電動車電池保用兩年不是夢（三）

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

產生這個問題的原因就是很多車廠沒有對電池的壽命開展試驗。我看過很多車廠，對電池唯一的檢驗方法就是裝車以后跑圈。這樣的檢驗方法其實就是檢驗了電池的初期壽命而已，對電池的壽命是完全沒有考核的。那么，如果真的按照松下電池那樣完成了長壽命的設計，也會因為車廠采用跑圈的電池檢驗方法而被淘汰的。對此，應該說行協在發展電動自行車初期搞的三屆里程賽推動了電池有浮充型向動力型的改善，但是留下的副作用為害到今天。今天，針對消費者的投訴情況，似乎應該開展電池深循環壽命競賽了。而這個競賽的方法應該是市場(Rialto)抽樣計成績，送樣的計壽命，不計成績。不少電池在單體測試中，可以獲得比較好的結果，但是，對于串連電池組來說，其壽命明顯下降。產生這種現象的重要原因就是串連電池組的配組問題。所以在電池質量中一個非常重要的問題。電池配組一般應該注意的是： 1、電池工藝狀態的配組；電池的工藝狀態不同，電池的失效模式也不相同。多數電池制造商沒有人工氣候調整條件，生產的工藝也要不斷的調整，失效模式也略有差異。而這個差異將在串連電池組中被擴大，最終形成提前失效。 2、電池容量的配組； 3、電池開路電壓的配組； 4、電池荷電狀態的配組。第三，充電器問題。業界廣為流傳的一句話就是：電池不是用壞的，是充壞的。發生這種現象的第一個重要原因就是消費類產品價格因素的制約；第二個的原因就是從事電化學的和從事電子學的缺少溝通；第三個原因是缺少從電化學和電子學聯合的失效分析；第四個原因是對用戶的使用情況和要求分析不足。我曾經向一些從事電化學的同行問過，如果說電池是充壞的，為了避免充壞，能否提出一個好的充電模式來，即能夠保證電池的壽命，又能夠滿足用戶的要求，電子工程師是可以實現任何充電模式的。就充電的恒壓值問題，我就多次問過從事電化學行業的同事，他們眾說紛紜，始終搖擺不定。例如，恒壓值高了，保證了充電時間，但是犧牲的是失水和熱失控。恒壓值低了，充電時間和充入電量又難以保證。所以，我認為，不僅僅是充電器沒有做好，而是還不知道如何做好。還有一些現象，掩蓋(Guy)了真相。例如，多數電池制造商和充電器都說車廠因為價格因素不接受好的但是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，但是，有發展的、規模性企業確實在出高價也買不到好的充電器。一些充電器制造商把某寫功能夸大，成品的功效沒有其宣傳的那樣好。還有不少功能是屬于賣概念的功能，實效有限。那么如何在電池和車都保證的條件下，如何提高充電器的功能，確保電池的壽命呢？基本方法如下。首先就是充電的最高充電電壓或者恒壓值要降下來。降低充電最高電壓的意義在于： ——降低失水； ——減少大量析氣對正極板的沖刷，緩解正極板軟化； ——保持電解液的硫酸比重不再提高，緩解電池硫化。實現最高充電電壓工作在大量析氧，但是沒有大量析氫的狀態。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，加入去極化的負脈沖，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，縮短補足充電時間。其次，需要對最高充電電壓進行溫度補償。溫度補充償的意義在于： ——解決電池夏季過充電、冬季欠充電的矛盾； ——緩解電池在高溫環境中的熱失控損壞。