大容量铅酸蓄电池电解液液面高度波动规律研究

司凤荣，宋 爽



大容量铅酸蓄电池电解液液面高度波动规律研究

司凤荣，宋 爽

（武汉船用电力推进装置研究所，武汉430064）

为掌握大容量铅酸蓄电池电解液液面高度波动的变化规律，研究了蓄电池不同时率充放电过程中液面高度的变化情况，对试验结果进行了分析研究。结果表明蓄电池电解液液面波动主要是充放电过程中硫酸及水的转化造成的，充电末期电解水大量氢气氧气的产生、附着及溢出也是造成电解液液面波动的另一重要因素。其它如蓄电池极群的装配比、正负极板的孔率、充电制度、环境温度等也是影响蓄电池电解液液面高度的因素。

铅酸蓄电池 电解液 液面高度

0 引言

大容量铅酸蓄电池电解液液面高度是指蓄电池充足电静置一定时间后测得的电解液液面高度，在充放电过程中波动较大。电解液液面高度是大容量富液式铅酸蓄电池的重要参数，是蓄电池维护的重要指针。蓄电池电解液液面过低，则维护过程中需进行补水，避免极板板耳暴露于空气中，进而出现板耳跟汇流排连接处的腐蚀，导致蓄电池寿命提前终止。

为了解蓄电池充放电过程中电解液液面高度波动情况，掌握充放电过程中电解液液面变化规律。本文对大容量富液式铅酸蓄电池充放电及静置过程中的液面波动情况进行了探讨。

1 试验

制造3只蓄电池（1#～3#），分别进行5 h率、20 h率充放电试验，记录充放电过程中液面高度变化情况。同时对不同时率放电后充电完毕静置6 h后的电解液液面高度进行了试验。试验结果见图1～10。

2 结果

2.1 5h率充放电

从图1～2可以看出，蓄电池5 h率放电过程中，相应的电解液密度约从1.280 g/cm3下降到1.105 g/cm3，液面高度从82 mm下降到73 mm。整个5 h率放电过程中电解液液面下降9 mm。

图1 5 h率放电液面高度、电解液密度随时间变化曲线

图2 5 h率放电液面高度、电压随时间变化曲线

图3 5 h率放电后充电液面高度、电解液密度随时间变化曲线

图4 5 h率放电后充电液面高度、电压随时间变化曲线

从图3～4可以看出，在5 h率放电随后的充电过程中，前2 h液面下降11 mm，随后液面缓慢上升。蓄电池充电6 h达到过渡电压后，转入末级充电，电解液液面高度开始剧烈上升，电压达到2.60 V后液面达到最高点，此时电解液密度基本稳定。

图5 5 h率放电充电后搁置6 h液面高度随时间变化曲线

图6 20 h率放电液面高度、电解液密度随时间变化曲线

图7 20 h率放电液面高度、电压随时间变化曲线

图8 20 h率放电后充电液面高度、电解液密度随时间变化曲线

从图5可以看出，蓄电池充电后静置的6 h内，第1 h内电解液液面下降较快，下降14 mm，随后的5 h电解液液面缓慢下降，整个过程电解液液面下降26 mm。

2.2 20 h率充放电

从图6～7可以看出，蓄电池20 h率放电过程中，电解液液面下降主要在前6 h。相应的电解液密度约从1.285 g/cm3下降到1.221 g/cm3，液面高度从90 mm下降到68 mm。整个20 h率放电过程中电解液液面下降24mm。

从图8～9可以看出，在20 h率放电随后的充电过程中，前2 h液面下降5 mm，随后液面缓慢上升。充电7 h达到过渡电压后，转入末级电流充电，电解液液面开始剧烈上升，电压达到2.60 V后液面达到最高点，此时电解液密度基本稳定。

从图10可以看出，蓄电池充电后静置的6 h内，第1 h内电解液液面高度下降较快，下降13 mm，随后的5 h电解液液面高度缓慢下降，整个过程电解液液面下降24 mm。

图9 20h率放电后充电液面高度、电压随时间变化曲线

图10 20h率放电充电后搁置6 h液面高度随时间变化曲线

3 讨论

蓄电池在充放电过程中，充电过程中液面上升，放电过程中液面下降。从铅酸蓄电池主反应PbO2+Pb+2H2SO4=2PbSO4+H2O可以看出，充放电过程中电解液液面波动主要受蓄电池主反应影响，即由电解液硫酸与水的相互转化引起。

从蓄电池各时率放电后的充电过程中可以看出，充电过程中液面剧烈上升均出现在蓄电池转入末级充电后，在电压达到2.60 V后蓄电池液面高度达到最高点。此时，蓄电池充电在进行电解水，正负极上产生大量的氢气氧气，部分附着在电极表面，部分逸出，造成蓄电池液面高度的剧烈上升。由此可以看出，蓄电池电极内部的气体是影响蓄电池液面波动的另一重要因素。

蓄电池在充足电后搁置6 h的过程中，部分附着在电极上的气泡逸出，电解液液面高度有一定程度的下降，其中最初的1 h内液面下降较快。

4 结束语

影响蓄电池电解液液面高度的因素较多，是各种因素综合影响的结果。蓄电池充放电过程中电解液液面波动主要是电解液硫酸及水之间的相互转化造成的。蓄电池充电末期产生大量气体在正负电极上附着及逸出，也是造成电解液液面波动的另一重要因素。其它如蓄电池极群的装配比、正负极板的孔率、充电制度、环境温度等也是影响蓄电池电解液液面高度的因素。

参考文献：

[1] 桂长青, 实用蓄电池手册[M]. 北京: 机械工业出版社, 2010, 42-43.

[2] 朱松然, 蓄电池手册[M].天津: 天津大学出版社, 1998, 236-237.

[3] 彭澎等. 铅酸蓄电池可用容量分析方法研究[J]. 船电技术, 2015, 35(2): 6-8.

[4] 皮湛恩等. 富液式动力铅酸蓄电池失效模式分析及预防措施[J]. 船电技术, 2015, 35(8): 58-60.

[5] 彭澎等. 船用长寿命铅酸蓄电池研究[J]. 船电技术, 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

司凤荣（1977-），女，高级工程师。研究方向：化学电源。