蓄电池是起动机的电源。目前柴油机上普遍采用铅蓄电池作为起动用蓄电池,由于其内阻小,故在柴油机起动时能在短时间内供给起动机200~600A的强大直流电流。蓄电池是一个化学电源。充电时,利用内部的化学反应将外部电能转变为化学能储存起来,通常是当柴油机转速较高时,储存充电发电机所发出的部分电能;放电时,利用化学反应将储存的化学能转换为电能输出,即在柴油机起动时向起动机和用电设备供电,并在柴油机不工作或低速运转时,向所有用电设备供电。
铅蓄电池的结构如图8-1所示,它由外壳、正极板、负极板、隔板、电解液等组成。
图8-1 铅蓄电池
1—隔板 2—凸棱 3—负极板 4—正极板 5—壳体 6—密封环 7—正电极桩 8—连接片 9—加液孔盖 10—蓄电池盖 11—负电极桩 12—封口料 13—护板 14—横板
蓄电池容器由外壳和盖板组成。外壳通常用硬橡胶或塑料制成若干单格的容器(三格或六格)。每个单格内放入极板组和电解液,形成一个单格电池。各单格都有盖,盖上有3个孔,电桩头从两边的孔穿出,中间的孔用来加蒸馏水或电解液,孔上的塞子有通气小孔。盖与外壳的接缝用沥青封口剂密封。外壳的底部有肋条,避免搁在肋条上的极板组脱落物质造成短路。单格电池的电压为2V,各单格电池的正负电桩头用铅条连接,使各单格电池串联起来,形成6V或12V蓄电池。汽油机所用蓄电池一般为12V,柴油机由于起动机的电压一般为24V,常将两个12V蓄电池串联使用。
蓄电池极板是在由铅锑合金浇铸成的栅架上,涂敷活性物质经干燥和处理而成的。正极板的活性物质为二氧化铅(PbO2),负极板的活性物质为海绵状纯铅(Pb)。为增大蓄电池的容量,将多片正极板和负极板分别焊在一根横条上,组成正、负极板组,交错放置,因正极板上的活性物质机械强度较低。因此将其夹在两块负极板之间,以免工作时极板翘曲变形而使活性物质脱落。同时为了防止正负极板之间短路,两极板之间加有一片多孔性的隔板。
电解液是由化学纯净的硫酸(相对密度为1.835、沸点约为338℃、含纯硫酸约93.2%的浓硫酸)与蒸馏水按一定比例配制而成。不能用工业硫酸(因含有钢、铜等杂质)或非蒸馏水配制电解液。否则,将引起极板的损坏和蓄电池容量的降低。电解液的密度(浓度)对蓄电池的工作有很大影响,密度大可提高蓄电池的容量,但密度过大时,由于电解液粘度大,渗入极板内部缓慢,反而会降低蓄电池的容量。电解液密度过小,则在低温环境使用时容易结冰。通常根据环境温度选择电解液密度。蓄电池的电解液相对密度一般为1.24~1.31,冬季和严寒地区,电解液的密度应该稍大;而夏季和炎热地区,电解液的密度应该稍小。
放电和充电时,蓄电池中所发生的化学变化见表8-1。放电时,电解液中硫酸减少而水分增加,因此电解液密度下降;充电时,水分减少而硫酸增加,电解液密度增高。这种充电和放电时电解液密度的变化,可以用来测定蓄电池的充放电程度。为了保持蓄电池的使用性能,延长寿命,使用中的蓄电池应经常保持在全充电状态。充电时应注意,在充电过程完成后若继续充电,电流将使电解液中的水分解为氢气和氧气,这些气体成为小气泡逸出电解液,造成好像“沸腾”一样的冒气现象;这时表明电池已充足电,因而在充电过程中应旋开加液孔上的塞子。(www.daowen.com)
表8-1 蓄电池充放电过程
蓄电池应按容量选用。蓄电池容量是指在放电允许的范围内,蓄电池输出的电量,单位是A·h。若以Q表示容量,则
Q=∫Idt
式中,I为放电电流,单位为A;t为放电时间,单位为h。
Q并不是一个常数,它与放电电流I的大小及放电时间的长短有关,与放电时的温度也有关。蓄电池上标定的容量是在温度为30℃、以一定的电流值连续放电10h,到单格电压降到1.7V时所得的电量,称额定容量。如3-Q-84型(3表示有3个单格、Q表示起动型、84表示10h放电制时的额定容量)蓄电池,在10h放电制下放电电流为8.4A,单格电压将降到1.7V。但相同温度下(30℃),以250A电流放电5min,单格电压便会降至1.5V,蓄电池在这种条件下的容量称为起动容量,其大小不足额定容量的1/4。若温度降低,容量还要降低。所以,冬季蓄电池的容量比夏季要小,这将进一步增加了柴油机冬季起动的困难性。
上述铅蓄电池在使用中需要经常维护。目前广泛使用的一种新型蓄电池,称为免维护蓄电池。这种蓄电池的电解液,由制造厂在出厂前一次性加注,并密封在壳体内,因此电解液不会泄漏、腐蚀机体和接线柱。其特点是通气孔塞采用新型安全通气装置,孔塞内装有氧化铝过滤器和催化剂钯:过滤器能阻止水蒸气和硫酸气体通过,减少泄漏并避免与外部火花接触产生爆炸;催化剂能促使氢氧离子结合,生成水返回池内减少水耗。另外,这种电池由于结构、材料和加工工艺等方面的改进,使它还具有耐振、耐高温、自放电小、体积小、使用寿命长等优点,其结构如图8-2所示。
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