啟動電瓶充放電原理、技術檢查和維護保養
發布時間：2025-09-21 點擊：50
柴油機啟動電瓶充放電原理、技術檢查和維護保養
柴油發電機組作為應急備用電源設備，平時絕大多數時間處于待機狀態，投入使用時間較少，為使柴油發電機組在平時開機較少的前提下，在應急時能及時供電和安全可靠運行，停電結束后完成應急任務又能立即停機，必須做好柴油發電機組的日常維護保養和管理工作。康明斯公司在本文中主要強調了啟動系統和蓄電池各自組成及作用，重點論述了蓄電池的充放電過程和工作原理，以及啟動電瓶的后期維護保養相關內容。
一、啟動系統組成與作用
1、啟動系統的組成
柴油發電機組是由柴油機、 相交流同步發電機、控制屏、起動和控制用蓄電池等組成（實物安裝如圖1所示）。而啟動系統主要由蓄電池、充電機、調節器、充電指示燈、啟動開關等組成（電路如圖2所示）。其中，蓄電池是發電機組的起動電源，起動系統需要24v的電池電流，由二只12v鉛酸電池串聯而成。連接時需注意正負極，同時注意蓄電池的負極放在最后連接以減少電弧的危險。蓄電池是柴油發電機組不可缺少的部分，約有90％的充電機故障源于蓄電池。
圖1 柴油發電機組實物安裝圖
圖2 柴油機啟動系統電路圖
2、啟動系統的作用
簡單而言，啟動系統的作用就是向發電機組上的用電設備供電。在發電機組上，蓄電池和充電機是并聯連接配合供電的。它們配合供電的情況如下：
① 啟動發動機時，由蓄電池向起動機、啟動開關、控制器等主要用電設備供電。
② 發動機啟動后，充電機電壓低于蓄電池電壓時，由蓄電池向發電機組上的用電設備供電。
③ 發動機正常運行，充電機電壓高于蓄電池電壓時，由充電機向發電機組上除起動機以外的所有用電設備供電，同時向蓄電池充電。
④ 當同時工作的用電設備過多，用電量過大，超過充電機供電能力時，蓄電池協助充電機向用電設備供電。
蓄電池、充電機與發電機組用電設備都是并聯的。在發動機正常工作時，用電設備主要由充電機供電，同時充電機還向蓄電池充電，所以充電機在發電機組上是主要的供電電源；而啟動時，主要由蓄電池向起動機提供強大的啟動電流，所以將蓄電池稱發電機組的啟動電源；放電警告燈用來指示蓄電池的充放電狀況；調節器的作用是使充電機在轉速變化時，能保持其輸出電壓恒定。
3、啟動系統的電流流向
當啟動開關處于on位置時，電流從蓄電池流向充電機的勵磁繞組供電。這是因為充電機是通過導體切割磁力線來發電的，但充電機產生磁力線的磁體不是永久磁體，而是電磁體，它要通過內部線圈通以電流來產生磁場。因此，在啟動發動機時，充電機準備發電之前必須由蓄電池向充電機勵磁繞組供電。
（1）當啟動開關處于on位置，但發動機不運行時，啟動系統中電流的流向如圖3所示。
（2）當啟動開關處于on位置，且發動機運行時，啟動系統中電流的流向如圖4所示。
圖3 發動機不運行時啟動電池電流流向
圖4 發動機運行時啟動電池電流流向
二、蓄電池的結構及原理
蓄電池既是一種儲存電能的裝置，又是一個化學電源，它輸出的電流是直流電。一旦連接外部負載（稱放電）或接通充電電路（稱充電），它便開始了能量轉換過程。在放電過程中，蓄電池中的化學能轉變成電能；在充電過程中，電能被轉變成化學能。
1、蓄電池的用途
蓄電池的作用如下：
① 在啟動發動機期間，它為啟動系統、控制系統、電子燃油噴射系統和儀表等發電機組的其他電氣設備供電；
② 當發動機停止運轉或低怠速運轉的時候，由它給工程機械用電設備供電；
③ 當用電需求超過充電機供電能力時，蓄電池也參加供電；
④ 蓄電池起到了整車電氣系統的電壓穩定器的作用，能夠緩和電氣系統中的沖擊電壓，保護發電機組上的電子設備；
⑤ 在充電機正常工作時，蓄電池將充電機發出多余的電能存儲起來逐一充電。
2、普通型蓄電池的結構
蓄電池通常由正極板、負極板、隔板、電解液、電池蓋板、聯條、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個或6個單格，每個單格電池的標稱電壓為2v，將3個或6個單格電池串聯后制成一只6v或12v蓄電池總成。目前，裝在汽油發動機的發電機組上使用的是有6個單格電池組成的12v蓄電池，裝在柴油發動機上使用的是由12個單格電池組成的24v蓄電池。
（1）蓄電池的正極板上是二氧化鉛，負極板上是海綿狀純鉛，它們是參與化學反應的活性物質。
