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延長(zhǎng)電動(dòng)自行車深充放循環(huán)電池壽命的研究

m.jxmhotel.com.cn 來(lái)源：電動(dòng)車商情網(wǎng)　　　電動(dòng)車商情網(wǎng) 作者：俠名類別：電動(dòng)車維修時(shí)間：2005-12-21

為了延長(zhǎng)電動(dòng)自行車的使用壽命，做了實(shí)驗(yàn)研究：試驗(yàn)電池均采用涂膏式極板，鉛膏中含有一定量的FD型復(fù)合添加劑和少量高活性磺化導(dǎo)電纖維。正極板柵合金為低鈣及含Sn量稍高的Pb-Ca-Sn等五元合金。負(fù)極板柵為低Sn的Pb-Ca-Sn-Al合金。通過容量和循環(huán)壽命實(shí)驗(yàn)證明：通過以上技術(shù)使電池的初始比能量達(dá)到2h率36.8Wh/kg；在適當(dāng)限制初始比能量、改進(jìn)電極板配方及制造工藝的條件下，可將電池深循環(huán)延長(zhǎng)至700次以上，使電動(dòng)自行車電池在小于180W 電機(jī)配套的條件下具有1.5-2年的使用壽命。 1前言近5年來(lái)，電動(dòng)自行車市場(chǎng)(Rialto)得到了前所未有的發(fā)展。然而，幾年來(lái)發(fā)展電動(dòng)自行車的實(shí)踐表明，電池壽命仍制約著電動(dòng)自行車的發(fā)展。雖然，在性能價(jià)格比、安全可靠性和高、低溫性能上，閥控式鉛酸蓄電池目前還占有明顯優(yōu)勢(shì)，使其在近年的電動(dòng)自行車配套率在95%以上。但由于電池性能的良莠不齊，尤其是深充放循環(huán)壽命的不理想，仍極大地(Terra)影響著電動(dòng)車市場(chǎng)(Rialto)的發(fā)展?jié)摿ΑＭㄟ^近幾年的努力，本課題組自1995年開始就致力于延長(zhǎng)電池的循環(huán)壽命的研究，終于使電池的深充放循環(huán)壽命得到了顯著的延長(zhǎng)，從而為電動(dòng)自行車市場(chǎng)(Rialto)研制出具有更長(zhǎng)使用壽命的閥控式電池。 2實(shí)驗(yàn) 供試驗(yàn)用的長(zhǎng)壽命閥控式鉛酸電池為當(dāng)前電動(dòng)自行車、電動(dòng)摩托車上廣泛使用的12V10Ah、12V17Ah和12V20Ah3種規(guī)格。在上述電池中，根據(jù)目前市場(chǎng)(Rialto)最大配套要求，又選定12V10Ah電池作為長(zhǎng)壽命電池的研究重點(diǎn)。試驗(yàn)電池均采用涂膏式極板，鉛膏中含有一定量的FD型復(fù)合添加劑和少量高活性磺化導(dǎo)電纖維。正極板柵合金為低鈣及含Sn量稍高的Pb-Ca-Sn等五元合金，負(fù)極板柵為低Sn的Pb-Ca-Sn-Al合金。生極板經(jīng)槽外化成、洗滌并干燥后，采用AGM隔板裝配成12V電池。12V10Ah電池每單格內(nèi)含有13片極板（其中6片為正極板，7片為負(fù)極板）。含不同添加劑的電解液密度約為1.32-1.35g/cm3，電解液中含有少量可有效抑制微晶短路和極板硫酸鹽化的添加劑或配制成含此種添加劑的亞膠體形態(tài)。加酸后的電池平均重量約4.4kg。12V17Ah電池每單格含有9片極板（其中4片為正極板，5片為負(fù)極板）。電解液密度與12V10Ah電池相同，電池的平均重量約6.2kg。12V30Ah電池除極板較12V17Ah的高出14mm之外，其余結(jié)構(gòu)與12V17Ah相同。電池的平均重量約7kg。電池的整體結(jié)構(gòu)依型號(hào)不同采用2×3或1×6的單格排列方式。電池外殼為ABS注塑而成，內(nèi)部單格電池之間的連接為跨焊方式。 3結(jié)果與討論 3.1電池的容量特性圖1示出采用F-I型新技術(shù)制造的電池與常規(guī)Pb-Ca-Sn電池的性能比較。由圖中可見，電池的初始放電性能明顯超過常規(guī)電池。依不同放電終止電壓時(shí)所測(cè)得電池的初始容量可求得電池以2h率放電的初始比能量，當(dāng)電池的放電終止電壓為10.5V時(shí)，采用F-I型配方制造的電池，其平均重量比能量可達(dá)36Wh/kg以上。