司鳳榮，宋 爽

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大容量鉛酸蓄電池電解液液面高度波動(dòng)規(guī)律研究

司鳳榮，宋 爽

（武漢船用電力推進(jìn)裝置研究所，武漢430064）

為掌握大容量鉛酸蓄電池電解液液面高度波動(dòng)的變化規(guī)律，研究了蓄電池不同時(shí)率充放電過(guò)程中液面高度的變化情況，對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了分析研究。結(jié)果表明蓄電池電解液液面波動(dòng)主要是充放電過(guò)程中硫酸及水的轉(zhuǎn)化造成的，充電末期電解水大量氫氣氧氣的產(chǎn)生、附著及溢出也是造成電解液液面波動(dòng)的另一重要因素。其它如蓄電池極群的裝配比、正負(fù)極板的孔率、充電制度、環(huán)境溫度等也是影響蓄電池電解液液面高度的因素。

鉛酸蓄電池 電解液 液面高度

0 引言

大容量鉛酸蓄電池電解液液面高度是指蓄電池充足電靜置一定時(shí)間后測(cè)得的電解液液面高度，在充放電過(guò)程中波動(dòng)較大。電解液液面高度是大容量富液式鉛酸蓄電池的重要參數(shù)，是蓄電池維護(hù)的重要指針。蓄電池電解液液面過(guò)低，則維護(hù)過(guò)程中需進(jìn)行補(bǔ)水，避免極板板耳暴露于空氣中，進(jìn)而出現(xiàn)板耳跟匯流排連接處的腐蝕，導(dǎo)致蓄電池壽命提前終止。

為了解蓄電池充放電過(guò)程中電解液液面高度波動(dòng)情況，掌握充放電過(guò)程中電解液液面變化規(guī)律。本文對(duì)大容量富液式鉛酸蓄電池充放電及靜置過(guò)程中的液面波動(dòng)情況進(jìn)行了探討。

1 試驗(yàn)

制造3只蓄電池（1#～3#），分別進(jìn)行5 h率、20 h率充放電試驗(yàn)，記錄充放電過(guò)程中液面高度變化情況。同時(shí)對(duì)不同時(shí)率放電后充電完畢靜置6 h后的電解液液面高度進(jìn)行了試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖1～10。

2 結(jié)果

2.1 5h率充放電

從圖1～2可以看出，蓄電池5 h率放電過(guò)程中，相應(yīng)的電解液密度約從1.280 g/cm3下降到1.105 g/cm3，液面高度從82 mm下降到73 mm。整個(gè)5 h率放電過(guò)程中電解液液面下降9 mm。

圖1 5 h率放電液面高度、電解液密度隨時(shí)間變化曲線

圖2 5 h率放電液面高度、電壓隨時(shí)間變化曲線

圖3 5 h率放電后充電液面高度、電解液密度隨時(shí)間變化曲線

圖4 5 h率放電后充電液面高度、電壓隨時(shí)間變化曲線

從圖3～4可以看出，在5 h率放電隨后的充電過(guò)程中，前2 h液面下降11 mm，隨后液面緩慢上升。蓄電池充電6 h達(dá)到過(guò)渡電壓后，轉(zhuǎn)入末級(jí)充電，電解液液面高度開(kāi)始劇烈上升，電壓達(dá)到2.60 V后液面達(dá)到最高點(diǎn)，此時(shí)電解液密度基本穩(wěn)定。

圖5 5 h率放電充電后擱置6 h液面高度隨時(shí)間變化曲線

圖6 20 h率放電液面高度、電解液密度隨時(shí)間變化曲線

圖7 20 h率放電液面高度、電壓隨時(shí)間變化曲線

圖8 20 h率放電后充電液面高度、電解液密度隨時(shí)間變化曲線

從圖5可以看出，蓄電池充電后靜置的6 h內(nèi)，第1 h內(nèi)電解液液面下降較快，下降14 mm，隨后的5 h電解液液面緩慢下降，整個(gè)過(guò)程電解液液面下降26 mm。

