电动助力车 用铅蓄电池技市的额发展 文◎ 薛奎网 薛 围 摘要：简要介绍了国内电动助力车和电动助力车用铅酸动力电池的发展情况、铅酸动力电 池的最新发展技术以及电动助力车用铅蓄电池的慢脉冲快速充电技术。 关键词：电动助力车；铅蓄电池；技术 １ 电动助力车的发展前景 随着科技和经济的快速发展， 人们环保意识的不断提高，用清 洁无污染的电动车辆取代燃油车 辆已经成为人类必然的选择。从 它与国家的能源战略有关，与环 保、与国家的交通和规划有 ３ 阀控电池技术在电动助 力车用铅酸蓄电池上的应用 目前在电动助力车上使用的 阀控密封铅酸蓄电池，以采用 关，与和谐社会有关，与老百姓 和日常生活有关。 ２ 电动助力车蓄电池是电 ＡＧＭ技术为主，因为ＡＧＭ电 我国国情和人们的消费水平出发， 动助力车技术发展的关键 电动助力车用蓄电池是电动 池有以下优点：①高纯度原材 料，电池的自放电小，２５ ｏＣ下贮 存３个月，自放电率小于２．０％； 在众多电动车辆中优先发展电动 助力车具有广阔的前景。我国人 口众多，是助力车大国，如果将 车辆的心脏部件，电动助力车的 竞争说到底是蓄电池技术的竞 ②ＡＧＭ电池有较好的充电效率； ⑧极群采用紧装配，内阻较小， 助力车全部采用电动自行车代替， 争。它与牵引铅酸蓄电池不同， 电动助力车用动力蓄电池以中等 电流长时间持续放电为主，问或 将有很大的空间潜力。许多大中 城市的燃油车将逐步取消。如果 全改为电动助力车，将形成很大 适合大电流放电；④由于采用贫 液式设计，气体复合效率较高， 以大电流放电，用于起动、加 速、爬坡。 大于９８％，因此无酸雾逸出；⑤ 初期容量较高，第１次循环可达 的电动力产业。电动助力车产业 的发展将带动相关配套产业的发 展，解决人们的就业问题。 电动助力车产业作为我国拥 有自主知识产权、绿色环保的朝 阳产业，是我国现代工业文明赶 超发达国家最好的一次契机。电 蓄电池作为电动助力车的核 心部件面临重大的机遇。然而， 机遇和挑战往往是并存的。目 前，消费者对蓄电池产品的质量 疑虑重重，加之消费者使用不规 到１００％以上的额定容量；⑥有 较好的低温放电性能。 目前电动车蓄电池正极板栅 采用铅锑镉合金，负极板栅采用 铅钙合金，失水高于正极采用铅 范，电动车厂家的车辆设计参数 不规范，共同构成了阻碍电动助 钙合金的电池。寿命终止是电池 动助力车的标准问题已经从一个 失水造成的，但铅锑镉合金的电 池在失水后较易进行容量恢复， 技术问题转变成一个社会问题， 力车推广普及的重大障碍。 …一．１ｌ捌ｐ第７期四 因此采用铅锑镉合金电动车电池 在使用１年左右应进行加水维护， 用，一致性对电池质量至关重 要，特别是铅钙合金板栅的一致 性的控制极为重要。在生产过程 和用户的使用过程中单体电池性 能不一致是必然的，而一致只是 相对的。为了提高电池的一致 极的，而是通过胶体的裂纹来实 现的，胶体的裂纹是氧的复合通 对使用寿命的提高是有益的。 出于环保要求，Ｃｄ污染严 道。胶体的裂纹是胶体形成时收 缩产生的。胶体电池使用初期， 由于胶体的裂纹较少，氧的复合 效率较低，因此安全阀易开阀而 有较多酸雾逸出。随着电池的使 重，多数企业正在研究采用高锡 （１．２％ １．６％）低钙合金取代 Ｐｂ—Ｓｂ—Ｃｄ合金，这种合金虽比 性，在极板的生产过程中，质量 Ｐｂ—Ｓｂ—Ｃｄ合金更耐腐蚀，但有 ＰＣＬ现象。