3.2 电池组中各单格的均衡性要求
对一个串联系统来说，组成的单元越多，系统的可靠性就越低。在蓄电池叉车、电动汽车、铁路机车、蓄电池牵引车、备用供电系统中，都是将多个单电池串成一串使电压累积到标称电压24V、48V、72V、96V、144V、192V、300V等，通常也把电池串称为电池组。
在这种情况下使用的电池，其故障绝大部分并不是电池组整体不好，而是由于电池组中某一个或几个单节性能降低造成的。我们把这类故障部归类于电池均衡性方面的问题，而把性能降低的单节，称为“落后单节”。在成组使用电池的工况下，其工艺标准和保养中应有均衡性的内容。忽略了这一点，不仅会加大维护保养工作量，而且会加剧电池的损坏，增大运营成本。
现以东风内燃机车为例，说明蓄电池的不均衡性在起车时带来的问题。
蓄电池组的其中一个单节性能降低，都会使保有容量偏低。其保有容量少于一次起车的能耗。机车启动时，在短暂时间内端电压很快降到零。继续放电时，由于本身容量已消耗完，反而又被其余单节的放电电流充电，成为反极状态存在，如图3-3所示。
图3-3 蓄电池的反极过程分析
由于保有容量不同，机车启动时，每个N462管式电池的单节的放电峰值对应的电压只有0.50～0.85V，而放电时被充电的反极电池可达到2.7～3.8V的反极电压。这样，一个反极电池将使启动的有效电压下降3.55～4.3V。这个数值几乎相当于6个单节电池所能提供的启动电压。所以一个失效单节，就会造成柴油机不能启动，去掉这个单节，柴油机就可以启动。
在机车启动时，有的单节会冒出水来。这有两个原因；一是由于加水过多，起车时的振动使电池中的电解液泼出来；二是由于反极的作用。为什么反极电池在机车启动时会冒出水来，这要从电池充电过程来解释。
电池中的电解液从加液口中冒出，说明电池在电解液下部有体积突然膨胀的反应发生。当体积的膨胀大于电解液上部的气室容积时，电解液就被“挤”了出来。在放电时，正负极板上的活性物质都会膨胀，每次起车时放出电量至多只有几安时，极板上活性物质的膨胀引起电解液的上涨可忽略不计。在电池容量正常时，机车启动是看不到电解液外冒的。
一旦某电池的容量过低，成了落后单节，启动放电时出现了反极，情况就完全变了。呈现反极的电池，是处于充电状态的，当其反极的端电压在2.3V以下时，是没有水分解反应的，这时电解液也不会溢出。一旦反极电压达到或超过2.3V，上述的水分解反应就发生了。超过的电压越多，水分解越强烈。这种由液态水变成气态的过程，体积膨胀约1860倍。由于时间短，产生量又大，这些气体来不及逸出电解液，就强制地使液面升高；最终从加液口喷出。这种体积突然膨胀的冲击力，会使电池壳顶松动，外壳破裂，反极会使电池迅速损坏。反极损坏的电池，静置一段时间，其空载端电压能降到零。铅酸蓄电池充足电时，将电解液密度调到1.26g/cm3，电池放出全部容量后，其空载端电压也有1.95V左右。原始密度为1.28g/cm3的汽车电池，放完电后空载端电压为1.99V左右。
当正常放电到末尾时，电池内阻失去平衡常态而迅速增大，电池的端电压就迅速下降，电池已失去做功能力，这时放电就应停止了。如果强制放电，会使随后的充电变得困难。这是控制放电下限的原则。显然，这时极板上的活性物质并不是100%地反应完了，极板上也不是充放电反应方程式表达的那样全部变成了硫酸铅，而是还有30%～45%的活性物质。这时电池的端电压依然也由密度来决定。由于反极而损坏的电池，因为过量放电在其极板内部深处都生成了PbSO4，由反极充电效应又分别在负极上生成PbO2，在正极上生成Pb。这种反应在反极电压超过2.3V时会加速度地进行：阴极上产生的新生态氧使原来剩余的Pb迅速氧化成PbO，PbO与H2SO4反应生成致密的PbSO4。这就造成了进一步破坏性自放电，使极板硫化。一旦发生一次反极，就使电池结构容量大幅度下降，这种下降又使反极更频繁地发生。这种加速度的恶性循环使电池极板迅速地变成了硫化状态的PbSO4。由于两极板为同种物质，在电解液中也就没有了电位差，空载电压也就为零了。
在机动车上启动放电后，又立即转为充电工况。电池空载端电压，只能降到零，而不会出现反极状态被保留的现象。
在启动时如发现单节向外冒水，检查电解液高度又正常，这个单节就是落后单节。日常保养中如看到某单节顶盖有水，或有潮湿的情况，以致造成电池组接地故障，就应首先检查该单节电池的容量。
下面分析落后单节在车辆行驶中带来的问题。
运行中的铁路机车电池，在110V恒压充电状态，其充电电流在保有容量达到其结构容量67%～70%时就衰减下来。电池是以串联方式工作的，每个单节通过的电流相同。落后单节在充电时会比其他单节提前达到恒压充电的饱和状态，这时，大多数电池都没有达到饱和。充电电流的大小是由大多数电池状态决定的，这就使落后电池处于过充状态。过充不仅使电池温升高，同时还产生大量气体，气体逸出时带着大量的酸雾，以致电池箱箱体下部的通风孔不能把这些酸雾全部排出，酸雾沿着地板下的空间，窜进司机室，在操纵台上可闻到刺鼻的酸味。这种情况一旦发生，很快将导致几个单节内部短路，电池端电压下降到零。全部充电电压便落在其余的单节上。在操纵台上看到充电电流表在几十安位置上居高不下，这对整组电池都起很大的破坏作用。
要避免电池组中各单节间的不均衡性，可采取以下措施。
①不从电池组中抽头取低压电。东风型机车原设计的24V抽头供仪表用电是错误的。这就常使电池组负荷不均，造成不均衡。现在的机车设计，已经取消了电池组中间抽头。
②提高电池组的绝缘，减少局部单节的自放电。
③电池备品须分档使用。CJ大于90%为一级备品；大于70%而小于89%为二级备品；大于50%而小于69%为三级备品。用备品替换电池组中损坏的电池时，备品电池的结构容量应大于或等于电池组的结构容量。
电池备品的分档使用，可以避免电池使用中的不均衡性，不仅使电池的运用质量提高了，而且电池寿命也得到延长，分档使用可使电池寿命延长1/3。
实践证明，当东风型机车电池组中48个单节结构容量相差不超过20%且每个单节的容量值都在50%以上，在两个定修周期内，电池基本不发生碎修。
以上是对东风型机车电池的不均衡性分析，在其他机动车辆上，其复杂程度和可靠性要求都比上述低。
在蓄电池车上，通常是根据总电压来决定是否充电的，操作者无法测量每个单节电池工作时的端电压。在电池组单节之间密度相差较大的状态下，一旦操作者感到电动机无力，容量偏低的电池早处于过放电状态了。在充电时，当充电机上的总电压值尚未达到“停止充电的电压值”时，容量低的电池却已处于过充状态了。这种过充和过放的恶性循环，使电池损坏加剧，所以应严格控制其结构容量差值在20%以内。汽车电池是6个单节共壳装配的，一旦出现容量差值，很难调整，也无法选配。这是汽车电池寿命短的一个重要原因。调查表明，在使用中的电池，有50%的电池其单格间容量相差30%以上，这样严重的不均衡状态对电池使用寿命的影响是十分明显的。