新聞主題	柴油機(jī)啟動(dòng)電瓶充放電原理、技術(shù)檢查和維護(hù)保養(yǎng)

 

摘要：柴油發(fā)電機(jī)組作為應(yīng)急備用電源設(shè)備，平時(shí)絕大多數(shù)時(shí)間處于待機(jī)狀態(tài)，投入使用時(shí)間較少，為使柴油發(fā)電機(jī)組在平時(shí)開(kāi)機(jī)較少的前提下，在應(yīng)急時(shí)能及時(shí)供電和安全可靠運(yùn)行，停電結(jié)束后完成應(yīng)急任務(wù)又能立即停機(jī)，必須做好柴油發(fā)電機(jī)組的日常維護(hù)保養(yǎng)和管理工作。康明斯公司在本文中主要強(qiáng)調(diào)了啟動(dòng)系統(tǒng)和蓄電池各自組成及作用，重點(diǎn)論述了蓄電池的充放電過(guò)程和工作原理，以及啟動(dòng)電瓶的后期維護(hù)保養(yǎng)相關(guān)內(nèi)容。

 

一、啟動(dòng)系統(tǒng)組成與作用

 

1、啟動(dòng)系統(tǒng)的組成

       柴油發(fā)電機(jī)組是由柴油機(jī)、 相交流同步發(fā)電機(jī)、控制屏、起動(dòng)和控制用蓄電池等組成（實(shí)物安裝如圖1所示）。而啟動(dòng)系統(tǒng)主要由蓄電池、充電機(jī)、調(diào)節(jié)器、充電指示燈、啟動(dòng)開(kāi)關(guān)等組成（電路如圖2所示）。其中，蓄電池是發(fā)電機(jī)組的起動(dòng)電源，起動(dòng)系統(tǒng)需要24v的電池電流，由二只12v鉛酸電池串聯(lián)而成。連接時(shí)需注意正負(fù)極，同時(shí)注意蓄電池的負(fù)極放在最后連接以減少電弧的危險(xiǎn)。蓄電池是柴油發(fā)電機(jī)組不可缺少的部分，約有90％的充電機(jī)故障源于蓄電池。

 

圖1  柴油發(fā)電機(jī)組實(shí)物安裝圖

圖2   柴油機(jī)啟動(dòng)系統(tǒng)電路圖

 

2、啟動(dòng)系統(tǒng)的作用

      簡(jiǎn)單而言，啟動(dòng)系統(tǒng)的作用就是向發(fā)電機(jī)組上的用電設(shè)備供電。在發(fā)電機(jī)組上，蓄電池和充電機(jī)是并聯(lián)連接配合供電的。它們配合供電的情況如下：

① 啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)，由蓄電池向起動(dòng)機(jī)、啟動(dòng)開(kāi)關(guān)、控制器等主要用電設(shè)備供電。

② 發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)后，充電機(jī)電壓低于蓄電池電壓時(shí)，由蓄電池向發(fā)電機(jī)組上的用電設(shè)備供電。

③ 發(fā)動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行，充電機(jī)電壓高于蓄電池電壓時(shí)，由充電機(jī)向發(fā)電機(jī)組上除起動(dòng)機(jī)以外的所有用電設(shè)備供電，同時(shí)向蓄電池充電。

④ 當(dāng)同時(shí)工作的用電設(shè)備過(guò)多，用電量過(guò)大，超過(guò)充電機(jī)供電能力時(shí)，蓄電池協(xié)助充電機(jī)向用電設(shè)備供電。

      蓄電池、充電機(jī)與發(fā)電機(jī)組用電設(shè)備都是并聯(lián)的。在發(fā)動(dòng)機(jī)正常工作時(shí)，用電設(shè)備主要由充電機(jī)供電，同時(shí)充電機(jī)還向蓄電池充電，所以充電機(jī)在發(fā)電機(jī)組上是主要的供電電源；而啟動(dòng)時(shí)，主要由蓄電池向起動(dòng)機(jī)提供強(qiáng)大的啟動(dòng)電流，所以將蓄電池稱發(fā)電機(jī)組的啟動(dòng)電源；放電警告燈用來(lái)指示蓄電池的充放電狀況；調(diào)節(jié)器的作用是使充電機(jī)在轉(zhuǎn)速變化時(shí)，能保持其輸出電壓恒定。