2.2 20 h率充放電

從圖6～7可以看出，蓄電池20 h率放電過(guò)程中，電解液液面下降主要在前6 h。相應(yīng)的電解液密度約從1.285 g/cm3下降到1.221 g/cm3，液面高度從90 mm下降到68 mm。整個(gè)20 h率放電過(guò)程中電解液液面下降24mm。

從圖8～9可以看出，在20 h率放電隨后的充電過(guò)程中，前2 h液面下降5 mm，隨后液面緩慢上升。充電7 h達(dá)到過(guò)渡電壓后，轉(zhuǎn)入末級(jí)電流充電，電解液液面開(kāi)始劇烈上升，電壓達(dá)到2.60 V后液面達(dá)到最高點(diǎn)，此時(shí)電解液密度基本穩(wěn)定。

從圖10可以看出，蓄電池充電后靜置的6 h內(nèi)，第1 h內(nèi)電解液液面高度下降較快，下降13 mm，隨后的5 h電解液液面高度緩慢下降，整個(gè)過(guò)程電解液液面下降24 mm。

圖9 20h率放電后充電液面高度、電壓隨時(shí)間變化曲線

圖10 20h率放電充電后擱置6 h液面高度隨時(shí)間變化曲線

3 討論

蓄電池在充放電過(guò)程中，充電過(guò)程中液面上升，放電過(guò)程中液面下降。從鉛酸蓄電池主反應(yīng)PbO2+Pb+2H2SO4=2PbSO4+H2O可以看出，充放電過(guò)程中電解液液面波動(dòng)主要受蓄電池主反應(yīng)影響，即由電解液硫酸與水的相互轉(zhuǎn)化引起。

從蓄電池各時(shí)率放電后的充電過(guò)程中可以看出，充電過(guò)程中液面劇烈上升均出現(xiàn)在蓄電池轉(zhuǎn)入末級(jí)充電后，在電壓達(dá)到2.60 V后蓄電池液面高度達(dá)到最高點(diǎn)。此時(shí)，蓄電池充電在進(jìn)行電解水，正負(fù)極上產(chǎn)生大量的氫氣氧氣，部分附著在電極表面，部分逸出，造成蓄電池液面高度的劇烈上升。由此可以看出，蓄電池電極內(nèi)部的氣體是影響蓄電池液面波動(dòng)的另一重要因素。

蓄電池在充足電后擱置6 h的過(guò)程中，部分附著在電極上的氣泡逸出，電解液液面高度有一定程度的下降，其中最初的1 h內(nèi)液面下降較快。

4 結(jié)束語(yǔ)

影響蓄電池電解液液面高度的因素較多，是各種因素綜合影響的結(jié)果。蓄電池充放電過(guò)程中電解液液面波動(dòng)主要是電解液硫酸及水之間的相互轉(zhuǎn)化造成的。蓄電池充電末期產(chǎn)生大量氣體在正負(fù)電極上附著及逸出，也是造成電解液液面波動(dòng)的另一重要因素。其它如蓄電池極群的裝配比、正負(fù)極板的孔率、充電制度、環(huán)境溫度等也是影響蓄電池電解液液面高度的因素。

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Research on the Fluctuating of Electrolyte Level of High Capacity Batteries

Si Fengrong, Song Shuang

（Wuhan Institute of Marine Electric Propulsion, Wuhan 430064, China）

In order to find out the reasons for fluctuating of electrolyte level of high capacity battery, the change of electrolyte level of different rate during the charge and discharge process is studied. The test data are analyzed. The test results show that main reason which causes the fluctuating of height of electrolyte level is the conversion between the HSO and HO, and the another reason is the bubble adhering to the surface of electrodes. The other reasons which cause the fluctuating of height of electrolyte level are the reduction ration of plate group, the porosity of the plate, the charge method, environment temperature and so on.

TM912

A

1003-4862（2016）10-0014-03

2016-05-09

司鳳榮（1977-），女，高級(jí)工程師。研究方向：化學(xué)電源。