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電動自行車電池的失效現(xiàn)象和原因 (一)

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：2005-9-1 1

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。前言對于電動自行車來說，發(fā)展勢頭異常迅猛。幾乎沒有那個產(chǎn)品的發(fā)展速度(Tempo)能夠趕上電動自行車的發(fā)展。與其他產(chǎn)品不同的是近幾年每年的實際產(chǎn)量都超過社會保有量。所以新增用戶多于老用戶。這樣，用戶多數(shù)處于“幼稚狀態(tài)”。所以，很多用戶也比較關(guān)心車的外形和速度(Tempo)等等性能。經(jīng)過用戶數(shù)年的使用，發(fā)現(xiàn)電池問題是購買電動自行車以后最大的消費(fèi)。這樣，由關(guān)心電動自行車的外形、速度(Tempo)開始逐步的轉(zhuǎn)向關(guān)心電池的壽命。并且用戶最大的抱怨也是對電池的壽命不滿。因此，提高電池壽命的問題也越來越重要。特別是電摩的出現(xiàn)和發(fā)展，這種沒有身份的車正如預(yù)期的那樣，電池僅僅維持3到6個月的壽命，這樣，電池壽命問題幾乎成為這個車種的死結(jié)。多種多樣的“長壽命電池”、延長電池壽命的充電器層出不窮。但是，幾乎都沒有達(dá)到預(yù)期效果。一些電池制造商曾經(jīng)不斷的突破保用時間，但是，基本上以失敗而告終，甚至一些電池制造商損失慘重，逐步淡出電動自行車配件供應(yīng)商的行列。人們似乎對此已經(jīng)開始喪失信心(Reliance)，認(rèn)為電動自行車的電池壽命也就是一年而已，再探討延長電池壽命是徒勞無益的。而一些后來者仍然看到其巨大的市場(Rialto)商機(jī)，不惜繼續(xù)打出招牌，突出的就是提出電摩電池的壽命也保用一年的做法。而凡是當(dāng)時提出電摩電池保用一年的電池供應(yīng)商基本無一不食言。因為電摩電池保用一年，幾乎等于買一組電池最少要賠一組電池。無論那個電池制造商也無法承擔(dān)這樣的重負(fù)。這樣，電池保用15個月、保用18個月的說法在本屆上海國際自行車展中銷聲匿跡了。電池保用2年，幾乎成為業(yè)界可望不可及的夢想。一些車廠干脆就說，即便電池能夠使用2年，也應(yīng)該保用一年，以此來掩飾電池壽命不理想這樣個無可奈何的現(xiàn)實。這樣，又為電池壽命的發(fā)展制造理論障礙。其實，無論電池保用一年還是二年，降低電池的用戶費(fèi)用消耗，始終應(yīng)該是車廠孜孜以求的目標(biāo)。那么如何提高電池的壽命，如何改進(jìn)電池的使用環(huán)境等等問題都是大家非常失望又關(guān)心的問題。為了弄清楚延長電池壽命的途徑，首先就要弄清楚電池的失效機(jī)理，以便對癥下藥。電動車電池的失效現(xiàn)象和原因。與其它鉛酸蓄電池的使用環(huán)境不同，電動自行車電池的失效原因有其特殊性。電動自行車的電池的循環(huán)次數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于后備電源類的電池。例如，原郵電部[1994]763號電信網(wǎng)維護(hù)規(guī)程的規(guī)定，每年應(yīng)以實際負(fù)荷做一次核對性放電試驗，放出容量的30％～40％。每3年做一次容量試驗，到使用6年以后，每年做一次容量試驗。這樣，電信的電池如果不是頻繁的出現(xiàn)停電，電池很少處于放電狀態(tài)。假定每年遇到4次停電，這樣，在10年間電池放電也就是40次，所以電池的深循環(huán)壽命定為80次。同時，電信系統(tǒng)的電池放電深度也就是按照30％～40％。而電動自行車使用的電池依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，電池的壽命應(yīng)該是按照70％標(biāo)稱容量的放電要達(dá)到350次。這樣，電動自行車電池的放電深度和循環(huán)壽命遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過電信系統(tǒng)的電池要求。另外，電動自行車電池要求在8小時以內(nèi)完成充電。這樣，不得不提高充電的電壓值，超過了電池的大量析氣電壓2.42V而形成了較塊速度(Tempo)的失水。而電信系統(tǒng)的電池是完全沒有這樣高的充電電壓的。同時，電動自行車電池的放電電流很大，就是巡航期間的放電電流也接近于0.5C放電，啟動的時候，放電電流會超過1C放電的。這樣，也在影響電池的使用壽命。由于電池特性的特殊要求，我們看到一些可以給核電站供應(yīng)鉛酸蓄電池的制造商也沒有步入電動自行車電池供應(yīng)商的行列。一些規(guī)模可觀的電池制造商也逐步退出了電動自行車電池供應(yīng)商的行列。