3、啟動(dòng)系統(tǒng)的電流流向

      當(dāng)啟動(dòng)開(kāi)關(guān)處于ON位置時(shí)，電流從蓄電池流向充電機(jī)的勵(lì)磁繞組供電。這是因?yàn)槌潆姍C(jī)是通過(guò)導(dǎo)體切割磁力線來(lái)發(fā)電的，但充電機(jī)產(chǎn)生磁力線的磁體不是永久磁體，而是電磁體，它要通過(guò)內(nèi)部線圈通以電流來(lái)產(chǎn)生磁場(chǎng)。因此，在啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)，充電機(jī)準(zhǔn)備發(fā)電之前必須由蓄電池向充電機(jī)勵(lì)磁繞組供電。

（1）當(dāng)啟動(dòng)開(kāi)關(guān)處于ON位置，但發(fā)動(dòng)機(jī)不運(yùn)行時(shí)，啟動(dòng)系統(tǒng)中電流的流向如圖3所示。

（2）當(dāng)啟動(dòng)開(kāi)關(guān)處于ON位置，且發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，啟動(dòng)系統(tǒng)中電流的流向如圖4所示。

 

圖3  發(fā)動(dòng)機(jī)不運(yùn)行時(shí)啟動(dòng)電池電流流向

圖4  發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)啟動(dòng)電池電流流向

 

 

二、蓄電池的結(jié)構(gòu)及原理

 

      蓄電池既是一種儲(chǔ)存電能的裝置，又是一個(gè)化學(xué)電源，它輸出的電流是直流電。一旦連接外部負(fù)載（稱放電）或接通充電電路（稱充電），它便開(kāi)始了能量轉(zhuǎn)換過(guò)程。在放電過(guò)程中，蓄電池中的化學(xué)能轉(zhuǎn)變成電能；在充電過(guò)程中，電能被轉(zhuǎn)變成化學(xué)能。

1、蓄電池的用途

      蓄電池的作用如下：

① 在啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)期間，它為啟動(dòng)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、電子燃油噴射系統(tǒng)和儀表等發(fā)電機(jī)組的其他電氣設(shè)備供電；

② 當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)或低怠速運(yùn)轉(zhuǎn)的時(shí)候，由它給工程機(jī)械用電設(shè)備供電；

③ 當(dāng)用電需求超過(guò)充電機(jī)供電能力時(shí)，蓄電池也參加供電；

④ 蓄電池起到了整車電氣系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定器的作用，能夠緩和電氣系統(tǒng)中的沖擊電壓，保護(hù)發(fā)電機(jī)組上的電子設(shè)備；

⑤ 在充電機(jī)正常工作時(shí)，蓄電池將充電機(jī)發(fā)出多余的電能存儲(chǔ)起來(lái)逐一充電。

2、普通型蓄電池的結(jié)構(gòu)

      蓄電池通常由正極板、負(fù)極板、隔板、電解液、電池蓋板、聯(lián)條、加液孔塞和電池外殼組成，如圖5、圖6所示。蓄電池一般分隔為3個(gè)或6個(gè)單格，每個(gè)單格電池的標(biāo)稱電壓為2V，將3個(gè)或6個(gè)單格電池串聯(lián)后制成一只6V或12V蓄電池總成。目前，裝在汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)電機(jī)組上使用的是有6個(gè)單格電池組成的12V蓄電池，裝在柴油發(fā)動(dòng)機(jī)上使用的是由12個(gè)單格電池組成的24V蓄電池。

（1）蓄電池的正極板上是二氧化鉛，負(fù)極板上是海綿狀純鉛，它們是參與化學(xué)反應(yīng)的活性物質(zhì)。

（2）在蓄電池中，與活性物質(zhì)反應(yīng)的電解質(zhì)是由化學(xué)純凈硫酸和蒸餾水按一定比例配制而成的，稱電解液。水的質(zhì)量密度為1g/cm³，硫酸的質(zhì)量密度為1.84g/cm³，兩者以不同的比例混合后形成不同密度的電解液。

