0 前言
隨著科技與時代進步，世界各國對環(huán)境、能源問題越來越重視，我國明確制定了十二五節(jié)能減排目標。我國“十二五”規(guī)劃綱要提出，到“十二五”末，單位國內(nèi)生產(chǎn)總值能源消耗將降低16％ ，同時我國鄭重向世界承諾2020年單位GDP碳排放減少40%~45%。
汽車作為能源消耗的大戶，節(jié)能減排是目前汽車技術的重要任務，是國家重點推行的基本國策，而快速啟停技術能夠實現(xiàn)怠速停機功能，在綜合工況可以節(jié)油3%~5%,城市工況可以達到8~15%。因此與汽車啟停系統(tǒng)配套的啟停電池成為鉛酸電池企業(yè)新的、重要的發(fā)展方向。
然而現(xiàn)有啟停電池實際應用結果尚不太理想，發(fā)動機艙的高溫以及頻繁欠充電循環(huán)引起的電池失水、板柵腐蝕、硫酸鹽化等問題均導致電池過早失效，卷繞電池本身具有優(yōu)異的高功率起動性能、高低溫適應性，廣泛應用于重卡、工程機械、油機啟動等高功率起動場景。通過碳材料的添加，卷繞鉛碳電池的充電接受能力在原基礎上大幅度提升，卷繞電池高功率部分荷電態(tài)循環(huán)時的硫酸鹽化問題得到明顯改善，大幅提升卷繞電池深循環(huán)壽命及部分荷電態(tài)循環(huán)壽命，使得卷繞電池更加適用于啟停系統(tǒng)應用。
通過表1啟停系統(tǒng)車輛實際運行中電池的充放電情況，可以看出啟停系統(tǒng)車輛無論是從起動次數(shù)、起動功率、充放電深度等方面均遠高于傳統(tǒng)車型。啟停車型起動次數(shù)是傳統(tǒng)車型的6倍；傳統(tǒng)車型放電深度僅為8%~10%，起停車型可達到30%~40%；傳統(tǒng)車型起動電流一般在6C-8C，啟停車型起動電流可達12C。
滿足該系統(tǒng)應用，就需要大幅提升蓄電池起動壽命與深循環(huán)壽命，現(xiàn)階段針對啟停系統(tǒng)普通平板電池，實際應用過程中，已然存在高溫失水、殼體鼓脹、板柵腐蝕、極板硫化等失效現(xiàn)象。
啟停系統(tǒng)車輛實際運行中電池的充放電情況（實測）
1.2啟停電池主要失效原因
夏季，發(fā)動機艙的高溫環(huán)境，容易導致電池失水，板柵腐蝕，熱失控，加劇電池失效。當環(huán)境溫度提高時，在正極上的析氧、析氫等副反應的速度將明顯加速，有更多的氧氣抵達負極進行氧復合反應，這時又會放出更多的熱量，使電池內(nèi)溫度進一步提升，形成一個惡性循環(huán)，最終導致電池失水或發(fā)生電池殼體軟化鼓脹變形失效。
鉛酸蓄電池中正板柵一直于熱力學不穩(wěn)定態(tài)，易被腐蝕。根據(jù)Arrhenius公式，溫度每升高10℃，正板柵腐蝕速度將提高一倍[1-3]。傳統(tǒng)的澆鑄板柵，不夠致密，存在細小的氣孔，裂紋等澆鑄缺陷。更加容易腐蝕。
2) 長期高功率部分荷電態(tài)循環(huán)，極板物質(zhì)硫酸鹽化。
啟停電池長期在高功率部分荷電態(tài)【high rate partial state of charge (HRPSoC)】下運行，負極容易形成不可逆的硫酸鹽化，這也是導致蓄電池過早失效的主要原因。
2.1采用連軋連沖的板柵制作技術，對比傳統(tǒng)的重力
澆鑄工藝，該連軋連沖板柵制作工藝使正板柵抗腐蝕能力大大加強，圖1顯示冷軋后晶粒變大變致密，變得更難腐蝕。
從上表中，我們可以看出，冷軋沖孔板柵的耐腐蝕能力比重力澆鑄高了大約3倍。
2.2采用獨特的鉛膏配方，提升循環(huán)壽命，充電接受，改善極板硫酸鹽化問題。
通過在正極鉛膏配方中添加0.5%~1%的4BS晶種混合添加劑，使固化后極板中4BS的含量提升，分布更均勻（圖2、3），同時改善了物質(zhì)與板柵間腐蝕層的導電性，將正極循環(huán)壽命提升近60%。
通過向負極鉛膏中加入不同類型、不同含量的碳來提高蓄電池的充電接受能力。通過碳材料的添加，電池的負極板大孔增多，提高了電解液對活性物質(zhì)的滲透能力；有效地減小電池大電流放電時的濃差極化。大塊的碳顆?？梢蕴岣唠姵胤烹姾髽O板的電導率從而有效提高電池的充電接受能力。
2.3開發(fā)專用隔膜。
從隔膜在電池中的實際應用角度出發(fā)，對采用不同絲徑纖維所組成的隔膜從抗穿刺性、帶壓吸液量、吸液速度及濕回彈力等方面進行研究（圖5），以選出合適的隔膜組份。
2.4 開發(fā)專用安全閥。
夏天，發(fā)動機艙的溫度可達70～80℃，在這種情況下AGM閥控電池極易出現(xiàn)失效，其中一項主要原因電池失水。如要防止電池失水，安全閥起著至關重要的因素。普通的安全閥無法在-40℃～80℃范圍內(nèi)保持開閉閥壓力的穩(wěn)定，我們通過大量試驗，最終通過更改閥體閥芯解決了這一問題。下表為經(jīng)過-40℃和80℃溫度交變試驗后，安全閥壓力的變化情況如下表。（標準為52kpa開45kpa閉）
表2 安全閥改進前后測試情況
2.5 采用圓形結構設計，解決了殼體在高溫情況下，熱失控鼓脹而變形問題。
圓柱形單格設計使電池具有很好的機械性能。單格四壁受力均勻，當內(nèi)部氣體壓力增大時，不會膨脹。同時保證可以承受卷繞電池50kpa的開閥壓力，而平板電池只有10-20kpa，從而有效減少水分的流失，延長電池使用壽命。
平板AGM電池充電時，產(chǎn)生的氣體壓力會使單格壁變形膨脹，特別在發(fā)動機艙高溫環(huán)境下長時間運行時，電池會出現(xiàn)失水、鼓脹等故障，導致電池失效。圖6顯示出了這兩種結構的差別。