因此采用一些措施来 防止产生ＰＣＬ现象，如板栅在 涂填前用固化炉固化一次，生极 板采用高温固化使四碱式盐占主 导，紧装配等方法。这种合金电 池失水量少，其寿命终止主要是 铅钙合金造成的早期容量衰减， 如果要制作不需维护且满足环保 要求的更长寿命电池，高锡铅钙 合金仍是一个最理想选择。 ４阀控电池技术新发展 ， ４．１现有技术水平的改进提升 与发展 目前采用的提高电池循环使 用寿命的方法有：采用新型板栅 合金材料以减少极板质量，采用 新型结构设计减少电池的质量， 利用新型的添加剂和铅膏配方提 高活性物质利用率等。措施包 括：提高电池的组装压力，采用 新型隔板，使用正确的充电制 度，改进膨胀剂的性能，改进电 池结构以降低内阻，减薄极板厚 度，增加活性物质孔率以提高反 应离子扩散速度等。 ４．２提高一致性控制技术能力 电动助力车电池是成组使 大小和尺寸的一致性，已引起了 人们的足够重视，其中包括板栅 尺寸和质量的一致性、极板尺寸 和质量的一致性、隔板尺寸和质 量的一致性及加酸量的一致性， 但对工艺的一致性研究得不够， 且难以找到有效的控制手段，工 艺的一致性包括铅粉生产的一致 性、和膏及涂板的一致性、固化 工艺的一致性、化成的一致 Ｉ＇￣ｆｎ 组装的一致性，其中的固化和化 成的一致性最难控制。而国内蓄 电池厂的设备自动化能力不足， 若想提高此方面的一致性，必将 投入大量的人力成本。在满足上 述一致性的同时，还要强调电池 配组的一致性，配组的一致性包 括容量的一致性、开路电压和浮 充电压的一致性、内阻的一致性。 电池的一致性是成组电池寿命的 基础，为了提高电池的寿命，在 选择适宜的板栅材料的同时，必 须提高上述电池的一致性。 ４．３新型材料电池的研发 近来，不少厂家正在进行电 动助力车用胶体蓄电池的研究， 其密封原理与ＡＧＭ技术相似， 也是氧的循环过程，但正极的氧 气不是通过隔板的孔隙传输到负 用，裂纹增加，氧的复合效率提 高。但胶体电池初始容量较小， 成本较高，制约了其在电动助力 车行业的发展。 国内有很多厂家在积极开发 动力用水平铅布蓄电池，其比能 量高、比功率高、充电快和成本 低等优点而受到铅酸蓄电池行业 的注意，尤其在动力型和深循环 应用方面，水平铅布电池显示出 了良好的性能，该电池采用了独 特的设计和先进的工艺，其突出 的优点在于：采用双挤压工艺制 成共轴铅覆玻璃纤维丝，然后用 这种铅覆玻璃纤维丝编织成轻巧 而结实的铅布板栅。由于玻璃纤维 丝作为稳定核心，使极板尺寸稳 定，消除了极板的增长，不需要使 用钙、锑或其它合金来增加机械强 度，可以采用纯铅或铅锡合金，从 而减少了析气量以及正极板栅的腐 蚀，同时采用双挤压方法制成的铅 丝晶粒致密，具有高度耐蚀性，可 以制成很薄的板栅。 目前国外有些企业已经开始 研发的超级蓄电池。这种超级蓄 电池已经开始在欧美地区进行销 售，这种超级电池是一种具有超 级储电能力、可提供强大的脉冲 嘎 ９ ＿７翅 功率的物理二次电源，在国外技 术相对成熟。该产品具有超大电 容量、一４０℃～６０℃的环境温 度中正常使用、有超强的荷电保 持能力、充电迅速，使用便捷、 无污染等特点，可广泛应用于电 动车产品。 ５脉冲快速充电技术的发展 过去，人们一直专注研究开 发高性能的铅酸蓄电池，而忽视了 一个直接影响蓄电池性能的重要因 素，即蓄电池充电，特别是充电方 式这一重要环节。