到目前為止，看到一些采用模擬的方法實現溫度補充的充電器普遍存在著模擬誤差較大的問題。同時，在充電器內部模擬電池的溫度的差異比較大。可能在某個溫度的差異不大，但是在環境溫差變化比較大，在通風狀態差異比較大的時候，就產生模擬狀態與實際狀態的差別過大的問題。所以，還是推薦采用測量電池溫度或者強制風冷，數字化測量環境溫度的方法。第三，采取抑制硫化的措施。電池硫化的可能性在于： ——電池放電以后不能夠及時充電，再次期間形成稍大的硫酸鉛結晶。這種現象發生與所有的深放電的電池，并且在電池放電12小時以后就可以找到大硫酸鉛結晶； ——深循環電池的硫酸比重相對比較高，消除容易產生硫化的條件； ——負極過度的密封鉛酸蓄電池，在100％充電以后，還會有不少的硫酸鉛結晶沒有得到還原，形成了產生大硫酸鉛結晶的“晶種”，其他條件一旦具備，非常容易形成大的硫酸鉛結晶； ——正極板容量下降以后，負極板也不能夠完全還原，形成硫酸鉛結晶逐步長大的條件。由此看見，任何深循環電池在正常使用中，是無法避免完全產生大的硫酸鉛結晶，也就是電池硫化的可能。而電池一旦出現硫化，不僅僅會使電池的負極板容量下降，也會加重失水和正極板軟化，對整個電池的壽命形成影響。現在流行一種電池快速壽命測試方法，就是采用1C電流充入70％的電量，采用2C電流放出60％電量，來考核電池深循環壽命。70％的2C電流充電，是電池在充電接受能力比較大的時候，對電池采用大電流充電，對電池的損傷比較小。電池基本上沒有高于嚴重析氫電壓。一旦高于析氫電壓，電池也會快速的失水。這個試驗，必須采用連續充放電，如果數次中途停電幾天，電池也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后，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，而積累的硫酸鉛結晶就會形成“晶種”而逐漸長大。抑制和消除電池硫化的方法很多，其中，采用高電壓大電流充電，使大的硫酸鉛結晶產生負阻擊穿的方法來溶解的方法使快速消除硫化的便捷方法。試驗中發現，這種消除硫化的方法是可以獲得暫時的消除硫化的效果，但是，也會在消除硫化中帶來加重失水和正極板軟化的問題，對電池帶來壽命上的損傷。比較好的方法還是采用快速的脈沖前沿的充放電脈沖，利用其高次諧波與大的硫酸鉛結晶諧振的方法，在充電過程中消除電池的硫化。利用這種方法來消除電池的硫化，做得最成功的就是美國PULSETHEC公司的設備。采用這種方法，可以在給電池充電得時候，合理得控制充電脈沖得前沿，利用其高次諧波成分與大得硫酸鉛結晶諧振而溶解大硫酸鉛結晶。另外就是在電池兩端接入脈沖發生器，在電池電壓沒有過放電的時候，對電池不斷地產生脈沖，其一可以具有溶解大硫酸鉛的條件，其二是脈沖擾動，破壞了大硫酸鉛繼續生長的條件，在電池電壓低于規定值的時候，自動停止工作，不會因為脈沖發生器消耗的電流使電池過放電。另外的一個方法就是周期性的采用10％～20％的過充電的方法，可以還原電池的深層硫化，防止結晶繼續生長。這是國際上在2000年以后開始流行的一種行之有效的方法，據資料介紹，可以延長深循環電池壽命達一倍以上。對樣車跟蹤的數據證明，定期的對電池采取脈沖除硫化和微過充電消除硫化的方法是行之有效的方法。國內已經出現具有脈沖修復和過充電修復功能的充電器，采用這種充電器，可以非常有效的消除電池的硫化。第四，抑制熱失控的措施對于膠體電池來說，就其特性來說，可以靠良好的氧循環特性緩解電池的失水，然而，改善了電池的氧循環也是一把雙刃劍，其副作用就是氧循環產生的高熱量非常容易形成熱失控。