机车蓄电池原理及常见故障分析

   机车蓄电池是机车的重要储能装置，为机车启机、升弓、机车运行提供平稳的控制电压。本文介绍了内燃机车蓄电池的充放电原理，通过对机车蓄电池故障进行分析，总结机车常见故障原因及处理方法，并对班组日常检修维护中存在的问题提出整改措施，以降低蓄电池故障发生，提高蓄电池寿命。

蓄电池是机车重要的储能元件，作用主要包括:在降弓状态下为机车的控制电路、辅助压缩机、照明电路等低压电器提供110 V直流电源，保证机车升弓并投入工作；电力机车的蓄电池是机车上直流电源的辅助电源，并兼作可控硅稳压电源的滤波原件。蓄电池发生故障，轻则影响机车出库，存在安全隐患，重则造成机故救援，严重影响机车运用。

通过对影响蓄电池工作的因素进行查找，进行原因分析，并对实际检修作业中存在的问题提出处理方法。

1、蓄电池工作原理及充电方法

1.1蓄电池充放电化学反应

反应方程式为：

蓄电池放电时正极板上的物质是二氧化铅（PbO2）,负极板上的物质是绒状的铅（Pb）,电解液硫酸（H2SO4），发生双硫酸盐化反应，生成晶体细小、化学活性高的硫酸铅和水，放电后硫酸的浓度降低。

充电时化学活性高的硫酸铅在电流的作用下，发生氧化还原反应，重新在正极板上生成二氧化铅、负极板上生成绒状的铅单质和电解液中的硫酸，充电后，硫酸浓度升高。

1.2蓄电池充电方法

均衡充电方法采用恒压限流的充电方式充电，在环境温度为25℃时，单节以恒压2.35V，电池组总电压U总=2.35V/节×电池单节数。当环境温度高于或低于25℃时，应对均衡充电电压进行温度校正，见下表：

双登NM系列蓄电池充电限定电流为0.1C5A，DM系列蓄电池充电限定电流为0.1C10A（C5表示5小时率额定容量，C10表示10小时率额定容量）。

机车日常小、辅修范围充电时，在充电前检测的蓄电池组各单节电压为正常值时，采用恒压限流法对蓄电池组进行补充充电。充电电压、电流参照均衡充电电压、电流，NM系列蓄电池充电电流5A以下，DM系列蓄电池充电电流2A以下，连续30分钟不发生变化时即可视为充满。

蓄电池在使用过程中由于频繁放电或其他原因造成蓄电池充亏电，可使用快速充电法给蓄电池组充电。快速充电采用恒压限流法，电压参照均衡充电电压，充电最高限定电流为0.2C10（C5）A。

2、蓄电池鼓胀

2.1原因分析

蓄电池鼓胀多为发生“热失控”现象。铅酸蓄电池外壳多采用ABS材质，该材质耐温80度，也就是说蓄电池在持续高温80度以上才会产生形变，发生鼓包。蓄电池受到持续高温主要有内部和外部两种情况。

外部高温究其原因，主要是包神铁路地处内蒙和陕北，环境温度不高，但风沙大，蓄电池表面容易积蓄厚厚的沙尘，若不及时清理，易造成蓄电池散热差。

内部高温主要原因为：蓄电池失水和电压、电流过高。蓄电池内部水溶液减少，充电时间延长，充电电流就会大幅度上升，致使氧化还原反应加剧，产生大量热量。蓄电池受到内部或是外部的持续高温无法及时释放，就会导致蓄电池温度升高，蓄电池温度升高又会导致充电电流增大，循环往复，热量逐渐累积，最终造成蓄电池鼓胀。

2.2处理措施

保持蓄电池通风散热良好，及时对积蓄的沙尘进行清洁。

及时补充水分，定期将蓄电池称重，所称质量与电池标注原始质量的差值即为蓄电池失水量，清洁蓄电池后打开安全阀补充蒸馏水。

蓄电池充电时也应注意参数的卡控，避免恒充和浮充时电压、电流设动偏高，造成蓄电池内部温度升高。

3、蓄电池漏液

3.1原因分析

通过对漏液蓄电池进行切割拆解，总结出裂漏多为蓄电池材质老化、外伤、内部腐蚀造成。

由于使用时间偏长，蓄电池外壳材质、安全阀、极柱逐渐发生老化，产生漏液。

蓄电池在运输、安装过程中遇到力的冲击，产生细小裂痕，但外观观察不易发现，投入使用后逐渐发展为较大的裂痕，发生漏液。

安全阀和极柱端子内部腐蚀漏液。安全阀在一定压力下起密封作用，超过一定压力就会打开放气，保护蓄电池安全，其在使用一段时间后易受腐蚀，弹性下降，未到达设定压力就会开启，安全阀长时间开启形成酸雾，造成漏液发生。在解剖漏液的蓄电池中多数发现极柱端子被腐蚀，产生多孔状的氧化铅和硫酸铅，硫酸沿着腐蚀通道，流到端子表面，产生漏液，也叫爬酸。