這樣，電動自行車使用的電池的性能要求與傳統(tǒng)的密封電池不同，失效模式與傳統(tǒng)的電池失效模式存在很大的差異。出現(xiàn)了一些過去少見的失效模式和失效比例。一個主要的區(qū)別是放電率的差異。普通的閥控密封式鉛酸蓄電池的放電率多數(shù)是以10小時率或者20小時率來制定的，而電動自行車的電池都是以2小時率或者3小時率來制定的，這與電池的實際使用情況大體相當(dāng)。所以，在供應(yīng)電動自行車電池的初期，電池容量是最大的問題。為了提高電池的容量，各個電池制造商采取了多種方法。以大量使用的10Ah電池為例，最典型的方法如下： 1、增加極板數(shù)量。把原設(shè)計的單格5片6片改為6片7片，7片8片，甚至8片9片。減薄極板厚度和隔板，增加極板數(shù)量來提高電池容量。 2、提高電池的硫酸比重。原來浮充電池的硫酸比重一般都在1.21~1.28之間，而電動自行車的電池的硫酸比重一般都在1.36～1.38左右。只有極少數(shù)的采用1.32的比重。 3、增加正極板活性物質(zhì)用量。 4、低溫固化，增加β氧化鉛的比例。一般密封電池為了實現(xiàn)氧循環(huán)，都要求做好負(fù)極過度。增加正極板活性物質(zhì)用量，可以提高電池的容量，是以降低氧循環(huán)為代價的。通過這些主要措施，電池的初期容量滿足了電動自行車的容量要求，特別是改善了電池的大電流放電的特性，延長了電池大電流放電的壽命。但是，這些措施也制約著電池壽命。第一是電池失水問題產(chǎn)生電池失水的一些原因主要如下： 1、為了滿足電池在8小時以內(nèi)充滿電，所以在三段式恒壓限流充電中，不得不通過恒壓值，達(dá)到折合單格電池電壓為2.47V～2.49V。這樣，大大超過電池正極板析氧電壓的2.35V和負(fù)極板析氫電壓的2.42V。一些充電器制造商的產(chǎn)品為了降低充電時間的指示，提高了恒壓轉(zhuǎn)浮充的電流，而使得充電指示充滿電以后，還沒有充滿電，就提高浮充電壓來彌補(bǔ)。這樣，很多充電器的浮充電壓超過單格電壓2.35V，這樣在浮充階段還在大量析氧。而電池的氧循環(huán)又不好，這樣在浮充階段也在不斷的排氣。 2、一些電池制造商沒有找到好的板柵合金，仍然采用低銻合金，這樣，比鉛鈣系列的板柵合金析氣電位低，電池出氣量大，失水相對嚴(yán)重。 3、增加極板和增加正極板活性物質(zhì)用量以后，負(fù)極過渡不足，氧循環(huán)下降，充電過程中正極板的氧氣來不及被負(fù)極板吸收，而產(chǎn)生失水。 4、一些電池的開閥壓偏低，容易排氣，同時電池內(nèi)部的氧分壓低，降低了氧循環(huán)能力，增加了析氣量。 5、由于電池的硫酸比重相對高了很多，所以，電池的硫化也相對嚴(yán)重。電池放電以后到第二天充電以前，硫酸比重高的電池的硫化明顯。這樣，更加降低了負(fù)極板氧循環(huán)的能力。而失水以后的電池，失去的主要是水，留下了硫酸的成分，相當(dāng)于進(jìn)一步提高了硫酸的比重，這樣就使電池更加容易硫化。所以，電池的硫化加重了失水，失水又加重了硫化。為了克服電池的失水，一些電池制造商采取了不少措施。在板柵合金方面，一些電池制造商采用了多種方式，去掉了低銻合金而采用鉛鈣錫鋁合金。提高了電池析氣電壓。同時，緩解了鉛鈣合金的析鈣問題，克服了鉛鈣合金的早期容量損失的意外容量下降。同時，還要解決大電流放電特性下降的問題。令人遺憾的是，山東某電池制造商采用軍工技術(shù)，做出了銅網(wǎng)電池，試驗結(jié)果證明，其各項參數(shù)都非常優(yōu)秀，但是，可能因為成本問題，沒有見到他們大批量生產(chǎn)和推廣。一些電池制造商改進(jìn)了電池塑料模具的結(jié)構(gòu)尺寸，增加了電池的開閥壓，降低了電池開閥壓的離散性，改善了氧循環(huán)。最重要的一個進(jìn)步就是采用抗失水的膠體電池結(jié)構(gòu)，大大的改善了氧循環(huán)。但同時也出現(xiàn)了膠體電池容易熱失控的故障。為了緩解電池的失水和熱失控，一些電池制造商要求充電器制造商降低恒壓值。但是，簡單的降低恒壓值，沒有降低恒壓轉(zhuǎn)浮充的電流，電池難免發(fā)生欠充電累積，形成電池容量下降。有創(chuàng)意的是一些電池制造商面臨著電池失水，采取了一些措施，在全國設(shè)立了補(bǔ)水站，電池也為補(bǔ)水改進(jìn)了結(jié)構(gòu)。利用修舊利舊，使平均8個月的電池壽命延長到平均13個月。為了改善膠體電池的熱失控，最近市場(Rialto)上開始見到一些“半膠體電池”，就是在灌酸的后期，在電池上面再增加膠體。這樣，相當(dāng)于給普通的AGM隔板電池增加了一層彈性的氣密隔離，增加了隔板之間的氣體壓力，改善了氧循環(huán)。同時，比膠體電池的局部壓力小，平均壓力不小。這樣克服了局部高氣壓，緩解了氧循環(huán)產(chǎn)生局部高熱。其結(jié)果是：氧循環(huán)好于普通AGM隔板電池，熱失控低于膠體電池，而材料成本也低于膠體電池。