閥控式密封鉛蓄電池
電動(dòng)車商情網(wǎng) 電動(dòng)車商情網(wǎng) 俠名 電動(dòng)車維修 2004-5-7 1
| 目前，業(yè)內(nèi)人士幾乎公認(rèn)，閥控式密封鉛蓄電池因價(jià)格低廉 、技術(shù)成熟、使用安全等優(yōu)點(diǎn)近期內(nèi)將是電動(dòng)自行車用蓄電池比較現(xiàn)實(shí)的選擇，其技術(shù)水平，尤其是壽命對(duì)電動(dòng)自行車的發(fā)展起決定性的關(guān)鍵作用。 在動(dòng)力用鉛蓄電池中，設(shè)計(jì)者往往遇到在充放電條件下，高比能量與電池壽命之間互相抵觸的問(wèn)題。若在設(shè)計(jì)中采用提高比能量的措施，則對(duì)循環(huán)壽命不利。設(shè)計(jì)者必須在比能量和壽命之間選擇最佳的折衷方案。 諸多因素影響著蓄電池的壽命和比能量。對(duì)于不同的設(shè)計(jì)、制造工藝和使用條件，最終失敗的原因可能很不相同，所以必須有針對(duì)性地進(jìn)行改進(jìn)，方能收效。 工作重點(diǎn)是對(duì)電池結(jié)構(gòu)、板柵合金的鉛膏配方進(jìn)行研究改進(jìn)，由天津大學(xué)委 托某制造廠按要求提供試驗(yàn)電池，由河北科技大學(xué)電子技術(shù)研究所進(jìn)行壽命檢測(cè)。經(jīng)近兩年合作，現(xiàn)在電池性能已基本滿足要求，且已小批量投產(chǎn)。 實(shí)驗(yàn)與結(jié)果：研究工作分４個(gè)階段進(jìn)行，全部用12V-10Ah閥控式密封鉛蓄電池。 第1階段：具有初步篩選性質(zhì)，專門(mén)制作了10只試驗(yàn)電池，分1型和2型 ：1型電池結(jié)構(gòu)沿用原來(lái)12V-10Ah摩托車用閥控式密封鉛蓄電池，外形尺寸為150mm×97mm×95mm，電池質(zhì)量4.2kg，板柵合金為Pb-Ca體系，其中： 1型A為空白2只，1型Ｂ為正極加石墨 0.5% 2只，1型C 為正極加石墨1.0% 2只，1型D與空白間，但電解液中加有天津大學(xué)自制的添加劑2只。 2型電池2只，電池結(jié)構(gòu)和板柵合金與１型完全不同。循環(huán)壽命按以5A放電1.5ｈ恒壓14.4V限流2.4A充電5h為一個(gè)循環(huán)，一直連續(xù)循環(huán)，直至終止電壓低于10.5V，連續(xù)3次，確認(rèn)壽命終止。１型電池A-C在不同電流下（0.5A、1A、2A、5A）放電所容量，不同配方差異不大。2型電池未進(jìn)行測(cè)試。 壽命測(cè)試結(jié)果為：１型電池A、B、C循環(huán)壽命為150-160次，石墨含量影響不大，Ｄ電池2只，循環(huán)壽命分別為216次和296次。2型電池中，一只循環(huán)294次，另一只循環(huán)442次。 第2階段：具有驗(yàn)證性質(zhì)， 根據(jù)第1階段檢測(cè)目前，業(yè)內(nèi)人士幾乎公認(rèn)，閥控式密封鉛蓄電池因價(jià)格低廉 、技術(shù)成熟、使用安全等優(yōu)點(diǎn)近期內(nèi)將是電動(dòng)自行車用蓄電池比較現(xiàn)實(shí)的選擇，其技術(shù)水平，尤其是壽命對(duì)電動(dòng)自行車的發(fā)展起決定性的關(guān)鍵作用。 在動(dòng)力用鉛蓄電池中，設(shè)計(jì)者往往遇到在充放電條件下，高比能量與電池壽命之間互相抵觸的問(wèn)題。若在設(shè)計(jì)中采用提高比能量的措施，則對(duì)循環(huán)壽命不利。設(shè)計(jì)者必須在比能量和壽命之間選擇最佳的折衷方案。 諸多因素影響著蓄電池的壽命和比能量。對(duì)于不同的設(shè)計(jì)、制造工藝和使用條件，最終失敗的原因可能很不相同，所以必須有針對(duì)性地進(jìn)行改進(jìn)，方能收效。 工作重點(diǎn)是對(duì)電池結(jié)構(gòu)、板柵合金的鉛膏配方進(jìn)行研究改進(jìn)，由天津大學(xué)委 托某制造廠按要求提供試驗(yàn)電池，由河北科技大學(xué)電子技術(shù)研究所進(jìn)行壽命檢測(cè)。