而所有熱失控僅僅是在充電過程中產生的，所以充電器的選擇和定位更加重要。就我對膠體電池充電器的測試看，問題還不少。主要的問題是最高充電電壓過高，這在夏季非常誘發熱失控。就我看目前的膠體電池所選用的充電器還不能夠根絕或者基本上避免膠體電池的熱失控。現在采取的方法有不少。其中一些方法和對其評價如下。 1、降低充電的最高充電電壓，提高恒壓轉浮充的電流。這樣的做法可以緩解熱失控，但是充入電量下降，非常容易形成由于欠充電形成的硫化，導致電池容量下降。 2、給充電增加定時器。有2種增加定時器的方法，其一是開始充電以后，對充電進行定時，當按照電池可以充滿電的時間，就關閉充電器。這樣的做法是寄希望于在8～10小時定時以內，電池的熱失控的熱積累不至于使電池的塑料外殼達到玻璃點溫度，也就是電池的外殼還沒有升到軟化的程度。如果對有熱失控前兆并且充滿電的電池再次充電，電池溫升已經超過外殼玻璃點溫度，這種方法也可以緩解，但是不能夠避免。其二，是在電池進入恒壓狀態以后開始計時，計時的時間比開始就計時的時間短，但是，這樣的計時也最少需要4小時，對于完全充滿電并且有熱失控前兆的電池的溫升也有超過外殼玻璃點溫度的可能。這2種方法可以大大緩解熱失控電池帶來的損失，但是，不能夠從根本上避免。 3、給電池增加負脈沖，降低極板溫升。不過，多數的負脈沖加的往往是僅僅具有降低負脈沖到來期間的充電電流的作用，沒有對電池進行放電， 4、在電氣控制方法中，最好的方法就是采取通過邏輯控制，使在恒壓充電以后，充電電流不能夠反升。這就切斷了熱失控反饋的環路，停止了電流增加所帶來的發熱提高的過程。第五，抑制電池落后的方法即便電池經過嚴格的組配，但是眾多的原因還會導致串連電池組的電池差異。誘發電池落后的部分原因是： ——電池自放電的差異； ——排氣壓力的差異； ——生意硫酸比重的差異； ——失水的差異； ——制造工藝的差別。電池在發生容量差異以后還會擴大，導致加速容量下降。解決電池落后的最好的方法是每組電池單獨充電。這里需要注意的每組充電恒壓值的差異。并聯充電是消除這種差異的好方法。但是，并聯充電給每只電池的充電電流會產生差異，所以充滿電的時間會有差異。作為維修是比較好的，作為正常充電，還需要在電流分配上采取適當的措施。當然，也可以采用小電流恒流充電，例如采用0.03C～0.05C電流充電，在這樣小電流長時間的充電過程中，達到高電壓的電池充入電量不多，副反應到是比較強烈，充電電壓低的會逐步提升，這樣電池容量逐步接近與平衡。三、電池的修復電池的修復雖然沒有成為一個行業，但是電池修復工作一直是存在的。不少電池制造商對保用期以內的返退電池采取“修舊利舊”的發生，把通過維修的電池重新提供給用戶，以提高電池的有效使用壽命，降低報廢率，減少電池制造商的部分理索賠的損失。這些修復方法為： 1、重新配組電池返退以后，電池制造商重新進行充放電檢驗，在檢驗中往往會發現有50％以上的電池不符合返退條件的電池。其原因也就是在串連電池組中，個別的電池落后形成整組電池功能下降而引起整組返退。 2、補水鑒于部分電池制造商還是采用低銻合金的板柵，電池失水電平比較低，加上最高充電電壓高于析氫電壓，電池失水更加嚴重，形成了電池的第一位的失效原因。對此，一些電池制造商有意的改造了蓋(Guy)板，并且在排氣閥下部設立了螺裝結構，為打開電池形成了方便條件，這樣，有電池制造商開展電池補水工作。對使用了半年的電池進行一次補水，可以延長電池的使用壽命，延長時間平均達到3個月以上。