延長(zhǎng)電池使用壽命的一些方法 (二）
電動(dòng)車商情網(wǎng) 電動(dòng)車商情網(wǎng) 俠名 電動(dòng)車維修 2005-9-10
| 摘要：通過(guò)電動(dòng)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(shí)現(xiàn)電動(dòng)自行車鉛酸蓄電池保用2年的夢(mèng)想。 第四采取抑制硫化的措施 電池硫化的可能性在于： 電池放電以后不能夠及時(shí)充電，在此期間形成稍大的硫酸鉛結(jié)晶。這種現(xiàn)象發(fā)生與所有的深放電的電池，并且在電池放電12小時(shí)以后就可以找到大硫酸鉛結(jié)晶； 深循環(huán)電池的硫酸比重相對(duì)比較高，消除容易產(chǎn)生硫化的條件； 負(fù)極過(guò)度的密封鉛酸蓄電池，在100％充電以后，還會(huì)有不少的硫酸鉛結(jié)晶沒(méi)有得到還原，形成了產(chǎn)生大硫酸鉛結(jié)晶的“晶種”，其他條件一旦具備，非常容易形成大的硫酸鉛結(jié)晶； 正極板容量下降以后，負(fù)極板也不能夠完全還原，形成硫酸鉛結(jié)晶逐步長(zhǎng)大的條件。 由此可見(jiàn)，任何深循環(huán)電池在正常使用中，是無(wú)法避免完全產(chǎn)生大的硫酸鉛結(jié)晶，也就是電池硫化的可能。而電池一旦出現(xiàn)硫化，不僅僅會(huì)使電池的負(fù)極板容量下降，也會(huì)加重失水和正極板軟化，對(duì)整個(gè)電池的壽命形成影響。 現(xiàn)在流行一種電池快速壽命測(cè)試方法，就是采用1C電流充入70％的電量，采用2C電流放出60％電量，來(lái)考核電池深循環(huán)壽命。70％的2C電流充電，是電池在充電接受能力比較大的時(shí)候，對(duì)電池采用大電流充電，對(duì)電池的損傷比較小。電池基本上沒(méi)有高于嚴(yán)重析氫電壓。一旦高于析氫電壓，電池也會(huì)快速的失水。這個(gè)試驗(yàn)，必須采用連續(xù)充放電，如果數(shù)次中途停電幾天，電池也會(huì)產(chǎn)生比較嚴(yán)重的硫化而提前失效。而用戶使用電池，是無(wú)法保證每次使用以后，都能夠及時(shí)充電的，一年以內(nèi)發(fā)生數(shù)次沒(méi)有及時(shí)充電的情況，電池的硫化就會(huì)積累，而積累的硫酸鉛結(jié)晶就會(huì)形成“晶種”而逐漸長(zhǎng)大。 抑制和消除電池硫化的方法很多，其中，采用高電壓大電流充電，使大的硫酸鉛結(jié)晶產(chǎn)生負(fù)阻擊穿的方法來(lái)溶解的方法是快速消除硫化的便捷方法。試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，這種消除硫化的方法是可以獲得暫時(shí)的消除硫化的效果，但是，也會(huì)在消除硫化中帶來(lái)加重失水和正極板軟化的問(wèn)題，對(duì)電池帶來(lái)壽命上的損傷。 比較好的方法還是采用快速的脈沖前沿的充放電脈沖，利用其高次諧波與大的硫酸鉛結(jié)晶諧振的方法，在充電過(guò)程中消除電池的硫化。利用這種方法來(lái)消除電池的硫化，做得最成功的就是美國(guó)PULSETHEC公司的設(shè)備。采用這種方法，可以在給電池充電的時(shí)候，合理的控制充電脈沖的前沿，利用其高次諧波成分與大的硫酸鉛結(jié)晶諧振而溶解大硫酸鉛結(jié)晶。另外就是在電池兩端接入脈沖發(fā)生器，在電池電壓沒(méi)有過(guò)放電的時(shí)候，對(duì)電池不斷地產(chǎn)生脈沖，其一可以具有溶解大硫酸鉛的條件，其二是脈沖擾動(dòng)，破壞了大硫酸鉛繼續(xù)生長(zhǎng)的條件，在電池電壓低于規(guī)定值的時(shí)候，自動(dòng)停止工作，不會(huì)因?yàn)槊}沖發(fā)生器消耗的電流使電池過(guò)放電。 