經(jīng)近兩年合作，現(xiàn)在電池性能已基本滿足要求，且已小批量投產(chǎn)。 實(shí)驗(yàn)與結(jié)果：研究工作分４個(gè)階段進(jìn)行，全部用12V-10Ah閥控式密封鉛蓄電池。 第1階段：具有初步篩選性質(zhì)，專門(mén)制作了10只試驗(yàn)電池，分1型和2型 ：1型電池結(jié)構(gòu)沿用原來(lái)12V-10Ah摩托車用閥控式密封鉛蓄電池，外形尺寸為150mm×97mm×95mm，電池質(zhì)量4.2kg，板柵合金為Pb-Ca體系，其中： 1型A為空白2只，1型Ｂ為正極加石墨 0.5% 2只，1型C 為正極加石墨1.0% 2只，1型D與空白間，但電解液中加有天津大學(xué)自制的添加劑2只。 2型電池2只，電池結(jié)構(gòu)和板柵合金與１型完全不同。循環(huán)壽命按以5A放電1.5ｈ恒壓14.4V限流2.4A充電5h為一個(gè)循環(huán)，一直連續(xù)循環(huán)，直至終止電壓低于10.5V，連續(xù)3次，確認(rèn)壽命終止。１型電池A-C在不同電流下（0.5A、1A、2A、5A）放電所容量，不同配方差異不大。2型電池未進(jìn)行測(cè)試。 壽命測(cè)試結(jié)果為：１型電池A、B、C循環(huán)壽命為150-160次，石墨含量影響不大，Ｄ電池2只，循環(huán)壽命分別為216次和296次。2型電池中，一只循環(huán)294次，另一只循環(huán)442次。 第2階段：具有驗(yàn)證性質(zhì)， 根據(jù)第1階段檢測(cè)結(jié)果，決定按2型電池結(jié)構(gòu)和配方再制作100只電池，其中4只加有自制的電解液添加劑，電池質(zhì)量為3.9kg-3.95kg。 電池壽命試驗(yàn)按3種制度進(jìn)行：（1）放電深度100%，即以5A電流放電至10.5V，記錄放電時(shí)間，然后限流充電8h為一個(gè)循環(huán)，直至放電時(shí)間為60min，認(rèn)為壽命終止。（2）放電深度75%，即以5A放電1.5h，恒壓14.4V限流2.4A充電5h為一個(gè)循環(huán)，檢測(cè)7只電池，當(dāng)先后循環(huán)至60-100次時(shí)，發(fā)現(xiàn)電池充電不足，進(jìn)而改為限流3A充電5h，循環(huán)數(shù)為250-260次，未發(fā)現(xiàn)循環(huán)次數(shù)超過(guò)400多次者，電解液添加劑檢測(cè)有誤，辨認(rèn)不清。（3）放電深度55%，按上海技術(shù)監(jiān)督局標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行檢測(cè)，用4只電池進(jìn)行試驗(yàn)，其中1只在844次壽命終止，其余3只平均壽命913次尚有8Ah容量。 第3階段：從第2階段的100只電池檢測(cè)看，容量、壽命均較第１階段普遍提高，但循環(huán)壽命未出現(xiàn)達(dá)到400次者，故在電池結(jié)構(gòu)不變的基礎(chǔ)上，調(diào)整正、負(fù)極厚度、改進(jìn)工藝，又加工100只電池。 對(duì)失效電池進(jìn)行了如下附加檢測(cè)：（1）單體電池性能均勻性檢測(cè)。將整體電池在偏極柱連續(xù)處打孔，測(cè)量在放電過(guò)程中，各單體電池電壓下降情況，發(fā)現(xiàn)在5A放電時(shí)有一單體電池大約提前10min電池電壓降到10.5V，然后很快反極，整體電池電壓迅速下降；（2）在注酸口插入鎘電池測(cè)量正、負(fù)極電極電勢(shì)的變化，發(fā)現(xiàn)負(fù)極電極電勢(shì)變正迅速，解剖該單體電池，取出正、負(fù)極與新極板組成單體電池，測(cè)其容量，結(jié)果失效電池負(fù)極容量多約30%，表明失效電池為負(fù)極控制，容量低于正極30%。（3）解剖75%深度放電經(jīng)375次循環(huán)后的失效電池，觀察正極活性物質(zhì)和板柵，發(fā)現(xiàn)板柵基本完整還可以繼續(xù)工作，正極活性物質(zhì)在極板上部有輕微軟化。 