电动车蓄电池容量和寿命的关系

电动车蓄电池工作原理

使用充电机对电动车充电，必须知道电动车蓄电池工作原理.

电动车最常用的蓄电池是铅酸免维护蓄电池，有采用玻璃纤维隔板吸附技术的AGM型电池，还有采用胶体电解液技术的GEL型胶体电池。

铅蓄电池的工作原理是铅蓄电池内的阳极(PbO2)及阴极(Pb)浸到电解液(稀硫酸)中，两极间会产生2V的电力。放电中的化学变化是稀硫酸即会与阴、阳极板上的活性物质产生反应，生成新化合物“硫酸铅”。经由放电硫酸成分从电解液中释出，放电愈久，硫酸浓度愈稀薄。所消耗之成份与放电量成比例，只要测得电解液中的硫酸浓度，亦即测其比重，即可得知放电量或残余电量。充电中的化学变化是放电时在阳极板，阴极板上所产生的硫酸铅会在充电时被分解还原成硫酸，铅及过氧化铅，因此电池内电解液的浓度逐渐增加，亦即电解液之比重上升，并逐渐回复到放电前的浓度，这种变化显示出蓄电池中的活性物质已还原到可以再度供电的状态，当两极的硫酸铅被还原成原来的活性物质时，即等于充电结束，而阴极板就产生氢，阳极板则产生氧，充电到最后阶段时，电流几乎都用在水的电解，因而电解液会减少，此时应以纯水补充之。

AGM型电池是电池中灌注了稀硫酸，稀硫酸被吸收在超细玻璃纤维隔板和极板中，几乎没有流动电液．目前市场上销售的电动车电池多数是AGM型电池。

GEL型胶体电池是电解质凝胶后没有游离电液，漏酸的机率比前一种电池小得多；其灌注量比稀硫酸多10~15%，失水又少，所以胶体电池不会因失水造成失效；胶体的灌入增加了隔板的强度，保护了极板，弥补了隔板遇酸收缩的缺陷，使装配压力不明显降低是其具有延长电池寿命的原因之一；胶体填充了隔板与极板之间的空隙，降低了电池的内阻，充电接受能力可因此而改善。所以胶体电池的过放电，陕复能力和低温充放性能都比AGM型电池优越；胶体电池的一致性比同类AGM型电池好得多。国内已批量生产的胶体有以下四种：气相胶、硅溶胶、混溶胶、有机硅高聚物胶。

电动车蓄电池容量和寿命的关系

作为电动自行车用的蓄电池，其寿命和容量是最重要的两个指标，大家都希望能把电池容量做的大且寿命长，但这两项指标在一定程度上存在不可调和的矛盾，以至于一个指标的提高，势必影响到另一个指标。

我们列举一些提高容量的方法，并同时论证其对电池寿命的影响。

一、在电动车电池壳允许的范围内，尽量加大电池体积。

这是一种行之有效的方法，假如其它方面设计合理，只是增大了体积，增加了板栅面积，增加了活性物质重量的话，这种方式带来的容量增加，对寿命是有利的，因为这样可以有效降低放电深度，从而达到了提高寿命的目的。我们曾对相同的电池分别采用5.5Ah放电和7.5Ah放电两种放电制式进行寿命循环实验，其中浅放电的电池寿命是深放电的两倍，可见浅放电对电池寿命的影响是相当大的。

二、在外形尺寸相同的情况下，可以有两种方法来增大容量：

1、增加极板厚度，主要是正板厚度。用这种方法来增加活性物质的量，从而达到增加容量的目的。

2、减薄极板厚度，提高活性物质利用率，增加极板片数，提高极板面积，从而达到提高容量的目的。

相比之下，增加极板厚度不增加操作步骤，较易实行。而减薄极板更有利于容量的增加，但由于极板增多，正负极间隔增多，势必导致隔膜减薄，从而增加隔膜枝晶穿透的危险，同时增加了铸板、涂板、装配的工作量。

这两种方法提高容量，都必须提高酸的密度，以保证有足够的酸参与反应，目前这两种方法做成的电池其开路电压都在13.7-14V之间（这已远远超过我们习惯上可以接受的值），5A放电都可达140分钟以上。

提高酸的密度对电池的寿命有如下影响：

1、使极板，尤其是正极板腐蚀加剧。

2、在深放电循环下，加速正极板软化。

3、随着酸密度的提高，硫酸盐的溶解度大幅度下降，在放电过程中产生的硫酸铅

饱和度增加，易产生粗大坚硬的硫酸铅，造成负极硫酸盐化。尤其在电动车正常使用过程中，一般是早上上班，下午下班，中间8个多小时电池处于亏电状态，更易造成硫酸盐化。

三、通过改变化成条件来改变正极板a-PbO2和b－PbO2的比例。

a-PbO2和b-PbO2的氧化还原能力差别很大，它们的电化学活性不同，b型较a型具有较高的放电容量，在不同的电流密度下放电时，b-PbO2给出的容量超过a-PbO21.5-3倍，也有人认为a-PbO2只能输出理论容量的16％，而b-PbO2输出理论容量的80％-90％。由此可见，设法在化成中增加b-PbO2的比例，就可以有效增加容量，最简单的办法是在电池化成时，增大电流，降低电解液PH值，再采用有效的降温措施，抑制电池温升，这样化成出来的电池b-PbO2的比例就会相应升高。

但是a-PbO2具有尺寸较大，较硬颗粒，在正极活性物质中可形成网络或骨骼，正极活性物质的结构因而完整，使电极具有较长的寿命，所以在化成过程中产生过多的b-PbO2将会对寿命产生不利影响。

四、使用添加剂

最近，各种关于能够提高电池容量的添加剂的报道越来越多，但绝大多数是针对深充放循环要求不高的起动电瓶的。也有一些单位宣称他们的添加剂不仅有利于容量，而且可以提高深充放循环寿命，但在和多家这样的单位进行了联系后，不知是否是出于技术保密的原因，他们始终说不出他们的添加剂增加容量同时提高寿命的原理。

以上是目前各电动车电池厂家常用的增加容量的方法，但除了改变外形尺寸（在有国家标准规范后，这一办法将不可行）外，似乎还没有一种容量和寿命兼顾的方法，这时就应该在容量和寿命之间找准一个平衡点。通过我们调查，电动自行车用户每日的骑行距离在10-30km的居多，再远的话他们将考虑选用其它交通工具。因此，我们在设计电动车蓄电池时的原则应是保证每天骑行10-30km的用户，其电池的使用寿命最长，按照这个原则再来考虑容量设计。目前电动自行车主要有36V和24V两种，一般情况下骑行的放电电流在4-5.5A之间，所以我们在做寿命实验时，采用的是5A放电1.5小时和5.5A放电1小时两种放电方法，通过实验我们认为，要想在这两种条件下寿命达到最大，151′94′98的电池，重量在3.85-3.95kg，5A放电时间在115分和125分之间，151′99′99的电池，重量在4.15-4.25kg，5A放电时间在125分和135分之间是比较合适的，在这种容量下，我们可以将电池的开路电压控制在13.2-13.4V之间，容量再低，会由于放电深度增加影响寿命，在此基础上再提高容量又会由于我们上面论及的诸多原因影响寿命。