另外的一個(gè)方法就是周期性的采用10％～20％的過(guò)充電的方法，可以還原電池的深層硫化，防止結(jié)晶繼續(xù)生長(zhǎng)。這是國(guó)際上在2000年以后開(kāi)始流行的一種行之有效的方法，據(jù)資料介紹，可以延長(zhǎng)深循環(huán)電池壽命達(dá)一倍以上。 對(duì)樣車跟蹤的數(shù)據(jù)證明，定期的對(duì)電池采取脈沖除硫化和微過(guò)充電消除硫化的方法是行之有效的方法。國(guó)內(nèi)已經(jīng)出現(xiàn)具有脈沖修復(fù)和過(guò)充電修復(fù)功能的充電器，采用這種充電器，可以非常有效的消除電池的硫化。 第五是抑制熱失控的措施 對(duì)于膠體電池，就其特性來(lái)說(shuō)，良好的氧循環(huán)特性可以緩解電池的失水，然而，改善了電池的氧循環(huán)也是一把雙刃劍，其副作用就是氧循環(huán)產(chǎn)生的高熱量非常容易形成熱失控。而所有熱失控僅僅是在充電過(guò)程中產(chǎn)生的，所以充電器的選擇和定位更加重要。就筆者對(duì)膠體電池充電器的測(cè)試看，問(wèn)題還不少。主要的問(wèn)題是最高充電電壓過(guò)高，這在夏季非常易誘發(fā)熱失控。目前的膠體電池所選用的充電器還不能夠根絕或者基本上避免膠體電池的熱失控。 現(xiàn)在采取的方法有不少，其中一些方法和對(duì)其評(píng)價(jià)如下： 1、 降低充電的最高充電電壓，提高恒壓轉(zhuǎn)浮充的電流。 這樣的做法可以緩解熱失控，但是充入電量下降，非常容易形成由于欠充電形成的硫化，導(dǎo)致電池容量下降。 2、 給充電增加定時(shí)器。有2種增加定時(shí)器的方法，其一是開(kāi)始充電以后，對(duì)充電進(jìn)行定時(shí)，當(dāng)按照電池可以充滿電的時(shí)間，就關(guān)閉充電器。這樣的做法是寄希望于在8～10小時(shí)定時(shí)以內(nèi)，電池的熱失控的熱積累不至于使電池的塑料外殼達(dá)到玻璃點(diǎn)溫度，也就是電池的外殼還沒(méi)有升到軟化的程度。如果對(duì)有熱失控前兆并且充滿電的電池再次充電，電池溫升已經(jīng)超過(guò)外殼玻璃點(diǎn)溫度，這種方法也可以緩解，但是不能夠避免。 其二，是在電池進(jìn)入恒壓狀態(tài)以后開(kāi)始計(jì)時(shí)，計(jì)時(shí)的時(shí)間比開(kāi)始就計(jì)時(shí)的時(shí)間短，但是，這樣的計(jì)時(shí)也最少需要4小時(shí)，對(duì)于完全充滿電并且有熱失控前兆的電池的溫升也有超過(guò)外殼玻璃點(diǎn)溫度的可能。 這2種方法可以大大緩解熱失控電池帶來(lái)的損失，但是不能夠從根本上避免。 3、 給電池增加負(fù)脈沖，降低極板溫升。 不過(guò)，多數(shù)的負(fù)脈沖加的往往是僅僅具有降低負(fù)脈沖到來(lái)期間的充電電流的作用，沒(méi)有對(duì)電池進(jìn)行放電。 4、 在電氣控制方法中，最好的方法就是采取通過(guò)邏輯控制，使在恒壓充電以后，充電電流不能夠反升。這就切斷了熱失控反饋的環(huán)路，停止了電流增加所帶來(lái)的發(fā)熱提高的過(guò)程。 第六是抑制電池落后的方法 即便電池經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的組配，但是眾多的原因還會(huì)導(dǎo)致串連電池組的電池差異。誘發(fā)電池落后的部分原因是： 電池自放電的差異；排氣壓力的差異；硫酸比重的差異；失水的差異；制造工藝的差別。 