第4階段：從第3階段對(duì)2型電池的各種檢測(cè)中，得出幾看法：（1）從I-C放電曲線看出，小電流放電時(shí)2型改進(jìn)電池的放電曲線3不及未改進(jìn)的曲線2，表明酸量不足，應(yīng)設(shè)法增加酸量；（2）負(fù)極控制容量和壽命，應(yīng)改進(jìn)負(fù)極，則可提高容量和壽命，故第4階段的電池又進(jìn)行了電池改型，增大電極有效面積，稱為3型，改進(jìn)負(fù)極使之與正極同步或相差不多，這樣就可提高電池的容量和壽命，此外，還須加強(qiáng)極板生產(chǎn)中均勻性的控制。 3型電池的I-C曲線。 循環(huán)壽命正在檢測(cè)中，有用戶買了3型電池送天地集團(tuán)，按天地集團(tuán)的檢測(cè)方法進(jìn)行壽命檢測(cè)，在循環(huán)183次時(shí)尚有剩余容量，檢測(cè)還在繼續(xù)進(jìn)行。 3型蓄電池做為初步定型產(chǎn)品，已經(jīng)小批量投產(chǎn)600-700只試用。 結(jié)果與討論：（1）所制的蓄電池為負(fù)極硬化、收縮導(dǎo)致電池失效。這是由于最初在設(shè) 計(jì)時(shí)，認(rèn)為在電動(dòng)自行車使用條件下，正極板活性物質(zhì)的軟化、脫落可能是限制電池壽命的主要原因，而忽視了在密封電池中，由于O2的復(fù)合，負(fù)極處在 經(jīng)常有一小部分Pb-SO4存在的條件下工作，如果設(shè)計(jì)時(shí)正、負(fù)極板活性物質(zhì)量的比例、負(fù)極使用的膨脹劑的品種及數(shù)量不適宜，就可能導(dǎo)致負(fù)極首先失效。 但是在相同電池結(jié)構(gòu)、相同極板尺寸條件下，也可能出現(xiàn)正極失效，即正 極活性物質(zhì)軟化，這取決于正板使用的板柵合金。曾對(duì)兩廠家的電動(dòng)自行車 充電進(jìn)行過(guò)了解，似乎板柵合金的腐蝕不是主要原因。 （2）對(duì)研制的蓄電池以1A放電(0.1C)時(shí)，可獲得平均容量13.7Ah，電池重量取4.1kg，計(jì)算得12×13.7/4.1＝40Wh/kg的比能量，較1型結(jié)構(gòu)的31.7Wh/kg提高很多，而壽命也由150-160次提高到平均423次，表明在提高比能量的同時(shí)也可以提高壽命，這取決于采取的措施。只要認(rèn)真對(duì)待，投入人力財(cái)力，再進(jìn)一步提高也仍然可能。河南開(kāi)封雙飛電源設(shè)備有限公司曾報(bào)道，將比能量提高到50Wg/kg，循環(huán)壽命500次。只可惜將研究成果投入生產(chǎn)者多，而投入力量去取得研究成果者少，因此，可能這正是研究很少有所突破的原因。 （3）所研制的1型電池，按上海技術(shù)監(jiān)督局標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了檢測(cè)，獲得913次循環(huán)，尚有8Ah容量。這次檢測(cè)不夠規(guī)范，未能按每25次循環(huán)進(jìn)行一次容量測(cè)量。測(cè)一次容量就等于100%放電一次，顯然，這會(huì)對(duì)循環(huán)壽命有不良影響，實(shí)際循環(huán)壽命會(huì)低于913次，但無(wú)論如何好要比標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的350次要高，比能量也高于該標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的數(shù)值，我們認(rèn)為標(biāo)準(zhǔn)中制標(biāo)是否合適還需要進(jìn)行討論。 （4）研制中發(fā)現(xiàn)充電是否充足也很重要，對(duì)不同廠家的電池是否存在最適宜的充電條件和方式，這也需進(jìn)行探討。 總之，電動(dòng)自行車用閥控式密封鉛蓄電池尚屬新事物，還有許多未被認(rèn)識(shí)的問(wèn)題和技術(shù)難題尚未解決，還需努力，只要付出總會(huì)有回報(bào)。 |
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