若以9.6V為放電終止電壓，則其重量比能量可達(dá)36.4-37.7Wh/kg，與本課題組送檢電池并經(jīng)上海市質(zhì)檢所測(cè)得的36.8Wh/kg的比能量值十分接近。 3.2充放循環(huán)壽命 3.2.1電池按70%DOD充放時(shí)的循環(huán)壽命按照F-I型工藝制造的電池，雖然具有較高的初始容量和較大的比能量，但電池在循環(huán)充放中容量下降較快，深循環(huán)壽命較短。為此，我們?cè)贔-Ⅱ型電池中削減了電池的初始容量，以降低電池的循環(huán)放電深度。按照電動(dòng)自行車用密封鉛酸蓄電池的部頒標(biāo)準(zhǔn)（JB/T10262-2001），將12V10Ah電池模擬實(shí)車行駛，以恒壓16V、限流1.5A充電5.6h，5A恒流放電1.4h為循環(huán)周期（即2h率放電70%DOD）進(jìn)行循環(huán)充放，測(cè)得F-ⅡB型電池具有718次的循環(huán)壽命（見圖2），是常規(guī)Pb-Ca-Sn合金電池壽命（平均350次）的2倍以上。而與F-ⅡA型（非膠狀電解液）的電池相比，其壽命亦有較明顯的提高。3.2.2電池按100%DOD充放時(shí)的循環(huán)壽命分別采用F-ⅡA、F-ⅡB型工藝及常規(guī)技術(shù)研制了3種類型的12V10Ah電池，電池以14.6-14.8V恒壓、1.5A限流充電9.5h，5A恒流放電至10.5V為循環(huán)周期（即2h率放電100%DOD）進(jìn)行放電壽命試驗(yàn)（見圖3）。圖中曲線表明：采用F-ⅡB型技術(shù)后的電池，在100%DOD的全充放條件下，電池循環(huán)至735次，仍具有64min的放電容量。這一結(jié)果表明，在適當(dāng)限制初始容量并合理選用FD復(fù)合添加劑和亞膠體的電動(dòng)自行車電池，即使在上述的深循環(huán)條件下，亦具有可能運(yùn)行1.5-2a以上的使用壽命。 3.2.3電池的快速等效循環(huán)壽命自電動(dòng)自行車普及以來(lái)，電動(dòng)自行車制造商為快速驗(yàn)證電池的優(yōu)劣，行業(yè)中公認(rèn)了一種嚴(yán)格的快速等效循環(huán)壽命檢測(cè)法。該方法規(guī)定：每一次循環(huán)充放中，12V10Ah電池應(yīng)以20A（>2倍率）電流放電18min（相當(dāng)于以2C的電流放電至60%DOD），再以10A（1倍率）電流充電42min。此種大電流快速充、放電對(duì)電池性能要求極為嚴(yán)格。由于充、放電流大，電池發(fā)熱嚴(yán)重，失水快，很容易損壞。顯然，該法的檢測(cè)結(jié)果與電池的實(shí)際深充放能力并沒有平行關(guān)系，但作為電動(dòng)車廠家短期快速評(píng)價(jià)電池性能，仍具有一定的參考價(jià)值。圖4示出了采用F-ⅡA技術(shù)、F-ⅡB技術(shù)以及常規(guī)型的電池的快速充放壽命對(duì)比曲線。由圖中可見，采用F-ⅡA技術(shù)的電池，其快速充放循環(huán)達(dá)到519次，顯著優(yōu)于F-ⅡB技術(shù)型和常規(guī)Pb-Ca-Sn合金電池，這可能與不同種類電解液的離子電導(dǎo)性能有關(guān)。上述研究結(jié)果充分表明，在電池制造中采用了上述幾項(xiàng)新技術(shù)之后，完全可將電動(dòng)自行車電池的使用壽命延長(zhǎng)至1.5-2a。上述電動(dòng)自行車電池所具有較長(zhǎng)深循環(huán)壽命，可能與下列因素有關(guān)：（1）高活性正極FD型復(fù)合添加劑的使用及改進(jìn)后的正負(fù)極配方對(duì)提高電極活性物質(zhì)利用率和減少循環(huán)中容量的衰減具有重要的作用；（2）低鈣正極板柵的使用有助于降低腐蝕膜的生長(zhǎng)速度(Tempo)和膜阻抗；（3）和膏中采用P-GB添加劑可增強(qiáng)活性物質(zhì)顆粒間和活性物質(zhì)與板柵間的結(jié)合能力。（4）正確選擇鉛膏的視密度、含酸量、極板固化溫濕度、電池的加酸量，以及正負(fù)極活性物質(zhì)的比例，對(duì)提高電池深循環(huán)過程中容易的穩(wěn)定性也具有一定作用。■

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