（3）蓄電池電解液的質(zhì)量密度一般為（1.24～1.30）g/cm³。使用中，密度的大小應(yīng)根據(jù)地區(qū)、氣候條件（一般是低氣溫選高密度；高氣溫選低密度。在不致結(jié)冰的情況下，盡量選較低密度的電解液）和制造廠要求而定。

 

圖5  啟動(dòng)蓄電池結(jié)構(gòu)圖

圖6  啟動(dòng)蓄電池剖視圖

 

3、蓄電池的工作原理

      蓄電池的工作原理實(shí)質(zhì)上就是化學(xué)能與電能的相互轉(zhuǎn)化（如圖12，13所示）。當(dāng)蓄電池將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能而向外供電時(shí)，稱為放電過(guò)程；當(dāng)蓄電池與外界直流電源相連，而將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能儲(chǔ)存起來(lái)時(shí)，稱為充電過(guò)程。

 

圖7  啟動(dòng)蓄電池充放電狀態(tài)圖

圖8  啟動(dòng)蓄電池充放電過(guò)程

4、蓄電池充電

      充電過(guò)程是蓄電池與外接直流電源連接后，將放電時(shí)生成的硫酸鉛和水還原成活性物質(zhì)和硫酸的過(guò)程。

PbO?+Pb+2H?SO?=2PbSO?+2H?O

      當(dāng)蓄電池充足電時(shí)，正極板上的硫酸鉛還原成活性物質(zhì)——二氧化鉛，負(fù)極板上的硫酸鉛還原成活性物質(zhì)——純鉛。電解液中，水消耗，還原成硫酸。蓄電池的電量恢復(fù)。

      充電時(shí)有可燃?xì)怏w（氫）產(chǎn)生，必須打開(kāi)通氣孔蓋和任何的密封，否則會(huì)損壞極板或隔離板，并禁止燃燒物體接近蓄電池。偶爾使用發(fā)電機(jī)組工作的，電池電解液比重將降低，必須進(jìn)行補(bǔ)充充電直到所有的單元比重上升并在3個(gè)小時(shí)內(nèi)保持恒定，在很少使用了發(fā)電機(jī)組的時(shí)候，必須安排電池每個(gè)月補(bǔ)充充電以確保電池保持充足準(zhǔn)啟動(dòng)狀態(tài)，常規(guī)充電的電池每6個(gè)月必須做一次深度充電，直到電壓和比重都有回升。充電完畢后如檢測(cè)比重不在此范圍，則須使用蒸餾水或比重為1.4的稀硫酸調(diào)整。

5、蓄電池放電

      放電過(guò)程是蓄電池與用電設(shè)備電路接通時(shí)，正極板上的二氧化鉛、負(fù)極板上的純鉛與電解液反應(yīng)生成硫酸鉛和水的過(guò)程。

（1）在電解液（純硫酸+蒸餾水）作用下，發(fā)生如圖1.15所示的化學(xué)反應(yīng)。蓄電池的充、放電過(guò)程中的化學(xué)反應(yīng)是可逆的，總的反應(yīng)式如下：PbO?+Pb+2H?SO?=2PbSO?+2H?O

（2）理論上，放電過(guò)程可以進(jìn)行到極板上的全部活性物質(zhì)都轉(zhuǎn)變?yōu)榱蛩徙U為止。實(shí)際上，由于放電過(guò)程中生成的硫酸鉛的體積較原活性物質(zhì)的體積大，先生成的硫酸鉛逐漸地堵塞了極板的孔隙，使電解液不能滲透到極板內(nèi)層，在大部分活性物質(zhì)沒(méi)有來(lái)得及參加化學(xué)反應(yīng)時(shí)放電化學(xué)反應(yīng)就停止了。

（3）發(fā)電機(jī)組用蓄電池放完電時(shí)的電壓是1.75V（單格電池電壓）。如電壓下降到1.75V以下的放電為過(guò)度放電，過(guò)度放電會(huì)在極板上生成粗結(jié)晶的硫酸鉛（稱極板硫化故障），它在充電時(shí)不易還原，使極板損壞。

 

三、技術(shù)檢查與維護(hù)

 

