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摘要：蓄电池是直流系统中不可替代的重要设备之一,能够为二次设备的正常运行提供直流供电电源.此背景下,本文首先分析了铅酸蓄电池工作原理,其次以阀控式铅酸蓄电池为例,对蓄电池的维护方法进行了详细的阐述,以供参考.
关键词：铅酸蓄电池；工作原理；维护方法
1铅酸蓄电池
电极主要由铅及其氧化物制成，电解液是硫酸溶液的一种蓄电池。 英文名称：Lead-acid battery.放电状态下，正极主要成分为二氧化铅，负极主要成分为铅；充电状态下，正负极的主要成分均为硫酸铅。分为排气式蓄电池和免维护铅酸电池。
电池主要由管式正极板、负极板、电解液、隔板、电池槽、电池盖、极柱、注液盖等组成。排气式蓄电池的电极是由铅和铅的氧化物构成，电解液是硫酸的水溶液。主要优点是电压稳定、价格便宜；缺点是比能低（即每公斤蓄电池存储的电能）、使用寿命短和日常维护频繁。老式普通蓄电池一般寿命在2年左右，而且需定期检查电解液的高度并添加蒸馏水。不过随着科技的发展，铅酸蓄电池的寿命变得更长而且维护也更简单了。
铅酸蓄电池最明显的特征是其顶部有可拧开的塑料密封盖，上面还有通气孔。这些注液盖是用来加注纯水、检查电解液和排放气体之用。按照理论上说，铅酸蓄电池需要在每次保养时检查电解液的密度和液面高度，如果有缺少需添加蒸馏水。但随着蓄电池制造技术的升级，铅酸蓄电池发展为铅酸免维护蓄电池和胶体免维护电池，铅酸蓄电池使用中无需添加电解液或蒸馏水。主要是利用正极产生氧气可在负极吸收达到氧循环，可防止水分减少。铅酸水电池大多应用在牵引车、三轮车、汽车起动等，而免维护铅酸蓄电池应用范围更广，包括不间断电源、电动车动力、电动自行车电池等。铅酸蓄电池根据应用需要分为恒流放电（如 不间断电源）和瞬间放电（如 汽车启动电池）。
2蓄电池的工作原理与充电放电方法
蓄电池是由浸渍在电解液中的正极板(二氧化铅Pb02)和负极板(海绵状纯铅Pb)组成的，电解液是硫酸(H2S04)的水溶液。
当蓄电池和负载接通放电时，正极板上的Pb02 和负极板上的Pb都变成PbS04，电解液中的H2S04减少，相对密度下降。
充电时按相反的方向变化，正负极板上的PbS04分别恢复成原来的Pb02和Pb，电解液中的硫酸增加，相对密度变大。如略去中间的化学反应过程，可用下式表示：
Pb02+Pb十2H2S04=2PbS04+2H20
2.1电势的建立
当极板浸入电解液时，在负极板处，金属铅受到两方面的作用，一方面它有溶解于电解液的倾向，因而有少量铅进入溶液，生成Pb2+，在极板上留下两个电子2e，使极板带负电；另一方面，由于正、负电荷的吸引，Pb2+有沉附于极板表面的倾向。当两者达到平衡时，溶解便停止，此时极板具有负电位，约为-0.1V。
正极板处，少量Pb02溶入电解液，与水生成Pb(OH)：，再分离成四价铅离子和氢氧根离子。 即 Pb02+2H20---->Pb(OH)4 Pb(OH)4=Pb4++4(OH)
由于Pb4+沉附于极板的倾向，大于溶解的倾向，因而沉附在正极板上，使极板呈正电位。当达到平衡时，约为+2.0V。
因此，当外电路未接通，反应达到相对平衡状态时，蓄电池的静止电动势约为： E0=2.0-(-0.1)=2.1V
2.2铅蓄电池的放电
当蓄电池接上负载后，在电动势的作用下，电流从正极经过负载流往负极(即电子从负极到正极)，使正极电位降低，负极电位升高，破坏了原有的平衡。放电时的化学反应过程如图所示。
在正极板处，Pb4+和电子结合，变成二价铅离子Pb2+，Pb2+与电解液中的SO42-结合生成PbS04沉附于极板上。
Pb4++2e----> Pb2+
Pb2++ SO42-=PbSO4
在负极板处，Pb2+与电解液中的SO42-结合也生成PbS04沉附在负极板上，而极板上的金属铅继续溶解，生成Pb2+和电子。如果电路不中断，上述化学反应将继续进行，使正极板上的Pb02和负极板上的Pb都逐渐转变为PbS04，电解液中的PbS04逐渐减少而水增多，故电解液相对密度下降。
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理论上，放电过程应进行到极板上的活性物质全部变为硫酸铅为止，而实际上是不可能的，因为电解液不能渗透到活性物质的最内层。
使用中，所谓放完电的蓄电池，实际上只有20％~30％的活性物质变成了硫酸铅，因此采用薄型极板，增加多空率，提高极板活性物质的利用率可提高蓄电池的容量，也是蓄电池工业的发展方向。
2.3铅蓄电池的充电
充电时，应将蓄电池接直流电源。
当电源电压高于蓄电池电动势时，在直流电源电压作用下，电流从蓄电池正极流人，负极流出(即驱使电子从正极经外电路流人负极)。这时正负极板发生的反应正好与放电过程相反，其化学反应过程如图。
