電動車電池保用兩年不是夢（一）

www.middletowncarescoalition.com 來源：中國電動車信息網(wǎng)　　　電動車商情網(wǎng) 作者：俠名類別：電動車維修時間：2004-11-3

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)”。這樣，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。這樣，逐步的由關(guān)心電動自行車的外形、速度(Tempo)開始轉(zhuǎn)向關(guān)心電池的壽命。并且最大的用戶抱怨也是對電池的壽命不滿。這樣，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)期的那樣僅僅主要3到6個月的壽命，這樣，電池壽命問題幾乎稱為這個車種的死結(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)，開始認(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，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。這樣，電池保用2年，幾乎是業(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，以次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，如何改進電池的的使用環(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理，以便對癥下藥。一、電動自行車電池的失效現(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)多后備電源類的電池。例如，原郵電部[1994]763號電信網(wǎng)維護規(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)�？捎^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。而給電動自行車供貨的電池制造商除了沈陽松下以外，就沒有幾個成規(guī)模的電池制造商。雖然沈陽松下供應(yīng)的電池的初期容量相對最低，按照行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)檢驗，其容量在合格與不合格之間，但是，其壽命相對比較長。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�？繙p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。首先，電池的失效模式與電信使用的浮充電池的失效模式差別很大。電池失水上升到第一位。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，就靠提高浮充電壓來彌補。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)。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)立了補水站，電池也為補水改進了結(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。其次是電池的硫化問題。在解剖失效電池中，單純硫化失效的電池不是很多，但是，幾乎所有的電池都不同程度的存在著硫化。一些電池在做70%的1C充電和60％的2C放電中，由于采用連續(xù)大電流循環(huán)，破壞了電池生成大硫酸鉛結(jié)晶的條件，所以可能看不到硫化對電池的破壞。如果試驗中途停頓，電池硫化的問題就會顯現(xiàn)。由于電池重量大，一些用戶經(jīng)常采取電池經(jīng)過多次使用放完電才再次充電，這樣電池放電以后沒有及時充電，電池的硫化就比較嚴(yán)重。另外，電池的硫酸比重比較高，也是硫化的重要因素。而電池的硫化，破壞了負(fù)極板氧循環(huán)的能力，形成更加容易失水。這樣，電池的硫酸比重更加高，導(dǎo)致更加容易硫化。所以，電池硫化的程度可能不同，但是對電池的壽命影響也是不可忽略的。第三是漏酸問題。在電池密封和排氣閥沒有問題的時候，也會出現(xiàn)漏液。很多電池在灌酸以后，電池處于富液狀態(tài)，電池沒有氧循環(huán)�？侩姵靥幱陂_口狀態(tài)的三充二放把多于的電解液排出。硫酸比重再次提高。在蓋(Guy)排氣閥的時候，電解液沒有吸光，還存在游離酸。即時把游離酸吸光，電池還是處在“準(zhǔn)貧液”狀態(tài)。隔板中的電解液相對要多一些。而隔板中稍多的電解液影響氧循環(huán)，這樣，對新電池進行充電的時候，排氣量比較大，代出的硫酸比較多。形成“漏酸”。而膠體電池前50～100個循環(huán)，電池處于富液到貧液的轉(zhuǎn)換期，排氣比較嚴(yán)重，排氣代出膠體微粒形成了“漏酸”。第四是正極板軟化問題。正極板活性物質(zhì)的有效成分是氧化鉛，氧化鉛分α－PbO2和β－PbO2，其中，α－PbO2是活性物質(zhì)的骨架，容量比較��；β－PbO2依附α－PbO2構(gòu)成的骨架上面，其荷電能力比α－PbO2強很多。氧化鉛放電放電以后輸出硫酸鉛，充電時硫酸鉛生產(chǎn)氧化鉛。而充電的時候，在強酸環(huán)境中只能夠生成β－PbO2。所以電池深放電以后，一旦具有骨架作用的α－PbO2參與放電生成硫酸鉛以后，就再也不能夠恢復(fù)成為α－PbO2，而充電只能生成β－PbO2。正極板軟化就出現(xiàn)了。正極板一旦出現(xiàn)軟化，起到支持作用的多孔結(jié)構(gòu)被破壞了，正極板的多孔被電池極板的壓力壓實了，就降低了參與反應(yīng)的真實面積，電池容量就下降了。這樣，防止過放電就是控制正極板軟化的重要措施。而這個靠的是控制器的欠壓保護。如果欠壓保護電壓過低，電池就會出現(xiàn)過放電，一些α－PbO2參與放電，就會出現(xiàn)正極板軟化。放電的時候，如果連續(xù)放電電流比較大，深層的β－PbO2來不及參與放電反應(yīng)，外層的α－PbO2就要參與放電反應(yīng)，這樣，也會形成正極板軟化。所以控制器中的限流參數(shù)也浮充重要。電摩的放電電流相對比較大，差不多在1C左右放電，加上放電深度相對比較深，所以非常容易產(chǎn)生正極板軟化。