電動(dòng)車(chē)鉛蓄電池壽命短的原因

從1859年，法國(guó)人加斯東普蘭特發(fā)現(xiàn)了鉛酸充放電的現(xiàn)象后，鉛酸蓄電池一直是電池領(lǐng)域應(yīng)用最廣泛的產(chǎn)品，如汽車(chē)、機(jī)車(chē)、輪船、飛機(jī)、后備供電設(shè)備上都有鉛酸蓄電池，但我們并有聽(tīng)到很多來(lái)自這些領(lǐng)域?qū)︺U酸蓄電池的不滿，然而，為什么同樣的產(chǎn)品到了電動(dòng)自行車(chē)上卻是名符其實(shí)的“怨聲載道”。下面我們從幾個(gè)方面闡述產(chǎn)生這一問(wèn)題的原因。

1、鉛酸蓄電池工作原理方面的原因

鉛酸蓄電池充放電的過(guò)程是電化學(xué)反應(yīng)的過(guò)程，充電時(shí)，硫酸鉛形成氧化鉛，放電時(shí)氧化鉛又還原為硫酸鉛。而硫酸鉛是一種非常容易結(jié)晶的物質(zhì)，當(dāng)電池中電解溶液的硫酸鉛濃度過(guò)高或靜態(tài)閑置時(shí)間過(guò)長(zhǎng)時(shí)，就會(huì)“抱成”團(tuán)，結(jié)成小晶體，這些小晶體再吸引周?chē)牧蛩徙U，就象滾雪球一樣形成大的惰性結(jié)晶，結(jié)晶后的硫酸鉛充電時(shí)不但不能再還原成氧化鉛，還會(huì)沉淀附著在電極板上，造成了電極板工作面積下降，這一現(xiàn)象叫硫化，也就是常說(shuō)的老化。這時(shí)電池容量會(huì)逐漸下降，直至無(wú)法使用。當(dāng)硫酸鉛大量堆集時(shí)還會(huì)吸引鉛微粒形成鉛枝，正負(fù)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(jié)晶就會(huì)在這些縫隙內(nèi)堆積，并產(chǎn)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(fù)性物理?yè)p壞。所以，導(dǎo)致鉛酸蓄電池失效和損壞的主要機(jī)理就是電池本身無(wú)法避免的硫化。

2、電動(dòng)自行車(chē)特殊工作環(huán)境的原因

只要是鉛蓄電池，在使用的過(guò)程中都會(huì)硫化，但其它領(lǐng)域的鉛酸電池卻比電動(dòng)自行車(chē)上使用的鉛酸電池有著更長(zhǎng)的壽命，這是因?yàn)殡妱?dòng)自行車(chē)的鉛酸電池有著一個(gè)更容易硫化的工作環(huán)境。

①深度放電

用在汽車(chē)上的鉛蓄電池只是在點(diǎn)火時(shí)單向放電，點(diǎn)火后發(fā)電機(jī)會(huì)對(duì)電池自動(dòng)充電，不造成電池深度放電。而電動(dòng)自行車(chē)在騎行時(shí)不可能充電，經(jīng)常會(huì)超過(guò)60%的深度放電，深放電時(shí)，硫酸鉛濃度增加，硫化就會(huì)相當(dāng)嚴(yán)重。

②大電流放電

電動(dòng)車(chē)20公里巡航電流一般是4A，這個(gè)值已經(jīng)高于其它領(lǐng)域的電池工作電流，而超速超載的電動(dòng)車(chē)的工作電流就更大。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)，可達(dá)到充放電循環(huán)350次壽命的電池很多，但是實(shí)際在用的效果就相差甚遠(yuǎn)了。這是因?yàn)榇箅娏鞴ぷ髟黾恿?0%的放電深度，電池會(huì)加速硫化。所以，電動(dòng)三輪摩托車(chē)的電池壽命更短，因?yàn)槿喣ν熊?chē)的車(chē)身太重，工作電流達(dá)6A以上。

