大容量鉛酸蓄電池電解液液面高度波動規律研究

司鳳榮，宋 爽

?

大容量鉛酸蓄電池電解液液面高度波動規律研究

司鳳榮，宋 爽

（武漢船用電力推進裝置研究所，武漢430064）

為掌握大容量鉛酸蓄電池電解液液面高度波動的變化規律，研究了蓄電池不同時率充放電過程中液面高度的變化情況，對試驗結果進行了分析研究。結果表明蓄電池電解液液面波動主要是充放電過程中硫酸及水的轉化造成的，充電末期電解水大量氫氣氧氣的產生、附著及溢出也是造成電解液液面波動的另一重要因素。其它如蓄電池極群的裝配比、正負極板的孔率、充電制度、環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間后測得的電解液液面高度，在充放電過程中波動較大。電解液液面高度是大容量富液式鉛酸蓄電池的重要參數，是蓄電池維護的重要指針。蓄電池電解液液面過低，則維護過程中需進行補水，避免極板板耳暴露于空氣中，進而出現板耳跟匯流排連接處的腐蝕，導致蓄電池壽命提前終止。

為了解蓄電池充放電過程中電解液液面高度波動情況，掌握充放電過程中電解液液面變化規律。本文對大容量富液式鉛酸蓄電池充放電及靜置過程中的液面波動情況進行了探討。

1 試驗

制造3只蓄電池（1#～3#），分別進行5 h率、20 h率充放電試驗，記錄充放電過程中液面高度變化情況。同時對不同時率放電后充電完畢靜置6 h后的電解液液面高度進行了試驗。試驗結果見圖1～10。

2 結果

2.1 5h率充放電

從圖1～2可以看出，蓄電池5 h率放電過程中，相應的電解液密度約從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5 h率放電過程中電解液液面下降9 mm。

圖1 5 h率放電液面高度、電解液密度隨時間變化曲線

圖2 5 h率放電液面高度、電壓隨時間變化曲線

圖3 5 h率放電后充電液面高度、電解液密度隨時間變化曲線

圖4 5 h率放電后充電液面高度、電壓隨時間變化曲線

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達到過渡電壓后，轉入末級充電，電解液液面高度開始劇烈上升，電壓達到2.60 V后液面達到最高點，此時電解液密度基本穩定。

圖5 5 h率放電充電后擱置6 h液面高度隨時間變化曲線

圖6 20 h率放電液面高度、電解液密度隨時間變化曲線

圖7 20 h率放電液面高度、電壓隨時間變化曲線

圖8 20 h率放電后充電液面高度、電解液密度隨時間變化曲線

從圖5可以看出，蓄電池充電后靜置的6 h內，第1 h內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，整個過程電解液液面下降26 mm。

2.2 20 h率充放電

從圖6～7可以看出，蓄電池20 h率放電過程中，電解液液面下降主要在前6 h。相應的電解液密度約從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20 h率放電過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程中，前2 h液面下降5 mm，隨后液面緩慢上升。充電7 h達到過渡電壓后，轉入末級電流充電，電解液液面開始劇烈上升，電壓達到2.60 V后液面達到最高點，此時電解液密度基本穩定。

從圖10可以看出，蓄電池充電后靜置的6 h內，第1 h內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，整個過程電解液液面下降24 mm。

圖9 20h率放電后充電液面高度、電壓隨時間變化曲線

圖10 20h率放電充電后擱置6 h液面高度隨時間變化曲線

3 討論

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

從蓄電池各時率放電后的充電過程中可以看出，充電過程中液面劇烈上升均出現在蓄電池轉入末級充電后，在電壓達到2.60 V后蓄電池液面高度達到最高點。此時，蓄電池充電在進行電解水，正負極上產生大量的氫氣氧氣，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，蓄電池電極內部的氣體是影響蓄電池液面波動的另一重要因素。

蓄電池在充足電后擱置6 h的過程中，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內液面下降較快。

4 結束語

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果。蓄電池充放電過程中電解液液面波動主要是電解液硫酸及水之間的相互轉化造成的。蓄電池充電末期產生大量氣體在正負電極上附著及逸出，也是造成電解液液面波動的另一重要因素。其它如蓄電池極群的裝配比、正負極板的孔率、充電制度、環境溫度等也是影響蓄電池電解液液面高度的因素。

參考文獻：

[1] 桂長青, 實用蓄電池手冊[M]. 北京: 機械工業出版社, 2010, 42-43.

[2] 朱松然, 蓄電池手冊[M].天津: 天津大學出版社, 1998, 236-237.

[3] 彭澎等. 鉛酸蓄電池可用容量分析方法研究[J]. 船電技術, 2015, 35(2): 6-8.

[4] 皮湛恩等. 富液式動力鉛酸蓄電池失效模式分析及預防措施[J]. 船電技術, 2015, 35(8): 58-60.

[5] 彭澎等. 船用長壽命鉛酸蓄電池研究[J]. 船電技術, 2013, 33(1): 28-30.

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，高級工程師。研究方向：化學電源。