（2）在蓄電池中，與活性物質反應的電解質是由化學純凈硫酸和蒸餾水按一定比例配制而成的，稱電解液。水的質量密度為1g/cm³，硫酸的質量密度為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）蓄電池電解液的質量密度一般為（1.24～1.30）g/cm³。使用中，密度的大小應根據地區、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 啟動蓄電池結構圖
圖6 啟動蓄電池剖視圖
3、蓄電池的工作原理
蓄電池的工作原理實質上就是化學能與電能的相互轉化（如圖12，13所示）。當蓄電池將化學能轉化為電能而向外供電時，稱為放電過程；當蓄電池與外界直流電源相連，而將電能轉化為化學能儲存起來時，稱為充電過程。
圖7 啟動蓄電池充放電狀態圖
圖8 啟動蓄電池充放電過程
4、蓄電池充電
充電過程是蓄電池與外接直流電源連接后，將放電時生成的硫酸鉛和水還原成活性物質和硫酸的過程。
pbo?+pb+2h?so?=2pbso?+2h?o
當蓄電池充足電時，正極板上的硫酸鉛還原成活性物質——二氧化鉛，負極板上的硫酸鉛還原成活性物質——純鉛。電解液中，水消耗，還原成硫酸。蓄電池的電量恢復。
充電時有可燃氣體（氫）產生，必須打開通氣孔蓋和任何的密封，否則會損壞極板或隔離板，并禁止燃燒物體接近蓄電池。偶爾使用發電機組工作的，電池電解液比重將降低，必須進行補充充電直到所有的單元比重上升并在3個小時內保持恒定，在很少使用了發電機組的時候，必須安排電池每個月補充充電以確保電池保持充足準啟動狀態，常規充電的電池每6個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的稀硫酸調整。
5、蓄電池放電
放電過程是蓄電池與用電設備電路接通時，正極板上的二氧化鉛、負極板上的純鉛與電解液反應生成硫酸鉛和水的過程。
（1）在電解液（純硫酸+蒸餾水）作用下，發生如圖1.15所示的化學反應。蓄電池的充、放電過程中的化學反應是可逆的，總的反應式如下：pbo?+pb+2h?so?=2pbso?+2h?o
（2）理論上，放電過程可以進行到極板上的全部活性物質都轉變為硫酸鉛為止。實際上，由于放電過程中生成的硫酸鉛的體積較原活性物質的體積大，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層，在大部分活性物質沒有來得及參加化學反應時放電化學反應就停止了。
（3）發電機組用蓄電池放完電時的電壓是1.75v（單格電池電壓）。如電壓下降到1.75v以下的放電為過度放電，過度放電會在極板上生成粗結晶的硫酸鉛（稱極板硫化故障），它在充電時不易還原，使極板損壞。
三、技術檢查與維護
蓄電池技術狀況的檢測包括電解液液面高度的檢查、蓄電池端電壓的檢測、電解液密度的測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記（如圖1.16所示）。電解液的液位必須在該范圍之內，即保持足夠高以沒過各電解槽中的極板。
2、蓄電池端電壓的檢測
（1）用高率放電計測量單格電池的端電壓（如圖9所示）：
① 放電計的兩觸針緊壓在蓄電池單格的正、負極樁上。
② 測量5s，觀察放電計的電壓，記錄電壓值。
③ 分別測得6個單格的電壓。此時，蓄電池是在大電流放電情況下的端電壓，各單格的端電壓應在1.5v以上，且能穩定5s。如果各單格的電壓低于1.5v，但5s內尚能穩定者，則為放電過多，應及時進行充電恢復；單格電壓低于1.5v，且5s內電壓迅速下降，則表示有故障。某單格無電壓指示，說明內部有短路、斷路或嚴重硫化故障。
（2）用萬用表測量蓄電池的端電壓（如圖10所示)：
① 將萬用表置于直流10v擋；
② 將萬用表的正表筆接蓄電池單格的正極端，負表筆接負極端。
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，需進行保養充電。
圖9 蓄電池電壓檢測示意圖
圖10 單個電池端電壓測量
3、放電程度的檢查方法
電解液密度與放電程度的關系為，電解液密度每下降0.01g/cm³相當于蓄電池放電6%。當判定蓄電池在夏季放電超過50%，冬季放電超過25%時，則蓄電池不宜再使用，應及時進行充電，也可采用外置充電器（如圖11所示）；否則，會使蓄電池早期損壞。蓄電池的放電程度可通過用密度計測量電解液密度來估算（如圖
