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電動車知識

鉛酸蓄電池一直是電池領域應用最廣泛的產品,如汽車、機車、輪船、飛機、後備供電設備上都有鉛酸蓄電池,但我們並有聽到很多來自這些領域對鉛酸蓄電池的不滿,然而,為什麼同樣的產品到了電動車上卻是名符其實的“怨聲載道”。
    下面我們從幾個方面闡述產生這一問題的原因。
    1、鉛酸蓄電池充放電的過程是電化學反應的過程,充電時,硫酸鉛形成氧化鉛,放電時氧化鉛又還原為硫酸鉛。而硫酸鉛是一種非常容易結晶的物質,當電池中電解溶液的硫酸鉛濃度過高或靜態閒置時間過長時,就會“抱成”團,結成小晶體,這些小晶體再吸引周圍的硫酸鉛,就像滾雪球一樣形成大的惰性結晶,結晶後的硫酸鉛充電時不但不能再還原成氧化鉛,還會沉澱附著在電極板上,造成了電極板工作面積下降,這一現象叫硫化,也就是常說的老化。這時電池容量會逐漸下降,直至無法使用。當硫酸鉛大量堆集時還會吸引鉛微粒形成鉛枝,正負極板間的鉛枝搭橋就造成電池短路。如果極板表面或密封塑殼有縫隙,硫酸鉛結晶就會在這些縫隙內堆積,並產生膨脹張力,最終使極板斷裂脫落或外殼破裂,造成電池不可修復性物理損壞。所以,導致鉛酸蓄電池失效和損壞的主要機理就是電池本身無法避免的硫化。       2、電動車特殊工作環境的原因       只要是鉛蓄電池,在使用的過程中都會硫化,但其它領域的鉛酸電池卻比電動車上使用的鉛酸電池有著更長的壽命,這是因為電動車的鉛酸電池有著一個更容易硫化的工作環境。       ①深度放電       用在汽車上的鉛蓄電池只是在點火時單向放電,點火後發電機會對電池自動充電,不造成電池深度放電。而電動車在騎行時不可能充電,經常會超過60%的深度放電,深放電時,硫酸鉛濃度增加,硫化就會相當嚴重。       ②大電流放電       電動車20公里巡航電流一般是4A,這個值已經高於其它領域的電池工作電流,而超速超載的電動車的工作電流就更大。電池製造商都進行過1C充電70%,2C放電60%的循環壽命試驗。經過這樣的壽命試驗,可達到充放電循環350次壽命的電池很多,但是實際在用的效果就相差甚遠了。這是因為大電流工作增加了50%的放電深度,電池會加速硫化。所以,電動三輪摩托車的電池壽命更短,因為三輪摩托車的車身太重。       ③充放電頻率高       用在後備供電領域的電池,只有在停電時才會放電,如果一年停8次電,要達到10年的壽命,只用做到80次循環充電壽命,而電動車一年充放電循環300次以上很常見。       ④短時充電       由於電動自行車是交通工具,可充電的時間不多,要在8小時內完成36伏或48伏的20安時充電,這就必須提高充電電壓(一般為單節2.7~2.9伏),當充電電壓超過單節電池的析氧電壓(2.35伏)或析氫電壓(2.42伏)時,電池就會因過度析氧而開閥排氣,造成失水,使電解液濃度增加,電池的硫化現象加重。       ⑤放電後不能及時充電       作為交通工具,電動車的充電及放電被完全分離開來,放電後很難有條件及時充電,而放電後形成的大量硫酸鉛如果超過半小時不充電還原為氧化鉛,就會硫化結成晶體。       3、鉛蓄電池生產方面的原因       針對電動車用鉛酸蓄電池的特殊性,各個電池製造商採取了多種方法。最典型的方法如下:       ①增加極板數量。       把原設計的單格5片6片製改為6片7片製,7片8片製,甚至8片9片製。靠減薄極板厚度和隔板,增加極板數量來提高電池容量。       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,而電動車的電池的硫酸比重一般都在1.36~1.38左右,這樣可以提供較大的電流,提升電池的初期容量。       ③增加正極板活性物質氧化鉛的用量和比例。       增加氧化鉛就增加了參與放電的電化學反應物質,也就增加了放電時間,增加了電池容量。       通過這些措施,電池的初期容量滿足了電動車的容量要求,特別是改善了電池的大電流放電的特性。但是,極板增加了,硫酸的容量就減少了,電池發熱導致大量失水,同時,電池的微短路和鉛枝搭橋的概率增加了。提高硫酸比重增加了電池的初期容量,但是,硫化現象就更嚴重。密封電池的最基本原理之一就是正極板析氧以後,氧氣直接到負極板,被負極板吸收而還原為水,考核電池這個技術指標的參數叫做“密封反應效率”,這種現象叫做“氧循環”。這樣,電池的失水很少,實現了“免維護”,就是免加水。為此,都要求負極板容量做的比正極板容量大一些,又稱為負極過渡。增加正極板活性物質必然使得,負極過渡減少了,氧循環變差了,失水增加了,又會造成硫化。