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延長電池使用壽命的一些方法 (一)

m.photographerstories.com 來源：電動車商情網(wǎng)　　　電動車商情網(wǎng) 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(xiàn)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(guān)重要。如電摩的電池，放電電流經(jīng)常接近1C，甚至超過1C，這樣的電池壽命難以達(dá)到很長。可能一些電池制造商都進(jìn)行過1C充電70％，2C放電60％的循環(huán)壽命試驗。經(jīng)過這樣的壽命試驗，電池壽命達(dá)到350次的電池很多，但是使用在電摩上的效果相差甚遠(yuǎn)。其原因是多種多樣的，一個最關(guān)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(nèi)進(jìn)行充電，電池存在著硫化，這就是電摩電池與試驗結(jié)果相差甚遠(yuǎn)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(fù)擔(dān)輕。而一些車采用了無刷電機(jī)或者高速(High Speed)電機(jī)，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(jī)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(xù)行能力，而且在同樣續(xù)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(yùn)行，電池壽命自然要短。所以車重對續(xù)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(shù)車的控制器都留了一個限速插頭，并且很多經(jīng)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(dǎo)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(hù)電壓都等于31.5V。這樣，每次車顯示欠壓的時候，電池已經(jīng)過放電。其實，在電池電壓低于32V以后一直到27V，所增加的續(xù)行能力不到2公里，而對電池的損傷卻非常大的，多數(shù)出現(xiàn)容量下降5％左右。只要出現(xiàn)這樣的情況10次，電池的容量多數(shù)都低于標(biāo)準(zhǔn)要求的70％標(biāo)稱容量。另外，一些用戶發(fā)現(xiàn)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(shù)車的說明書沒有給用戶以警示。另外，欠壓保護(hù)采取什么電壓為好？目前多數(shù)車采用的是32V±0.5V。應(yīng)該看到，多數(shù)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(tài)。而其他電池還沒有達(dá)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(biāo)稱36V的欠壓保護(hù)應(yīng)該選32.5V±0.5V, 對于標(biāo)稱24V的欠壓保護(hù)應(yīng)該設(shè)在21.5V～22V，對于標(biāo)稱48V的應(yīng)該設(shè)在44V～45V。這樣的電壓對續(xù)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(shù)控制器內(nèi)部都有可調(diào)的電位器，而這個可調(diào)的電位器的振動漂移是比較嚴(yán)重的。在價格競爭中，幾乎沒有一個產(chǎn)品采用抗振動的精密多圈電位器，這樣的控制器發(fā)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(diào)試，并且采取環(huán)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(jié)構(gòu)可以保證不會出現(xiàn)任何漂移。所以采用這樣的結(jié)構(gòu)，對延長電池壽命也非常有好處。第二是電池質(zhì)量問題我國目前的電池結(jié)構(gòu)，基本上是由適合淺循環(huán)的浮充電池發(fā)展而來的。其結(jié)構(gòu)上沒有按照深循環(huán)的規(guī)律要求去改造。而淺循環(huán)電池的深循環(huán)壽命做到80次循環(huán)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(huán)才好。可是目前電池的結(jié)構(gòu)已經(jīng)決定了，這個目標(biāo)是難以達(dá)到的。為了適應(yīng)深循環(huán)，國內(nèi)對電池做了適應(yīng)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(nèi)多數(shù)企業(yè)采用15片極板，甚至有的企業(yè)采用17片極板。這樣，極板、隔板都減薄了。正極板的活性物質(zhì)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(fù)極過渡減少了，氧循環(huán)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(dǎo)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(jié)果，但是，對于串連電池組來說，其壽命明顯下降。產(chǎn)生這種現(xiàn)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(zhì)量中一個非常重要的問題。電池配組一般應(yīng)該注意的是： 1、電池工藝狀態(tài)的配組；電池的工藝狀態(tài)不同，電池的失效模式也不相同。多數(shù)電池制造商沒有人工氣候調(diào)整條件，生產(chǎn)的工藝也要不斷的調(diào)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(kuò)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(tài)的配組。第三是充電器問題業(yè)界廣為流傳的一句話就是：電池不是用壞的，是充壞的。發(fā)生這種現(xiàn)象的第一個重要原因就是消費(fèi)類產(chǎn)品價格因素的制約；第二個的原因就是從事電化學(xué)的和從事電子學(xué)的缺少溝通；第三個原因是缺少從電化學(xué)和電子學(xué)聯(lián)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(jīng)向一些從事電化學(xué)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(xué)行業(yè)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(rèn)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(xiàn)象，掩蓋(Guy)了真相。例如，多數(shù)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(yīng)該承認(rèn)，大多數(shù)小企業(yè)是如此，但是，有發(fā)展的、規(guī)模性企業(yè)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(xiàn)最高充電電壓工作在大量析氧，但是沒有大量析氫的狀態(tài)。在改善電池的電池板柵合金、提高析氣電位、改善氧循環(huán)性能，提高密封反應(yīng)效率的基礎(chǔ)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(dǎo)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(tài)下，加入去極化的負(fù)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(bǔ)足充電時間。其次，需要對最高充電電壓進(jìn)行溫度補(bǔ)償。溫度補(bǔ)充償?shù)囊饬x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(huán)境中的熱失控?fù)p壞。到目前為止，看到一些采用模擬的方法實現(xiàn)溫度補(bǔ)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(nèi)部模擬電池的溫度的差異比較大�？赡茉谀硞€溫度的差異不大，但是在環(huán)境溫差變化比較大，在通風(fēng)狀態(tài)差異比較大的時候，就產(chǎn)生模擬狀態(tài)與實際狀態(tài)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(qiáng)制風(fēng)冷，數(shù)字化測量環(huán)境溫度的方法。（未完待續(xù)）