3.2处理措施

对蓄电池进行寿命管理，每六年定期对机车蓄电池进行更换，蓄电池在运输和安装中避免强烈颠簸和暴力安装。

4、蓄电池容量降低

4.1 原因分析

蓄电池在放电时，正负极板的活性物质，都会生产硫酸铅，硫酸铅为化学性质活跃的松软结晶，在充电时可迅速恢复成二氧化铅和绒状的铅，若蓄电池深放电且没有得到及时的充电，硫酸铅晶体就会互相吸引结块，变成粗大的硫酸铅结晶，附着在极板表面，这种结晶导电性能差，难以溶解，妨碍电解液的渗透，充电时难以恢复，使得蓄电池容量降低。

蓄电池在馈电、长期搁置时，会出现电池组性能不一致，在充电时，容量低的电池最先被充满，而电池组中其他电池仍需充电，造成该电池过充，放电时该电池最先放空，而其他电池仍需放电，导致该电池盐酸化加剧，造成恶性循环，该电池容量越来越低，影响整组电池容量。严重时还会造成蓄电池反极，使蓄电池组整体电压下降。

4.2 处理措施

蓄电池硫酸盐化时，可先取出一个极板，浸泡在1.200左右硫酸溶液中，用相同面积，厚度为5mmd铅板代替该极板，处理另一极板，再以同样方法处理该极板。通常按照硫酸化程度，先处理程度较重的极板。

当硫酸盐化，容量降低时，会导致蓄电池出现深放电情况，此时，检修作业人员可进行2—4次均衡充电、放电来消除该故障。

在检修作业标准中，规定蓄电池放置超过六个月需进行“三充两放”，为避免出现电池组馈电，应在搁置每两个月进行一次充电。在检修作业中，蓄电池备品检修时应对蓄电池容量配对管理，避免出现落后电池现象。

5、极板变形

5.1 原因分析

极板在制造过程中涂膏不均匀，过量、高温、大电流充放电等因素，都会导致极板电化作用不均匀，极板的膨胀和收缩不一致，造成极板变形。极板变形位置会造成极板活性物质脱落较多，增加极板的不均匀性，这样恶性循环，增加极板弯曲变形，严重时极板断裂。

5.2 处理措施

发现极板弯曲时，若弯曲程度不严重，可将极板取出，用平整的木板压平，若极板弯曲严重，则必须更换极板，更换极板时应注意两块极板的新旧程度要接近，新旧程度差别过大，极板发生化学反应的情况也会有很大差别。

6、蓄电池短路

6.1 原因分析

蓄电池发生短路，充电时单节温度迅速上升，而电压却始终处在低值。造成短路的原因有：正负极隔板损坏，致使正负极相接触；极板活性物质脱落、沉积，较多时形成通路，连接正负极；电解液中积累导电杂质，形成通路，连接正负极；极板硫酸盐化严重，使正负极相连。

6.2 处理措施

用温度计在正负极板间逐个测量，温度高于其他极板的就是短路位置，使用薄竹条等不导电物质清除极板间的短路物质，处理极板硫酸化，清理电解液。

7、结束语

蓄电池发生故障，了解蓄电池原理，弄清故障现象，查明故障原因，可快速进行故障处理，恢复蓄电池性能，保障机车运用。在日常的检修作业中，蓄电池的保养维护对于减少故障发生，增加蓄电池寿命非常重要。从前面的故障分析可以看出，机车使用的蓄电池要保持清洁，修订规范化的蓄电池检修技术标准，严格按照标准控制蓄电池的充放电电压、电流和充电时间，更换极板和故障单节时要注意新旧程度和容量配对，备品存放在5-35℃干燥通风的整洁库房。在今后的检修作业中要逐步形成蓄电池长效养护机制，有力地保障包神铁路运输秩序。