延長電池使用壽命的一些方法 (一)

www.diaoyou.cc 來源：電動車商情網　　　電動車商情網作者：俠名類別：電動車維修時間：2005-9-10

摘要：通過電動自行車使用的閥控密封式鉛酸蓄電池主要的失效分析，探討了降低電池失效率采取一些有效的方法，實現電動自行車鉛酸蓄電池保用2年的夢想。延長電池的使用壽命需要采用一系列整體的措施。第一是對車的處理首先，整車行駛時的電流對電池壽命至關重要。如電摩的電池，放電電流經常接近1C，甚至超過1C，這樣的電池壽命難以達到很長。可能一些電池制造商都進行過1C充電70％，2C放電60％的循環壽命試驗。經過這樣的壽命試驗，電池壽命達到350次的電池很多，但是使用在電摩上的效果相差甚遠。其原因是多種多樣的，一個最關鍵的原因是，電摩每次放電的深度可能要超過60％；另外就是放電以后，并不能夠在30分鐘以內進行充電，電池存在著硫化，這就是電摩電池與試驗結果相差甚遠的主要原因。所謂簡易型車款的電池壽命相對來說比較長，其實就是車輪直徑大，車重輕，電池負擔輕。而一些車采用了無刷電機或者高速(High Speed)電機，其電流更小。這樣的車在20公里時速巡航時的電流也就是4A左右，這種車的壽命相對比較長。而一些車的車輪直徑小，電機效率沒有做上來，以增加電流來保證車速，特別是一些輕摩化的車，車重增加到50kg以上，行駛的電流增加很大，在20公里巡航時的電流接近6A甚至更大。這樣影響的不僅僅是續行能力，而且在同樣續行要求下電池放電深度增加了50％，電池也是容易在深放電的條件下運行，電池壽命自然要短。所以車重對續行能力有影響，對電池壽命影響很大。另一個問題是限速問題。大多數車的控制器都留了一個限速插頭，并且很多經銷商以去掉限速來招攬顧客。一些車廠干脆就去掉限速出廠。這樣的車的電流也過大，導致電池壽命下降。一些車廠采用的控制器問題很多。就維修車來說，奇怪的是很多車的欠壓保護電壓都等于31.5V。這樣，每次車顯示欠壓的時候，電池已經過放電。其實，在電池電壓低于32V以后一直到27V，所增加的續行能力不到2公里，而對電池的損傷卻非常大的，多數出現容量下降5％左右。只要出現這樣的情況10次，電池的容量多數都低于標準要求的70％標稱容量。另外，一些用戶發現電池在欠壓以后，過10分鐘，電池又不欠壓了，就又采取給電行駛，這對電池破壞更大，而大多數車的說明書沒有給用戶以警示。另外，欠壓保護采取什么電壓為好？目前多數車采用的是32V±0.5V。應該看到，多數電池在放電到31.5V的時候，由于電池存在容量差，此時往往會有一個電池電壓低于10.5V，該電池處于過放電狀態。而其他電池還沒有達到11V。這時候，過放電的電池容量急劇下降，對電池的損傷影響的不僅僅是該單只電池，而且會影響整組電池的壽命。所以建議：對于標稱36V的欠壓保護應該選32.5V±0.5V, 對于標稱24V的欠壓保護應該設在21.5V～22V，對于標稱48V的應該設在44V～45V。這樣的電壓對續行能力僅僅少不到1公里，但是對電池壽命的影響很少。目前多數控制器內部都有可調的電位器，而這個可調的電位器的振動漂移是比較嚴重的。在價格競爭中，幾乎沒有一個產品采用抗振動的精密多圈電位器，這樣的控制器發生振動后漂移也不奇怪。最近，看到一種全部采用SMD（貼片）元件的控制器，并且在出廠以前采用固定電阻來調試，并且采取環氧樹脂灌封的控制器，該控制器的可行性非常高，可是價格沒有明顯的增加，這樣的控制器的結構可以保證不會出現任何漂移。所以采用這樣的結構，對延長電池壽命也非常有好處。第二是電池質量問題我國目前的電池結構，基本上是由適合淺循環的浮充電池發展而來的。其結構上沒有按照深循環的規律要求去改造。而淺循環電池的深循環壽命做到80次循環就綽綽有余了，而市場(Rialto)希望電動自行車的電池能夠做到800次深循環才好。