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一、啟動系統組成與作用
1、啟動系統的組成
柴油發電機組是由柴油機、 相交流同步發電機、控制屏、起動和控制用蓄電池等組成（實物安裝如圖1所示）。而啟動系統主要由蓄電池、充電機、調節器、充電指示燈、啟動開關等組成（電路如圖2所示）。其中，蓄電池是發電機組的起動電源，起動系統需要24v的電池電流，由二只12v鉛酸電池串聯而成。連接時需注意正負極，同時注意蓄電池的負極放在最后連接以減少電弧的危險。蓄電池是柴油發電機組不可缺少的部分，約有90％的充電機故障源于蓄電池。
圖1 柴油發電機組實物安裝圖
圖2 柴油機啟動系統電路圖
2、啟動系統的作用
簡單而言，啟動系統的作用就是向發電機組上的用電設備供電。在發電機組上，蓄電池和充電機是并聯連接配合供電的。它們配合供電的情況如下：
① 啟動發動機時，由蓄電池向起動機、啟動開關、控制器等主要用電設備供電。
② 發動機啟動后，充電機電壓低于蓄電池電壓時，由蓄電池向發電機組上的用電設備供電。
③ 發動機正常運行，充電機電壓高于蓄電池電壓時，由充電機向發電機組上除起動機以外的所有用電設備供電，同時向蓄電池充電。
④ 當同時工作的用電設備過多，用電量過大，超過充電機供電能力時，蓄電池協助充電機向用電設備供電。
蓄電池、充電機與發電機組用電設備都是并聯的。在發動機正常工作時，用電設備主要由充電機供電，同時充電機還向蓄電池充電，所以充電機在發電機組上是主要的供電電源；而啟動時，主要由蓄電池向起動機提供強大的啟動電流，所以將蓄電池稱發電機組的啟動電源；放電警告燈用來指示蓄電池的充放電狀況；調節器的作用是使充電機在轉速變化時，能保持其輸出電壓恒定。
3、啟動系統的電流流向
當啟動開關處于on位置時，電流從蓄電池流向充電機的勵磁繞組供電。這是因為充電機是通過導體切割磁力線來發電的，但充電機產生磁力線的磁體不是永久磁體，而是電磁體，它要通過內部線圈通以電流來產生磁場。因此，在啟動發動機時，充電機準備發電之前必須由蓄電池向充電機勵磁繞組供電。
（1）當啟動開關處于on位置，但發動機不運行時，啟動系統中電流的流向如圖3所示。
（2）當啟動開關處于on位置，且發動機運行時，啟動系統中電流的流向如圖4所示。
圖3 發動機不運行時啟動電池電流流向
圖4 發動機運行時啟動電池電流流向
二、蓄電池的結構及原理
蓄電池既是一種儲存電能的裝置，又是一個化學電源，它輸出的電流是直流電。一旦連接外部負載（稱放電）或接通充電電路（稱充電），它便開始了能量轉換過程。在放電過程中，蓄電池中的化學能轉變成電能；在充電過程中，電能被轉變成化學能。
1、蓄電池的用途
蓄電池的作用如下：
① 在啟動發動機期間，它為啟動系統、控制系統、電子燃油噴射系統和儀表等發電機組的其他電氣設備供電；
② 當發動機停止運轉或低怠速運轉的時候，由它給工程機械用電設備供電；
③ 當用電需求超過充電機供電能力時，蓄電池也參加供電；
④ 蓄電池起到了整車電氣系統的電壓穩定器的作用，能夠緩和電氣系統中的沖擊電壓，保護發電機組上的電子設備；
⑤ 在充電機正常工作時，蓄電池將充電機發出多余的電能存儲起來逐一充電。
2、普通型蓄電池的結構
蓄電池通常由正極板、負極板、隔板、電解液、電池蓋板、聯條、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個或6個單格，每個單格電池的標稱電壓為2v，將3個或6個單格電池串聯后制成一只6v或12v蓄電池總成。目前，裝在汽油發動機的發電機組上使用的是有6個單格電池組成的12v蓄電池，裝在柴油發動機上使用的是由12個單格電池組成的24v蓄電池。
（1）蓄電池的正極板上是二氧化鉛，負極板上是海綿狀純鉛，它們是參與化學反應的活性物質。
（2）在蓄電池中，與活性物質反應的電解質是由化學純凈硫酸和蒸餾水按一定比例配制而成的，稱電解液。水的質量密度為1g/cm³，硫酸的質量密度為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）蓄電池電解液的質量密度一般為（1.24～1.30）g/cm³。使用中，密度的大小應根據地區、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 啟動蓄電池結構圖