電池在發(fā)生容量差異以后還會(huì)擴(kuò)大，導(dǎo)致加速容量下降。 解決電池落后的最好的方法是每組電池單獨(dú)充電。這里需要注意的每組充電恒壓值的差異。并聯(lián)充電是消除這種差異的好方法。但是，并聯(lián)充電給每只電池的充電電流會(huì)產(chǎn)生差異，所以充滿電的時(shí)間會(huì)有差異。作為維修是比較好的，作為正常充電，還需要在電流分配上采取適當(dāng)?shù)拇胧? 當(dāng)然，也可以采用小電流恒流充電，例如采用0.03C～0.05C電流充電，在這樣小電流長(zhǎng)時(shí)間的充電過(guò)程中，達(dá)到高電壓的電池充入電量不多，副反應(yīng)到是比較強(qiáng)烈，充電電壓低的會(huì)逐步提升，這樣電池容量逐步接近與平衡。 電池的修復(fù) 電池的修復(fù)雖然沒(méi)有成為一個(gè)行業(yè)，但是電池修復(fù)工作一直是存在的。不少電池制造商對(duì)保用期以內(nèi)的返退電池采取“修舊利舊”的方式，把通過(guò)維修的電池重新提供給用戶，以提高電池的有效使用壽命，降低報(bào)廢率，減少電池制造商的部分理索賠的損失。這些修復(fù)方法為： 1、 重新配組。電池返退以后，電池制造商重新進(jìn)行充放電檢驗(yàn)，在檢驗(yàn)中往往會(huì)發(fā)現(xiàn)有50％以上的電池不符合返退條件的電池。其原因也就是在串連電池組中，個(gè)別的電池落后形成整組電池功能下降而引起整組返退。 2、 補(bǔ)水。鑒于部分電池制造商還是采用低銻合金的板柵，電池失水比較低，加上最高充電電壓高于析氫電壓，電池失水更加嚴(yán)重，形成了電池的第一位的失效原因。對(duì)此，一些電池制造商有意的改造了蓋(Guy)板，并且在排氣閥下部設(shè)立了螺裝結(jié)構(gòu)，為打開(kāi)電池形成了方便條件，這樣，有利于電池制造商開(kāi)展電池補(bǔ)水工作。對(duì)使用了半年的電池進(jìn)行一次補(bǔ)水，可以延長(zhǎng)電池的使用壽命，延長(zhǎng)時(shí)間平均達(dá)到3個(gè)月以上。應(yīng)該注意的是，每次補(bǔ)水以后，電池都利用處于過(guò)充電狀態(tài)把電池由“準(zhǔn)貧液”轉(zhuǎn)為“貧液”狀態(tài)，而這個(gè)過(guò)充電對(duì)提高電池容量是有好處的。 3、 消除硫化。采用專門的設(shè)備，對(duì)電池進(jìn)行消除硫化的處理。這里主要有2種方法，其一就是高電壓大電流脈沖充電，通過(guò)負(fù)阻擊穿消除硫化。這種方法速度(Tempo)快，見(jiàn)效快，但是對(duì)電池的壽命影響比較大。另外的方法就是采用小電流頻率高達(dá)8KHz以上，利用大結(jié)晶諧振的方法來(lái)溶解，這種方法修復(fù)比較慢，修復(fù)效果也比較好，但是，修復(fù)時(shí)間比較長(zhǎng)，往往在120小時(shí)以上。實(shí)際測(cè)試數(shù)據(jù)表明，對(duì)于補(bǔ)水以后沒(méi)有達(dá)到60％補(bǔ)充容量的電池進(jìn)行除硫處理，還有約2/3的電池可以達(dá)到60％以上的容量，甚至還有35％以上的電池的容量可以達(dá)到80％以上的容量。 4、 采取類似保護(hù)器、延生器類的脈沖發(fā)生器并聯(lián)在電池上，對(duì)電池進(jìn)行脈沖維修。這種方法對(duì)修復(fù)電池比較慢，但是由于長(zhǎng)年在維修，所以，如果沒(méi)有過(guò)放電，對(duì)于連續(xù)使用的電池來(lái)說(shuō)，往往是徹底消除了電池硫化的可能性。 5、 綜合修復(fù)方法。如果對(duì)電池采用定期檢驗(yàn)，及時(shí)除硫和補(bǔ)水，單只電池充電、重新配組。