應該注意的是，每次補水以后，電池都利用處于過充電狀態把電池由“準貧液”轉為“貧液”狀態，而這個過充電對提高電池容量是有好處的。 3、消除硫化采用專門的設備，對電池進行消除硫化的處理。這里主要有2種方法，其一就是高電壓大電流脈沖充電，通過負阻擊穿消除硫化。這種方法速度(Tempo)快，見效快，但是對電池的壽命影響比較大。另外的方法就是采用小電流頻率高達8KHz以上，利用大結晶諧振的方法來溶解，這種方法修復比較慢，修復效果也比較好，但是，修復時間比較長，往往在120小時以上。實際測試數據表明，對于補水以后沒有達到60％補充容量的電池進行除硫處理，還有約2/3的電池可以達到60％以上的容量，甚至還有35％以上的電池的容量可以達到80％以上的容量。 4、采取類似保護器、延生器類的脈沖發生器并聯在電池上，對電池進行脈沖維修。這種方法對修復電池比較慢，但是由于長年在維修，所以，如果沒有過放電，對于連續使用的電池來說，往往是徹底消除了電池硫化的可能性。 5、綜合修復方法如果對電池采用定期檢驗，及時除硫和補水，單只電池充電、重新配組。采取這些做法以后，電池的平均壽命會大大提高。定期檢修的意義比較大，不要等電池由于失水和硫化的影響，損傷正極板以后再修復。這樣，可以大大延長電池的壽命。而一旦電池出現嚴重的失水和硫化以后，對正極板的損傷相對也比較大。所以，應該在對正極板損傷以前久對電池進行適當的維修。采取防患于未然的檢修的方法比亡羊補牢的方法更加有效。四、結語采取綜合措施，可以大大延長電池的的實際使用壽命。如果做到如下措施，電池的實際壽命可以獲得延長一倍以上的結果。 1、追求車的效率。盡可能的使整車輕便化。據說，最輕便的車和最重的車，塑料件形成高達十多公斤。而這十多公斤的塑料件不僅僅是行車的累贅，也給用戶塑料件日后維修帶來非常大的麻煩。適當限速，做好欠壓保護，嚴防電池過放電。采用固化的控制器，杜絕控制器參數漂移的現象。采用好的助力方式，使輸出與腳踏用力成正比，形成有效的智能化助力控制。采用大輪徑，細輪胎，提高電機的效率，使電機工作在相對比較高的工作效率狀態。同時減少輪胎與地面的摩擦損失。 2、采用長壽命的電池逐步扭轉以電池的初期容量來評價電池的趨勢，以深循環壽命來評價電池。這樣，帶動電池向發展壽命方面改進。 3、采用先進合理的充電器這個充電器應該使電池最高充電電壓低于大量析氫電壓，最好在大量析氧電壓和大量析氫電壓之間。要達到這個目標，最好的方法還是采用大電流負脈沖充電。采用適當的溫度控制，解決夏季過充電冬季欠充電的問題。合理的快速脈沖前沿，使其具有消除硫化的作用。 4、完善的售后服務檢修體系對電池進行定期的檢修，緩解和消除電池缺陷擴大化。采取這些措施的效果是非常明顯的。就平均每天續行25公里的多家樣車跟蹤看，電池的使用壽命基本上都超過二年。有的已經達到三年以上。采取這些方法的意義很大。首先是給用戶帶來了實實在在的經濟效益，減少了用戶的麻煩。其次是提高了車廠的聲譽，為拓展生產提供了條件。第三可以大大減少電池制造商的理索賠費用。第四，改善電動自行車的形象，拓展電動自行車整體市場(Rialto)的發展。第五，提高電池的利用率，有利于環保。采取這些措施，不僅僅可以減少用戶的使用費用，由于降低了大量塑料件的累贅，也可以降低新車的成本。而這個先機給國外留下了進入中國電動自行車市場(Rialto)巨大的空間。殷切企盼國人能夠奮起直追，趕超國外的先進技術，屏棄低水平的重復競爭，開拓出電動自行車市場(Rialto)嶄新的局面。是中國電動自行車不僅僅是在國內銷售的產量第一，而且爭取做到國際市場(Rialto)是也獨占鰲頭。