事实已充分证 明，再好的蓄电池在不恰当的充电 方式下使用，也会是最差的电池， 蓄电池与其说是被用坏的，倒不如 说是被充电充坏的。因此在研究铅 酸蓄电池本身的同时，应当结合蓄 电池充电方式一起研究。在研究充 电方式对铅酸蓄电池影响的时候， 惊奇地发现，原来一直公认的恒流 慢充电、恒压慢充电以及三段式慢 充电等并不像想象的那样安全可 靠。而慢脉冲快速充电，原来人们 认为铅酸蓄电池不可能实现现在已 经实现了。 慢脉；中快速充电方法是根据 电池多孔性电极理论模型，运用 电化学动力学原理，经过大量试 验研究，设计出一种双稳态非线 性反馈机制的慢脉冲快速充电方 法。这种方法能确保在充电过程 中及时消除或降低电池极化，电 池析气量少，温升低，快速，充 电量足，充电效率高，电池寿命 ◆２Ｑ１ 期一墅一 不受损害。铅酸蓄电池采用“慢 脉冲快速充电方法”时，最大充 电电流达２ ＣＡ，空腹蓄电池充 电２０～３０ ｍｉｎ左右，充电容量 达到蓄电池额定容量的８０％以 上并且蓄电池的温升小于８ Ｋ。 以１ ＣＡ最大充电电流慢脉冲充 电，进行７０％ＤＯＤ循环寿命测 试寿命最长可达４９６次。以０．５ＣＡ 最大充电电流慢脉冲充电，进行 １ ＯＯ％ＤＯＤ循环寿命测试，寿命最 长达６１ ５次。实验证明，铅酸蓄 电池在慢脉冲充电条件下，既可 以实现快速充电，同时又有较长 的循环寿命。 长期以来，人们坚信蓄电池 的均衡性对蓄电池的寿命影响是 至关重要的。因此，在使用蓄电 池组时，特别注重电池的均衡性 配组，新、旧电池肯定不能搭配 成组使用。蓄电池配组时，对电 压、内阻、容量等都有严格的规 定和要求。即使如此，最后也会 发现，蓄电池寿命终止时还是有 一只电池的其中一个单元出了问 题，导致整组电池失效。也正是 如此，人们就想方设法地去力求 保持蓄电池组的均衡性一致，希 望能够延长蓄电池的使用寿命。 在慢脉冲快速充电和控制成 组电池中一只电池到达最低放电 电压为终止放电的条件下，成组 蓄电池充放电循环的寿命几乎与 蓄电池组的均衡性无任何关系。 蓄电池组的寿命长短只取决于其 中一只容量最低的电池，与其它 配组的电池无关。为了验证这一 结果，我们特意将已经循环结束 后蓄电池组中一只容量最低的电 池取走，换上一只新的电池配成 组，又继续循环了近１ ２０次。尽 管刚开始时各电池的电压、容 量、内阻相差很大，但循环一段 时间后，各电池之间的差异逐渐 缩小，对新电池没有带来什么不 利影响，新成组的蓄电池循环寿 命由另外的一只容量最低的电池 决定。由此，又一次验证了慢脉 冲快速充电对铅酸１ ００％ＤＯＤ 循环寿命从４９６次增加到６１５ 次以上时蓄电池组的均衡性是有 利的。 由此说明，铅酸蓄电池的性 能除了与本身的质量有直接的关 系外，还与充电方式有紧密的联 系。开发高性能的铅酸蓄电池， 应结合适应蓄电池自身特点的充 电模式一起研究，只有这样才能 起到事半功倍的效果。在慢脉冲 快速充电的条件下，铅酸蓄电池 的许多性能已经发生了很大的变 化，长期以来对铅酸蓄电池形成 的一些观念发生了根本性的改 变，大电流快速充电对铅酸蓄电 池是有利的，充电电流大时铅酸 蓄电池的发热量低、析气量少、 同样有较长的使用寿命，而且还 能够实现快速充电。这种突破性 的成果势必会大大提升铅酸蓄电 池的使用价值，拓展铅酸蓄电池 更广泛的用途。