可是目前電池的結構已經決定了，這個目標是難以達到的。為了適應深循環，國內對電池做了適應性的改動。這些改動是： 1、為了提高電池的容量，同時適合大電流放電，采用了增加極板的情況。國內多數企業采用15片極板，甚至有的企業采用17片極板。這樣，極板、隔板都減薄了。正極板的活性物質用量增加了，電池的初期容量上去了，大電流特性改善了，但是負極過渡減少了，氧循環變差了，失水增加了。 2、提高電解液的比重也有利于增加電池的初期容量，但是硫化和正極板軟化也增加了，也影響電池的壽命。 3、隔板減薄了，硫酸的貯存減少了，失水導致電池失效的概率增加了，同時，電池的微短路和鉛枝搭橋的概率增加了。不少電池在單體測試中，可以獲得比較好的結果，但是，對于串連電池組來說，其壽命明顯下降。產生這種現象的重要原因就是串連電池組的配組問題。這也是在電池質量中一個非常重要的問題。電池配組一般應該注意的是： 1、電池工藝狀態的配組；電池的工藝狀態不同，電池的失效模式也不相同。多數電池制造商沒有人工氣候調整條件，生產的工藝也要不斷的調整，失效模式也略有差異。而這個差異將在串連電池組中被擴大，最終形成提前失效。 2、電池容量的配組； 3、電池開路電壓的配組； 4、電池荷電狀態的配組。第三是充電器問題業界廣為流傳的一句話就是：電池不是用壞的，是充壞的。發生這種現象的第一個重要原因就是消費類產品價格因素的制約；第二個的原因就是從事電化學的和從事電子學的缺少溝通；第三個原因是缺少從電化學和電子學聯合的失效分析；第四個原因是對用戶的使用情況和要求分析不足。筆者曾經向一些從事電化學的同行問過，如果說電池是充壞的，為了避免充壞，能否提出一個好的充電模式來，即能夠保證電池的壽命，又能夠滿足用戶的要求。就充電的恒壓值問題，筆者就多次問過從事電化學行業的同事，他們眾說紛紜，始終搖擺不定。例如，恒壓值高了，保證了充電時間，但是犧牲的是失水和熱失控。恒壓值低了，充電時間和充入電量又難以保證。所以，筆者認為，不僅僅是充電器沒有做好，而是還不知道如何做好。還有一些現象，掩蓋(Guy)了真相。例如，多數電池制造商和充電器商都說車廠因為價格因素不接受價高但可以保證電池壽命的充電器。應該承認，大多數小企業是如此，但是，有發展的、規模性企業確實在出高價也買不到好的充電器。一些充電器制造商把某寫功能夸大，成品的功效沒有其宣傳的那樣好。還有不少功能是屬于賣概念的功能，實效有限。那么在電池和車都保證的條件下，如何提高充電器的功能，確保電池的壽命呢？基本方法如下。首先就是充電的最高充電電壓或者恒壓值要降下來。降低充電最高電壓的意義在于：降低失水；減少大量析氣對正極板的沖刷，緩解正極板軟化；保持電解液的硫酸比重不再提高，緩解電池硫化。實現最高充電電壓工作在大量析氧，但是沒有大量析氫的狀態。在改善電池的電池板柵合金、提高析氣電位、改善氧循環性能，提高密封反應效率的基礎上，控制充電最高充電電壓在2.42V以下，也就是在析氫電位以下。這樣做必然會導致充電時間的延長，這就必須在大電流充電（限流充電）的狀態下，加入去極化的負脈沖，改善電池的充電接受能力，在大電流充電的時候多充入一些電量，縮短補足充電時間。其次，需要對最高充電電壓進行溫度補償。溫度補充償的意義在于：解決電池夏季過充電、冬季欠充電的矛盾；緩解電池在高溫環境中的熱失控損壞。到目前為止，看到一些采用模擬的方法實現溫度補充的充電器普遍存在著模擬誤差較大的問題。同時，在充電器內部模擬電池的溫度的差異比較大。可能在某個溫度的差異不大，但是在環境溫差變化比較大，在通風狀態差異比較大的時候，就產生模擬狀態與實際狀態的差別過大的問題。所以，還是推薦采用測量電池溫度或者強制風冷，數字化測量環境溫度的方法。（未完待續）