延長(zhǎng)電池使用壽命的一些方法 (一)
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。 延長(zhǎng)電池的使用壽命需要采用一系列整體的措施。 第一是對(duì)車的處理 首先，整車行駛時(shí)的電流對(duì)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(guò)1C，這樣的電池壽命難以達(dá)到很長(zhǎng)。 可能一些電池制造商都進(jìn)行過(guò)1C充電70％，2C放電60％的循環(huán)壽命試驗(yàn)。經(jīng)過(guò)這樣的壽命試驗(yàn)，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(gè)最關(guān)鍵的原因是，電摩每次放電的深度可能要超過(guò)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(yàn)結(jié)果相差甚遠(yuǎn)的主要原因。 所謂簡(jiǎn)易型車款的電池壽命相對(duì)來(lái)說(shuō)比較長(zhǎng)，其實(shí)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(wú)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(shí)速巡航時(shí)的電流也就是4A左右，這種車的壽命相對(duì)比較長(zhǎng)。而一些車的車輪直徑小，電機(jī)效率沒(méi)有做上來(lái)，以增加電流來(lái)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(shí)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(duì)續(xù)行能力有影響，對(duì)電池壽命影響很大。 另一個(gè)問(wèn)題是限速問(wèn)題。大多數(shù)車的控制器都留了一個(gè)限速插頭，并且很多經(jīng)銷商以去掉限速來(lái)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(guò)大，導(dǎo)致電池壽命下降。 一些車廠采用的控制器問(wèn)題很多。就維修車來(lái)說(shuō)，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(shí)候，電池已經(jīng)過(guò)放電。其實(shí)，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(duì)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(guò)10分鐘，電池又不欠壓了，就又采取給電行駛，這對(duì)電池破壞更大，而大多數(shù)車的說(shuō)明書沒(méi)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(shí)候，由于電池存在容量差，此時(shí)往往會(huì)有一個(gè)電池電壓低于10.5V，該電池處于過(guò)放電狀態(tài)。而其他電池還沒(méi)有達(dá)到11V。這時(shí)候，過(guò)放電的電池容量急劇下降，對(duì)電池的損傷影響的不僅僅是該單只電池，而且會(huì)影響整組電池的壽命。所以建議：對(duì)于標(biāo)稱36V的欠壓保護(hù)應(yīng)該選32.5V±0.5V, 對(duì)于標(biāo)稱24V的欠壓保護(hù)應(yīng)該設(shè)在21.5V～22V，對(duì)于標(biāo)稱48V的應(yīng)該設(shè)在44V～45V。這樣的電壓對(duì)續(xù)行能力僅僅少不到1公里，但是對(duì)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(gè)可調(diào)的電位器的振動(dòng)漂移是比較嚴(yán)重的。在價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)中，幾乎沒(méi)有一個(gè)產(chǎn)品采用抗振動(dòng)的精密多圈電位器，這樣的控制器發(fā)生振動(dòng)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(lái)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(jià)格沒(méi)有明顯的增加，這樣的控制器的結(jié)構(gòu)可以保證不會(huì)出現(xiàn)任何漂移。所以采用這樣的結(jié)構(gòu)，對(duì)延長(zhǎng)電池壽命也非常有好處。 第二是電池質(zhì)量問(wèn)題 我國(guó)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(lái)的。其結(jié)構(gòu)上沒(méi)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(chǎng)(Rialto)希望電動(dòng)自行車的電池能夠做到800次深循環(huán)才好�？墒悄壳半姵氐慕Y(jié)構(gòu)已經(jīng)決定了，這個(gè)目標(biāo)是難以達(dá)到的。為了適應(yīng)深循環(huán)，國(guó)內(nèi)對(duì)電池做了適應(yīng)性的改動(dòng)。這些改動(dòng)是： 1、 為了提高電池的容量，同時(shí)適合大電流放電，采用了增加極板的情況。國(guó)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(guò)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(shí)，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(cè)試中，可以獲得比較好的結(jié)果，但是，對(duì)于串連電池組來(lái)說(shuō)，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(wèn)題。這也是在電池質(zhì)量中一個(gè)非常重要的問(wèn)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(méi)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(gè)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(wèn)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(gè)重要原因就是消費(fèi)類產(chǎn)品價(jià)格因素的制約；第二個(gè)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(gè)原因是缺少?gòu)碾娀瘜W(xué)和電子學(xué)聯(lián)合的失效分析；第四個(gè)原因是對(duì)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(wèn)過(guò)，如果說(shuō)電池是充壞的，為了避免充壞，能否提出一個(gè)好的充電模式來(lái)，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(wèn)題，筆者就多次問(wèn)過(guò)從事電化學(xué)行業(yè)的同事，他們眾說(shuō)紛紜，始終搖擺不定。例如，恒壓值高了，保證了充電時(shí)間，但是犧牲的是失水和熱失控。恒壓值低了，充電時(shí)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(méi)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(shuō)車廠因?yàn)閮r(jià)格因素不接受價(jià)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(shí)在出高價(jià)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(méi)有其宣傳的那樣好。還有不少功能是屬于賣概念的功能，實(shí)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(lái)。 降低充電最高電壓的意義在于： 降低失水； 減少大量析氣對(duì)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(shí)現(xiàn)最高充電電壓工作在大量析氧，但是沒(méi)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(huì)導(dǎo)致充電時(shí)間的延長(zhǎng)，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(shí)候多充入一些電量，縮短補(bǔ)足充電時(shí)間。 其次，需要對(duì)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(guò)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(shí)現(xiàn)溫度補(bǔ)充的充電器普遍存在著模擬誤差較大的問(wèn)題。同時(shí)，在充電器內(nèi)部模擬電池的溫度的差異比較大�？赡茉谀硞�(gè)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(shí)候，就產(chǎn)生模擬狀態(tài)與實(shí)際狀態(tài)的差別過(guò)大的問(wèn)題。所以，還是推薦采用測(cè)量電池溫度或者強(qiáng)制風(fēng)冷，數(shù)字化測(cè)量環(huán)境溫度的方法。 （未完待續(xù)） |
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