③充放電頻率高

用在后備供電領(lǐng)域的電池，只有在停電時(shí)才會(huì)放電，如果一年停8次電，要達(dá)到10年的壽命，只用做到80次循環(huán)充電壽命，而電動(dòng)車(chē)一年充放電循環(huán)300次以上很常見(jiàn)。

④短時(shí)充電

由于電動(dòng)自行車(chē)是交通工具，可充電的時(shí)間不多，要在8小時(shí)內(nèi)完成36伏或48伏的20安時(shí)充電，這就必須提高充電電壓(一般為單節(jié)2.7~2.9伏)，當(dāng)充電電壓超過(guò)單節(jié)電池的析氧電壓(2.35伏)或析氫電壓(2.42伏)時(shí)，電池就會(huì)因過(guò)度析氧而開(kāi)閥排氣，造成失水，使電解液濃度增加，電池的硫化現(xiàn)象加重。

⑤放電后不能及時(shí)充電

作為交通工具，電動(dòng)自行車(chē)的充電及放電被完全分離開(kāi)來(lái)，放電后很難有條件及時(shí)充電，而放電后形成的大量硫酸鉛如果超過(guò)半小時(shí)不充電還原為氧化鉛，就會(huì)硫化結(jié)成晶體。3、鉛蓄電池生產(chǎn)方面的原因

針對(duì)電動(dòng)自行車(chē)用鉛酸蓄電池的特殊性，各個(gè)電池制造商采取了多種方法。最典型的方法如下：

①增加極板數(shù)量。

把原設(shè)計(jì)的單格5片6片制改為6片7片制，7片8片制，甚至8片9片制?？繙p薄極板厚度和隔板，增加極板數(shù)量來(lái)提高電池容。

②提高電池的硫酸比重。

原來(lái)浮充電池的硫酸比重一般都在1.21~1.28之間，而電動(dòng)自行車(chē)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(zhì)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(xué)反應(yīng)物質(zhì)，也就增加了放電時(shí)間，增加了電池容量。

通過(guò)這些措施，電池的初期容量滿足了電動(dòng)自行車(chē)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(fā)熱導(dǎo)致大量失水，同時(shí)，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(xiàn)象就更嚴(yán)重。密封電池的最基本原理之一就是正極板析氧以后，氧氣直接到負(fù)極板，被負(fù)極板吸收而還原為水，考核電池這個(gè)技術(shù)指標(biāo)的參數(shù)叫做“密封反應(yīng)效率”，這種現(xiàn)象叫做“氧循環(huán)”。這樣，電池的失水很少，實(shí)現(xiàn)了“免維護(hù)”，就是免加水。為此，都要求負(fù)極板容量做的比正極板容量大一些，又稱(chēng)為負(fù)極過(guò)渡。增加正極板活性物質(zhì)必然使得，負(fù)極過(guò)渡減少了，氧循環(huán)變差了，失水增加了，又會(huì)造成硫化。這些措施雖然提升了電池的初期容量，但是卻會(huì)造成失水和硫化，而失水和硫化又會(huì)相互促成，最終結(jié)果卻是犧牲電池的壽命。

還有就是極群組裝虛焊問(wèn)題。容易產(chǎn)生虛焊的地方是極板。而每個(gè)電池的單格有15片極板，就是15個(gè)焊點(diǎn)，一個(gè)電池有6個(gè)單格，就有90個(gè)焊點(diǎn)，一組電池由3個(gè)12V電池組成，就有270個(gè)焊點(diǎn)。如果一個(gè)焊點(diǎn)存在虛焊，該單格容量就下降，進(jìn)而該單格形成電池落后，造成整個(gè)電池都落后，電池就會(huì)形成嚴(yán)重的不均衡，使這組電池提前失效。就算虛焊控制在萬(wàn)分之一，平均每37組電池就會(huì)有一組電池存在虛焊，這是絕對(duì)不能夠允許的。而鉛鈣合金板柵的電池，在焊接的時(shí)候會(huì)析出鈣而掩蓋虛焊問(wèn)題，這樣，很多電池制造商寧愿采用低銻合金的板柵而沒(méi)有采用鉛鈣合金。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(duì)嚴(yán)重，電池更容易硫化。