采取這些做法以后，電池的平均壽命會(huì)大大提高。定期檢修的意義比較大，不要等電池由于失水和硫化的影響，損傷正極板以后再修復(fù)。這樣，可以大大延長(zhǎng)電池的壽命。而一旦電池出現(xiàn)嚴(yán)重的失水和硫化以后，對(duì)正極板的損傷相對(duì)也比較大。所以，應(yīng)該在對(duì)正極板損傷以前久對(duì)電池進(jìn)行適當(dāng)?shù)木S修。采取防患于未然的檢修的方法比亡羊補(bǔ)牢的方法更加有效。 四、結(jié)語(yǔ) 采取綜合措施，可以大大延長(zhǎng)電池的實(shí)際使用壽命。如果做到如下措施，電池的實(shí)際壽命可以獲得延長(zhǎng)一倍以上的結(jié)果。 1、 追求車的效率。盡可能的使整車輕便化。據(jù)說(shuō)，最輕便的車和最重的車，塑料件形成高達(dá)十多公斤。而這十多公斤的塑料件不僅僅是行車的累贅，也給用戶塑料件日后維修帶來(lái)非常大的麻煩。 適當(dāng)限速，做好欠壓保護(hù)，嚴(yán)防電池過(guò)放電。采用固化的控制器，杜絕控制器參數(shù)漂移的現(xiàn)象。采用好的助力方式，使輸出與腳踏用力成正比，形成有效的智能化助力控制。 采用大輪徑，細(xì)輪胎，提高電機(jī)的效率，使電機(jī)工作在相對(duì)比較高的工作效率狀態(tài)。同時(shí)減少輪胎與地面的摩擦損失。 2、 采用長(zhǎng)壽命的電池。逐步扭轉(zhuǎn)以電池的初期容量來(lái)評(píng)價(jià)電池的趨勢(shì)，以深循環(huán)壽命來(lái)評(píng)價(jià)電池。這樣，帶動(dòng)電池向發(fā)展壽命方面改進(jìn)。 3、 采用先進(jìn)合理的充電器。這個(gè)充電器應(yīng)該使電池最高充電電壓低于大量析氫電壓，最好在大量析氧電壓和大量析氫電壓之間。要達(dá)到這個(gè)目標(biāo)，最好的方法還是采用大電流負(fù)脈沖充電。 采用適當(dāng)?shù)臏囟瓤刂疲鉀Q夏季過(guò)充電冬季欠充電的問(wèn)題。 合理的快速脈沖前沿，使其具有消除硫化的作用。 4、 完善的售后服務(wù)檢修體系。對(duì)電池進(jìn)行定期的檢修，緩解和消除電池缺陷擴(kuò)大化。 采取這些措施的效果是非常明顯的。就平均每天續(xù)行25公里的多家樣車跟蹤看，電池的使用壽命基本上都超過(guò)二年。有的已經(jīng)達(dá)到三年以上。 采取這些方法的意義很大。首先是給用戶帶來(lái)了實(shí)實(shí)在在的經(jīng)濟(jì)效益，減少了用戶的麻煩。其次是提高了車廠的聲譽(yù)，為拓展生產(chǎn)提供了條件。第三可以大大減少電池制造商的理索賠費(fèi)用。第四，改善電動(dòng)自行車的形象，拓展電動(dòng)自行車整體市場(chǎng)(Rialto)的發(fā)展。第五，提高電池的利用率，有利于環(huán)保。 采取這些措施，不僅僅可以減少用戶的使用費(fèi)用，由于降低了大量塑料件的累贅，也可以降低新車的成本。而這個(gè)先機(jī)給國(guó)外留下了進(jìn)入中國(guó)電動(dòng)自行車市場(chǎng)(Rialto)巨大的空間。殷切企盼國(guó)人能夠奮起直追，趕超國(guó)外的先進(jìn)技術(shù)，屏棄低水平的重復(fù)競(jìng)爭(zhēng)，開(kāi)拓出電動(dòng)自行車市場(chǎng)(Rialto)嶄新的局面，使是中國(guó)電動(dòng)自行車不僅僅是在國(guó)內(nèi)銷售的產(chǎn)量第一，而且爭(zhēng)取做到國(guó)際市場(chǎng)(Rialto)上也獨(dú)占鰲頭。 |
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