圖6 啟動蓄電池剖視圖
3、蓄電池的工作原理
蓄電池的工作原理實質上就是化學能與電能的相互轉化（如圖12，13所示）。當蓄電池將化學能轉化為電能而向外供電時，稱為放電過程；當蓄電池與外界直流電源相連，而將電能轉化為化學能儲存起來時，稱為充電過程。
圖7 啟動蓄電池充放電狀態圖
圖8 啟動蓄電池充放電過程
4、蓄電池充電
充電過程是蓄電池與外接直流電源連接后，將放電時生成的硫酸鉛和水還原成活性物質和硫酸的過程。
pbo?+pb+2h?so?=2pbso?+2h?o
當蓄電池充足電時，正極板上的硫酸鉛還原成活性物質——二氧化鉛，負極板上的硫酸鉛還原成活性物質——純鉛。電解液中，水消耗，還原成硫酸。蓄電池的電量恢復。
充電時有可燃氣體（氫）產生，必須打開通氣孔蓋和任何的密封，否則會損壞極板或隔離板，并禁止燃燒物體接近蓄電池。偶爾使用發電機組工作的，電池電解液比重將降低，必須進行補充充電直到所有的單元比重上升并在3個小時內保持恒定，在很少使用了發電機組的時候，必須安排電池每個月補充充電以確保電池保持充足準啟動狀態，常規充電的電池每6個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的稀硫酸調整。
5、蓄電池放電
放電過程是蓄電池與用電設備電路接通時，正極板上的二氧化鉛、負極板上的純鉛與電解液反應生成硫酸鉛和水的過程。
（1）在電解液（純硫酸+蒸餾水）作用下，發生如圖1.15所示的化學反應。蓄電池的充、放電過程中的化學反應是可逆的，總的反應式如下：pbo?+pb+2h?so?=2pbso?+2h?o
（2）理論上，放電過程可以進行到極板上的全部活性物質都轉變為硫酸鉛為止。實際上，由于放電過程中生成的硫酸鉛的體積較原活性物質的體積大，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層，在大部分活性物質沒有來得及參加化學反應時放電化學反應就停止了。
（3）發電機組用蓄電池放完電時的電壓是1.75v（單格電池電壓）。如電壓下降到1.75v以下的放電為過度放電，過度放電會在極板上生成粗結晶的硫酸鉛（稱極板硫化故障），它在充電時不易還原，使極板損壞。
三、技術檢查與維護
蓄電池技術狀況的檢測包括電解液液面高度的檢查、蓄電池端電壓的檢測、電解液密度的測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記（如圖1.16所示）。電解液的液位必須在該范圍之內，即保持足夠高以沒過各電解槽中的極板。
2、蓄電池端電壓的檢測
（1）用高率放電計測量單格電池的端電壓（如圖9所示）：
① 放電計的兩觸針緊壓在蓄電池單格的正、負極樁上。
② 測量5s，觀察放電計的電壓，記錄電壓值。
③ 分別測得6個單格的電壓。此時，蓄電池是在大電流放電情況下的端電壓，各單格的端電壓應在1.5v以上，且能穩定5s。如果各單格的電壓低于1.5v，但5s內尚能穩定者，則為放電過多，應及時進行充電恢復；單格電壓低于1.5v，且5s內電壓迅速下降，則表示有故障。某單格無電壓指示，說明內部有短路、斷路或嚴重硫化故障。
（2）用萬用表測量蓄電池的端電壓（如圖10所示)：
① 將萬用表置于直流10v擋；
② 將萬用表的正表筆接蓄電池單格的正極端，負表筆接負極端。
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，需進行保養充電。
圖9 蓄電池電壓檢測示意圖
圖10 單個電池端電壓測量
3、放電程度的檢查方法
電解液密度與放電程度的關系為，電解液密度每下降0.01g/cm³相當于蓄電池放電6%。當判定蓄電池在夏季放電超過50%，冬季放電超過25%時，則蓄電池不宜再使用，應及時進行充電，也可采用外置充電器（如圖11所示）；否則，會使蓄電池早期損壞。蓄電池的放電程度可通過用密度計測量電解液密度來估算（如圖
柴油發電機組調速器的作用及分為7大類
淺談柴油發電機組的工作條件
發電機ECM標定程序存儲器破壞狀況出現怎么解決
柴油發電機組運轉鐵芯的維護與修理
柴油發電機的并機控制器系統
康明斯發電機組的800系列霍爾塞特增壓器引入高壓比壓縮機 (HPRC) 技術
柴油發電機組的啟動與故障分析
柴油發電機組主要用于四個供電市場，各自使用前景如何？