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在负极板处有少量的PbS04进入电解液中，离解为Pb2+和SO42-。
Pb2+在电源的作用下获得两个电子变为金属Pb，沉附在极板上。
而SO42-则与电解液中的H+结合，生成硫酸。 即： PbS04---->Pb2++SO42- Pb2++2e---->Pb SO42-+2H+---->H2S04
负极板上总的反应式为： PbS04+2e+2H+---->Pb+H2SO4
正极板处，也有少量PbS04进入电解液中，离解为Pb2+和SO42-，Pb2+在电源作用下失去两个电子变为Pb4+，它又和电解液中水离解出来的OH—结合，生成Pb(OH)4，Pb(OH)4又分解为Pb02和H20，而SO42-又与电解液中的H+结合生成硫酸。
其反应式： PbS04----> Pb2++ SO42- Pb2+-2e----> Pb4+ 4H20---->4H++4OH— Pb4++4 OH—---->Pb(OH)4 Pb(OH)4----> Pb02+2H20 2SO42-+4H+----> 2H2S04
正极板上的总反应为： PbS04—2e+2H20+ SO42----->Pb02+2H2S04
可见，在充电过程中，正负极板上的PbS04将逐渐恢复为Pb02和Pb，电解液中硫酸成分逐渐增多，水逐渐减少。
充电终期，密度将升到最大值，且会引起水的分解，水分解的化学反应式： 2H2S04 ---->4H++ SO42- 负极上：4H++4e---->2H2 正极上：2SO42--4e+2H20---->2H2S04+O2
总反应为：2H2S04+2H20---->2H2S04十2H2+O2
由上式可见，实际上分解的是水：2H20---->2H2+02 .
3电池常见故障与维修 Common faults and maintenance of batteries
蓄电池产生故障的原因很多，除制造质量和运输保管影响以外，使用和维护不当也是主要原因之一。发现故障及时分析原因，尽快采取有效措施进行排除。蓄电池常见故障的特征、发生的原因和检修的方法如下：
3.1电池内部短路 Internal battery short
a、主要特征 Main features
内部短路的电池，充电时电压低、放电时容量低；放电时，电压下降很快；充电时，电压、密度上升缓慢，充电到终期气泡冒的很微弱，甚至没有气泡发生；充放电过程中电解液温度高，上升的也很快，自放电严重。
b、故障原因 Malfunction
造成电池短路的原因主要有：导电物体落入电池内，使正、负极间搭接形成短路；隔板破损，引起正、负极板间接触；极板产生铅绒，堆积在极群两侧或上部板耳处，使正、负极板间搭桥，造成短路；极板活性物质脱落过多、沉淀物触及到极板底部，使正、负极板间形成短路等。
c、处理方法 Solutions
对于短路的电池，应首先检验有无导电物体落入电池内，如果有，则去除引起短路的导电物。吊出极群，观察是否是铅绒或脱落物质过多形成的短路，如果是，应加以清除并更换新的电解液。如隔板破损，应将极群分离开，仔细找出破损的隔板，抽出换上新的隔板。（针对以上问题的电池，客户无法自行处理的，应及时返回生产厂家进行处理）
3.2 极板不可逆硫酸盐化 Plate irreversible sulfation
a、主要特征 Main features
蓄电池放电容量降低，电解液密度低于规定的正常值；在充电过程中，其初期和终期的电压较正常电池偏高；充电时过早地发生气泡，电解液温度上升的快，易超过55℃；放电时电压下降快，过早地降到终止电压。
b、故障原因 Malfunction
蓄电池由于经常充电不足、未能及时均衡充电，经常过放电或小电流深放电，长期处于半放电或放电状态中，电解液液面过低、极板上部露出液面等原因，使正、负极板上的部分硫酸铅充电过程中难以转化为活性物质。
c、处理方法 Solutions
对已产生极板硫酸盐化的电池，程度轻微者可通过适当的过充电还原，较重者可用小电流充电法，严重者用水疗法进行处理。
为防止硫酸盐化的形成，应按使用维护手册的要求操作，并按时均衡充电，可消除硫酸盐化。
4铅酸蓄电池的环保回收 Environmental recycling
（1）蓄电池禁止随意丢弃，否则会对地球环境造成污染！
（2）蓄电池中铅、电解液、塑料是可以回收利用的循环再生材料。
（3）蓄电池回收事宜请与经销商或专业制造商联系。
结论
蓄电池是直流系统中的一个关键部件,它主要为信号系统提供电源。在使用过程中蓄电池的低效,损坏现象时有发生。综合分析可知,蓄电池使用中出现的问题多数是使用者对蓄电池的性能特点了解不够,使用与维护不当所致.本文将维护方法介绍给大家,仅供参考。
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