柴油发电机蓄电池的作用
发布时间：2024-04-06 点击：154
柴油发电机蓄电池的作用
启动电机供给低压大电流（200～600a）。柴油机工作后，发电机可向用电设备供电，并同时向蓄电池充电。柴油机在低速或停车时，发电机输出电压不足或停止工作，蓄电池又可向柴油机的电气设备供给所需电流。柴油机常用蓄电池的电压有6v、12v和24v三种。6v、12v蓄电池用于小型柴油机的启动及其照明设备的用电。多缸柴油机通常采用24v蓄电池，有的直接装24v蓄电池，有的用两只12v蓄电池串联起来使用。
普通铅蓄电池具有价格低廉、供电可靠和电压稳定等优点，因此，广泛应用于通信、交通和工农业生产等部门。但是普通铅蓄电池在使用过程中，需要经常添加电解液，而且还会产生腐蚀性气体，污染环境，损伤人体和设备。阀控式铅蓄电池具有密封性好、无泄漏和无污染等特点，能够保证人体和各种电气设备的安全，在使用过程中不需添加电解液，其使用越来越普遍。
一、蓄电池结构
普通铅蓄电池与其他蓄电池一样，主要由电极（正负极板）、电解液、隔板、电池槽和其他一些零件如端子、连接条及排气栓等组成。如图1所示。
图1 铅蓄电池的构造（外部连接方式）
1、电极
电极又称极板，极板有正极板和负极板之分，由活性物质和板栅两部分构成的。正、负极的活性物质分别是棕褐色的二氧化铅（pbo2）和灰色的海绵状铅（pb）。极板依其结构可分为涂膏式、管式和化成式（又称化成式极板或普兰特式极板）。
（1）极板在蓄电池中的作用：
一是发生电化学反应，实现化学能与电能之间的相互转换；二是传导电流。
（2）板栅在极板中的作用：
如图2所示，一是作活性物质的载体，因为活性物质呈粉末状，必须有板栅作载体才能成形；二是实现极板传导电流的作用，即依靠其栅格将电极上产生的电流传送到外电路，或将外加电源传入的电流传递给极板上的活性物质。为了有效地保持住活性物质，常常将板栅造成具有截面积大小不同的横、竖筋条的栅栏状，使活性物质固定在栅栏中，并具有较大的接触面积。
图2 发电机组蓄电池涂膏式与管式极板的板栅
常用的板栅材料有铅锑合金、铅锑砷合金、铅锑砷锡合金、铅钙合金、铅钙锡合金、铅锶合金、铅锑镉合金、铅锑砷铜锡硫（硒）合金和镀铅铜等。普通铅蓄电池采用铅锑系列合金作板栅，其电池的自放电比较严重；而阀控式密封铅蓄电池采用无锑或低锑合金板栅，可减少电池的自放电，以减少电池内水分的损失。
将若干片正或负极板在极耳部焊接成正或负极板组，以增大电池的容量，极板片数越多，电池容量越大。通常负极板组的极板片数比正极板组的要多一片。组装时，正负极板交错排列，使每片正极板都夹在两片负极板之间，目的是使正极板两面都均匀地起电化学反应，产生相同的膨胀和收缩，减少极板弯曲的机会，以延长电池的寿命。如图3所示。
图3 发电机组蓄电池正负极板交错排列
2、电解液
电解液在电池中的作用有三：一是与电极活性物质表面形成界面双电层，建立起相应的电极电位；二是参与电极上的电化学反应；三是起离子导电的作用。
铅蓄电池的电解液是用纯度在化学纯以上的浓硫酸和纯水配制而成的稀硫酸溶液，其浓度用15℃时的密度来表示。铅蓄电池的电解液密度范围的选择，不仅与电池的结构和用途有关，而且与硫酸溶液的凝固点、电阻率等性质有关。
① 硫酸溶液的特性
纯的浓硫酸是无色透明的油状液体，15℃时的密度是1.8384kg/l，它能以任意比例溶于水中，与水混合时释放出大量的热，具有极强的吸水性和脱水性。铅蓄电池的电解液就是用纯的浓硫酸与纯水配制成的稀硫酸溶液。
a．硫酸溶液的凝固点。
硫酸溶液的凝固点随其浓度的不同而不同，将15℃时密度各不相同的硫酸溶液冷却，可测得其凝固温度，并绘制成凝固点曲线如图4所示。由图可见，密度（15℃）为1.290kg/l的稀硫酸具有最低的凝固点，约为-72℃。启动用铅蓄电池在充足电时的电解液密度（15℃）为1.28～1.30kg/l，可以保证电解液即使在野外严寒气候下使用也不凝固。但是，当蓄电池放完电后，其电解液密度（15℃）可低于1.15kg/l，所以放完电的电池应避免在-10℃以下的低温中放置，并应立即对电池充电，以免电解液冻结。
b.硫酸溶液的电阻率。
作为铅蓄电池的电解液，应具有良好的导电性能，使蓄电池的内阻较小。硫酸溶液的导电特性，可用电阻率来衡量，而其电阻率的大小，随温度和密度的不同而有所不同，如表1和图5所示。由图可见，当硫酸溶液的密度（15℃）在1.15～1.30kg/l之间时，电阻较小，其导电性能良好，所以，铅蓄电池都采用此密度范围内的电解液。当其密度（15℃）为1.200kg/l时，电阻率最小。由于固定用防酸隔爆式铅蓄电池的电解液量较多，为了减小电池的内阻，可采用密度（15℃）接近于1.200kg/l的电解液，所以选用密度（15℃）为1.200～1.220kg/l的电解液。
图4 发电机组蓄电池硫酸溶液的凝固特性
图5 发电机组硫酸溶液的电阻率
表1 各种密度的硫酸溶液的电阻率
密度（15℃）
/(kg/l)
电阻率
/(ω·cm)
温度系数
/(ω·cm/℃)
密度（15℃）
/(kg/l)
电阻率
/(ω·cm)
温度系数
/(ω·cm/℃)
1.10
1.90
0.0136
1.50
2.64
0.021
1.15
1.50
0.0146
1.55
3.30
0.023