這些措施雖然提升了電池的初期容量,但是卻會造成失水和硫化,而 ​​失水和硫化又會相互促成,最終結果卻是犧牲電池的壽命。       還有就是極群組裝虛焊問題。容易產生虛焊的地方是極板。而每個電池的單格有15片極板,就是15個焊點,一個電池有6個單格,就有90個焊點,一組電池由4個12V電池組成,就有360個焊點。如果一個焊點存在虛焊,該單格容量就下降,進而該單格形成電池落後,造成整個電池都落後,電池就會形成嚴重的不均衡,使這組電池提前失效。就算虛焊控制在萬分之一,平均每37組電池就會有一組電池存在虛焊,這是絕對不能夠允許的。而鉛鈣合金板柵的電池,在焊接的時候會析出鈣而掩蓋虛焊問題,這樣,很多電池製造商寧願採用低銻合金的板柵而沒有採用鉛鈣合金。而低銻合金的板柵析氧析氫電壓更低,電池出氣量大,失水相對嚴重,電池更容易硫化。       4、電動車生產方面的原因       大多數車的控制器都留了一個線損插頭,很多經銷商以去掉限速來招攬顧客。一些車廠乾脆就去掉限速器出廠,既可以吸引看重車速的客 ​​戶,也能降低成本,這樣的車在高速行駛時電流非常大,會嚴重縮短電池壽命。       12V鉛酸電池的最低保護電壓為10.5V,如果是48V電池組,最低保留電壓就是42V,目前大多數車廠採用的控制器欠壓保護電壓也都是42V。表面上看這是正確的,但是,實際當48V電池組只剩下42V電壓時,由於電池存在容量差,肯定就會有一個電池電壓低於10.5V,該電池就處於過放電狀態。這時候,過放電的電池容量急劇下降,這時對電池的損傷影響不僅僅是該單只電池,而是影響整組電池的壽命。其實,在電池電壓低於43V以後一直到38V,所增加的續行能力不到2公里,而對電池的損傷卻非常大。只要出現這樣的情況10次,電池的容量就會低於標稱容量的70%。另外,一些用戶發現電池在欠壓以後,過10分鐘,電池又不欠壓了,就又採取給電行駛,這對電池破壞更大,而大多數車的說明書沒有給用戶以警示。       5、充電設備的原因       業界廣為流傳的一句話就是:電池不是用壞的,是充壞的。為了滿足電動車電池的短時高容量充電,在三段式恆壓限流充電中,不得不通過提高恆壓值到2.47V~2.49V。這樣,大大超過電池正極板析氧電壓和負極板析氫電壓。一些充電器製造商的產品為了降低充電時間的指示,提高了恆壓轉浮充的電流,而使得充電指示充滿電以後,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。而電池的氧循環又不好,這樣在浮充階段也在不斷的排氣。恆壓值高了,保證了充電時間,但是犧牲的是失水和硫化。恆壓值低了,充電時間和充入電量又難以保證。在改善電池的電池板柵合金、提高析氣電位、改善氧循環性能,提高密封反應效率的基礎上,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)的狀態下,加入去極化的負脈衝,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,縮短充電時間。70%的2C電流充電,是電池在充電接受能力比較大的時候,對電池採用大電流充電,對電池的損傷比較小。電池基本上沒有高於嚴重析氫電壓。一旦高於析氫電壓,電池也會快速的失水。使用這類充電器,必須採用連續充放電,如果中途停止幾天充電,電池就會產生比較嚴重的硫化而提前失效。而用戶使用電池,是無法保證每次使用以後,都能夠及時充電的,一年以內發生數次沒有及時充電的情況,電池的硫化就會積累。多數充電器製造商都說車廠因為價格因素不接受可以保證電池壽命的充電器。應該承認,這是大多數小企業是如此。       6、其它原因       不少電池在單體測試中,可以獲得比較好的結果,但是,對於串連電池組來說,由於容量、開路電壓、荷電狀態、硫化程度各不相同,這個差異會在串連電池組被擴大,狀態差的單體會影響整組電池,其壽命明顯下降。       從電池在生產線上充電,到用戶購車後配車使用這段時間要經過很多環節,間隔時間甚至會長達數月,在這期間,由於沒對電池進行補充電,自放電產生的硫酸鉛大量堆積結晶,用戶剛買到的新電池可能是已經老化甚至報費的電池。電池廠家在執行質保時,對回收電池並不是完全的淘汰。電池返退以後,電池製造商重新進行充放電檢驗,在檢驗中往往會發現有60%以上的單體電池是不符合返退條件的電池。其原因也就是在串連電池組中,個別的電池落後形成整組電池功能下降而引起整組返退。不少電池製造商對返退電池採取配組、補水、除硫、包裝後,又重新提供給用戶,以提高電池的有效使用壽命,降低報廢率,減少電池製造商的部分理索賠的損失,所以,很多經銷商已經感覺到廠家提供的電池明顯“一代不如一代”。(知道的太多,希望不要攻擊我)又說了這麼多廢話,相信論壇有經驗的用戶,早就注意到並解決了這些所謂的問題,只是普及一下基礎,讓新手們了解。