      蓄電池技術(shù)狀況的檢測(cè)包括電解液液面高度的檢查、蓄電池端電壓的檢測(cè)、電解液密度的測(cè)量及蓄電池放電程度的檢查。

1、蓄電池電解液液面檢查

      必須定期的檢查電解液的高度，如有必要應(yīng)添加蒸餾水。蓄電池的殼體為透明或半透明材料制成的，在上面有正常液位范圍標(biāo)記（如圖1.16所示）。電解液的液位必須在該范圍之內(nèi)，即保持足夠高以沒(méi)過(guò)各電解槽中的極板。

2、蓄電池端電壓的檢測(cè)

（1）用高率放電計(jì)測(cè)量單格電池的端電壓（如圖9所示）：

① 放電計(jì)的兩觸針緊壓在蓄電池單格的正、負(fù)極樁上。

② 測(cè)量5s，觀察放電計(jì)的電壓，記錄電壓值。

③ 分別測(cè)得6個(gè)單格的電壓。此時(shí)，蓄電池是在大電流放電情況下的端電壓，各單格的端電壓應(yīng)在1.5V以上，且能穩(wěn)定5s。如果各單格的電壓低于1.5V，但5s內(nèi)尚能穩(wěn)定者，則為放電過(guò)多，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行充電恢復(fù)；單格電壓低于1.5V，且5s內(nèi)電壓迅速下降，則表示有故障。某單格無(wú)電壓指示，說(shuō)明內(nèi)部有短路、斷路或嚴(yán)重硫化故障。

（2）用萬(wàn)用表測(cè)量蓄電池的端電壓（如圖10所示)：

① 將萬(wàn)用表置于直流10V擋；

② 將萬(wàn)用表的正表筆接蓄電池單格的正極端，負(fù)表筆接負(fù)極端。

③ 讀出指示電壓值，2V為正常值。

④ 電壓值低于1.7V，表明蓄電池已放電，需進(jìn)行保養(yǎng)充電。

 

圖9  蓄電池電壓檢測(cè)示意圖

圖10  單個(gè)電池端電壓測(cè)量

 

3、放電程度的檢查方法

      電解液密度與放電程度的關(guān)系為，電解液密度每下降0.01g/cm³相當(dāng)于蓄電池放電6%。當(dāng)判定蓄電池在夏季放電超過(guò)50%，冬季放電超過(guò)25%時(shí)，則蓄電池不宜再使用，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行充電，也可采用外置充電器（如圖11所示）；否則，會(huì)使蓄電池早期損壞。蓄電池的放電程度可通過(guò)用密度計(jì)測(cè)量電解液密度來(lái)估算（如圖12所示），也可用高率放電計(jì)測(cè)量單格電池電壓來(lái)判定。

 

外置充電器對(duì)蓄電池充電示意圖

圖12  蓄電池電解液密度測(cè)量

 

4、維護(hù)

（1）蓄電池端子和連接部應(yīng)涂抹石油油脂防止腐蝕；

（2）保持電池及周圍的區(qū)域潔凈和干燥，不污穢臟亂，尤其是通氣塞周圍保持潔凈；

（3）確保通氣孔蓋或塞已被蓋緊或塞緊；經(jīng)常檢查電解液液位，必要時(shí)加注蒸餾水，保持不低于電極板。

 （4） 加注電解液

      正常的操作及充電會(huì)導(dǎo)致蓄電池內(nèi)一些水被蒸發(fā)，液位低于電極板時(shí)，需要對(duì)蓄電池進(jìn)行補(bǔ)液，補(bǔ)液時(shí)應(yīng)先清潔加注口周圍的污物，防止其落入電極板中，然后把加注口打開(kāi)加入適量的蒸餾水或純凈水，切勿加得過(guò)滿（以電極板刻度為標(biāo)準(zhǔn)） ，否則，蓄電池放電/充電時(shí)，內(nèi)部的電解液會(huì)從加注中的溢流孔涌出，造成對(duì)周圍物體、環(huán)境的腐蝕破壞。在加注電池電解液后一個(gè)月內(nèi)不充電，不使用，將導(dǎo)致電池內(nèi)部極板損壞，蓄電池?fù)p壞。

 

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