1.20
1.36
0.0158
1.60
4.24
0.025
1.25
1.38
0.0168
1.65
5.58
0.027
1.30
1.46
0.0177
1.70
7.64
0.030
1.35
1.61
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一、蓄电池结构
普通铅蓄电池与其他蓄电池一样，主要由电极（正负极板）、电解液、隔板、电池槽和其他一些零件如端子、连接条及排气栓等组成。如图1所示。
图1 铅蓄电池的构造（外部连接方式）
1、电极
电极又称极板，极板有正极板和负极板之分，由活性物质和板栅两部分构成的。正、负极的活性物质分别是棕褐色的二氧化铅（pbo2）和灰色的海绵状铅（pb）。极板依其结构可分为涂膏式、管式和化成式（又称化成式极板或普兰特式极板）。
（1）极板在蓄电池中的作用：
一是发生电化学反应，实现化学能与电能之间的相互转换；二是传导电流。
（2）板栅在极板中的作用：
如图2所示，一是作活性物质的载体，因为活性物质呈粉末状，必须有板栅作载体才能成形；二是实现极板传导电流的作用，即依靠其栅格将电极上产生的电流传送到外电路，或将外加电源传入的电流传递给极板上的活性物质。为了有效地保持住活性物质，常常将板栅造成具有截面积大小不同的横、竖筋条的栅栏状，使活性物质固定在栅栏中，并具有较大的接触面积。
图2 发电机组蓄电池涂膏式与管式极板的板栅
常用的板栅材料有铅锑合金、铅锑砷合金、铅锑砷锡合金、铅钙合金、铅钙锡合金、铅锶合金、铅锑镉合金、铅锑砷铜锡硫（硒）合金和镀铅铜等。普通铅蓄电池采用铅锑系列合金作板栅，其电池的自放电比较严重；而阀控式密封铅蓄电池采用无锑或低锑合金板栅，可减少电池的自放电，以减少电池内水分的损失。
将若干片正或负极板在极耳部焊接成正或负极板组，以增大电池的容量，极板片数越多，电池容量越大。通常负极板组的极板片数比正极板组的要多一片。组装时，正负极板交错排列，使每片正极板都夹在两片负极板之间，目的是使正极板两面都均匀地起电化学反应，产生相同的膨胀和收缩，减少极板弯曲的机会，以延长电池的寿命。如图3所示。
图3 发电机组蓄电池正负极板交错排列
2、电解液
电解液在电池中的作用有三：一是与电极活性物质表面形成界面双电层，建立起相应的电极电位；二是参与电极上的电化学反应；三是起离子导电的作用。
铅蓄电池的电解液是用纯度在化学纯以上的浓硫酸和纯水配制而成的稀硫酸溶液，其浓度用15℃时的密度来表示。铅蓄电池的电解液密度范围的选择，不仅与电池的结构和用途有关，而且与硫酸溶液的凝固点、电阻率等性质有关。
① 硫酸溶液的特性
纯的浓硫酸是无色透明的油状液体，15℃时的密度是1.8384kg/l，它能以任意比例溶于水中，与水混合时释放出大量的热，具有极强的吸水性和脱水性。铅蓄电池的电解液就是用纯的浓硫酸与纯水配制成的稀硫酸溶液。
a．硫酸溶液的凝固点。
硫酸溶液的凝固点随其浓度的不同而不同，将15℃时密度各不相同的硫酸溶液冷却，可测得其凝固温度，并绘制成凝固点曲线如图4所示。由图可见，密度（15℃）为1.290kg/l的稀硫酸具有最低的凝固点，约为-72℃。启动用铅蓄电池在充足电时的电解液密度（15℃）为1.28～1.30kg/l，可以保证电解液即使在野外严寒气候下使用也不凝固。但是，当蓄电池放完电后，其电解液密度（15℃）可低于1.15kg/l，所以放完电的电池应避免在-10℃以下的低温中放置，并应立即对电池充电，以免电解液冻结。
b.硫酸溶液的电阻率。
作为铅蓄电池的电解液，应具有良好的导电性能，使蓄电池的内阻较小。硫酸溶液的导电特性，可用电阻率来衡量，而其电阻率的大小，随温度和密度的不同而有所不同，如表1和图5所示。由图可见，当硫酸溶液的密度（15℃）在1.15～1.30kg/l之间时，电阻较小，其导电性能良好，所以，铅蓄电池都采用此密度范围内的电解液。当其密度（15℃）为1.200kg/l时，电阻率最小。由于固定用防酸隔爆式铅蓄电池的电解液量较多，为了减小电池的内阻，可采用密度（15℃）接近于1.200kg/l的电解液，所以选用密度（15℃）为1.200～1.220kg/l的电解液。
图4 发电机组蓄电池硫酸溶液的凝固特性
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表1 各种密度的硫酸溶液的电阻率
密度（15℃）
/(kg/l)
电阻率
/(ω·cm)
温度系数
/(ω·cm/℃)
密度（15℃）
/(kg/l)
电阻率
/(ω·cm)
温度系数
/(ω·cm/℃)
1.10
1.90
0.0136
1.50
2.64
0.021
1.15
1.50
0.0146
1.55
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0.023
1.20
1.36
0.0158
1.60
4.24
0.025
1.25
1.38
0.0168
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5.58
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