性物质与电解液充分反应。将正极板夹在负极板中间构成极板组，极板组最外侧的两片是负极板，两侧均匀放电，这两片负极板只有一面发生化学反应，所以一般厚度仅为中间负极板厚度的一半。在充放电化学反应过程中，负极板上的活性物质纯铅有容积缩小、钝化的趋势，降低蓄电池的容量。为了改善纯铅劣势，需要在负极活性物质中加入硫酸钡、木质素磺酸盐等添加剂。正极活性物质二氧化铅中加入磷酸盐、硅化物等添加剂，可以使容量增加10%左右。

2.2正确的使用条件可提高活性物质利用率

蓄电池极板的活性物质在充、放电的过程中，会有一定量的脱落，有些车主在使用过程中不正确的使用方法会加速活性物质脱落，降低活性物质利用率，甚至造成的蓄电池早期损坏。

(1)正确的充电方法有效改善活性物质的反应环境

蓄电池的充电电流不能过大，过大充电电流会使蓄电池内容发生剧烈的化学反应，电解液的强力冲刷造成活性物质大量脱落，一般充电电流取额定容量的1/15。补充充电时间不宜太长，过充电会电解水，大量汽包的涌动也造成活性物质脱落，水析出，并且电解液浓度增大。在补充充电的过程中监控温度变化，当温度超过45℃，停止充电，待冷却后减小充电电流继续充电。在行车过程中，发电机为蓄电池充电，所以按技术标准调整发电机的输出电压。用充电机对蓄电池进行补充充电时,采用分段充电方法，亏电的蓄电池电压低，第一个阶段充电电压调低一些，充电电流取额定容量的1/15；第二阶段的充电电压适当提高，充电电流取额定容量的1/30。

(2)及时充电、定期维护有效提高活性物质还原率

蓄电池不能长时间过放电,否则生成硫酸铅会形成大的结晶体，充电时几乎不可能完全还原成活性物质，降低蓄电池的容量。一般放电程度超过25%时，及时补充充电。电解液的密度要随着温度变化及时调整，一般温度低适当增大密度值，温度高时适当减小。冬季蓄电池充足电保存，因为严重亏电的蓄电池，电解液密度低，容易结冰。蓄电池使用过程中，经常观察电解液液面高度，极板完成浸泡在电解液中，并且高出极板1.5cm左右。

2.3适宜的使用环境可提高铅酸蓄电池容量

温度对铅酸蓄电池影响是：温度每下降1摄氏度，相对容量约下降0.8%，铅酸蓄电池在25℃时使用性能最佳。温度取决于使用环境，在寒冷的冬季，给蓄电池穿上保暖套，适当提高硫酸溶液的密度，可以提升蓄电池的性能。蓄电池在汽车行驶中会剧烈颠簸，会造成活性物质脱落，在蓄电池安装支架上铺设防震垫，用固定支架可靠固定，安装、拆卸蓄电池时轻拿轻放，减小蓄电池的振动，不要敲打蓄电池壳体。

铅酸蓄电池是汽车启动时的唯一电源，放电电流很大，铅酸蓄电池短时间连续大电流放电，极板上迅速生成一层白色晶粒的硫酸铅，阻塞极板孔隙，使电解液渗入极板内层困难，导致容量降低，而且剧烈的化学反应，电解液强烈冲刷极板表面，造成正极板活性物质大量脱落，致使蓄电池的严重损伤。所以每次启动汽车时不得超过5秒，再次启动间隔15秒以上，若连续启动三次汽车仍无法正常启动，排除故障后再次启动。严禁蓄电池短路事故发生。

2.4合理选用充电方法改善蓄电池的性能

新蓄电池第一次充电或者大修后的蓄电池首次充电，称之为初充电。初次充电对于蓄电池性能的影响至关重要，一般采取的定流充电。定流充电是指在整个充电的过程中，充电电流始终保持不变，不会出现充电电流过大的情况。初充电采用相对比较小的电流慢充电，有利于还原更多的硫酸铅，尤其是蓄电池加工过程中形成的极板深处的硫酸铅。一般做法是将需要初充电的蓄电池，在规定和气温条件下(一般不得超过30℃)，加注一定密度的电解液后，需放置4～6h，使电解液完全浸泡极板，不断调整电解液液面高度，使其达到规定值。将蓄电池的正、负极分别与充电机的正、负极相连。充电机的充电电流调至额定容量的1/15，待电解液中有气泡冒出、单体电池电压约达2.4V时，将充电电流减小一半，直至蓄电池充足电为止。整个充电过程中温度不能超过45℃，若超过此值，应停止充电，待冷却至35℃以下时再充电。蓄电池使用过程中，要及时检测蓄电池电压，当电量不足时要及时补充充电。亏电的蓄电池一定存在硫酸铅，如果不及时将其还原成正极板上的活性物质二氧化铅与负极板上的活性物质纯铅，那么将形成致密的硫酸铅晶体，很难再将其还原成活性物质，造成蓄电池的容量大大降低。

无论是补充充电还是初充电，在时间允许的情况下，尽可能不采用脉冲快速充电方法。因为脉冲快速充电方法，会使电解液剧烈流动，对极板大力冲刷，造成活性物质大量脱落，蓄电池容量下降。

[1]宋雷鸣，牟晓卉.浅析影响铅酸蓄电池使用寿命的主要因素和注意事项[J]. 电源世界, 2009(1).

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[4]冯玉.延长航空铅酸蓄电池使用寿命的方法研究[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

高丽洁(1977-)，女，天津人，副教授，硕士，主要从事汽车电气工程教学与研究工作。

U463.63+3

A

1673-0496(2016)03-0022-03

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