电动自行车电池的随机性PCL现象的研究

　　6：B文章编号：1006―0847电动自行车电池的使用寿命应该达到多少时间，根据统计资料全国电动自行车电池的平均寿命在10 ~11个月之间，但是按国家标准电动自行车电池的理论寿命都应该在一年半以上。在实际用户的使用中同品牌的电池最短寿命只有3个月，最长的电池寿命已经接近4a了，究其原因电动自行车厂家说电池质量不稳定，而电池厂家说是用户使用方法不当，用户讲是电动自行车的技术还没有过关，这一问题已经成为中国电动自行车的发展历史上引起市场几次大起大落的关键因素之一，电池行业对这一问题进行的研究很多，实际成果较少。至今市场上很多指导性的理论带有很强的片面性，有一些甚至是错误的。根据中国矿业大学电动车电池超长寿命研究中心连续3a的跟踪研究和大量的电化学分析，我们将电动自行车特有的“随机性早期容量衰竭”现象的研究结果分述如下：1随机性早期容量衰竭产生的原因阀控式免维护铅酸电池的早期容量衰竭问题，是免维护铅酸电池出现后的一种特殊的电池故障，国内对于这一问题的深入研究进行的不多。由于中国生产和使用富液式铅酸电池的历史很长，这一行业中使用和维护人员中绝大多数人认为铅酸电池的技术简单，他们对于这种电池的使用性能和维护方法已经完全掌握了。在中国的电动自行车生产企业中，主管电池工作的技术人员多数都曾经从事过富液式铅酸电池的生产、使用或维护工作。他们认为富液式铅酸电池和免维护铅酸电池同属于铅酸电池系列，使用维护中可采用同样的方法，因此，几乎所有的电动自行车企业在售车时对用户都宣传“电池充电越勤，电池寿命越长”，甚至一些商家和维修人员对用户讲，“没事时，你就把电充上，这样对电池只有好处，没有坏处”。根据统计资料，在每个城市的电动自行车用户群中约有1/3的用户每天骑行路程很短（每天5），这些用户多数都采用电动自行车厂家传授的“勤充电”充电方法，因此这些用户的电动自行车电池除了30min/d左右骑行时间，其余时间大部分都在充电。这就使这种用户的电池常年处于临界高电压过充状态，很多用户在很短的时间里就发现（2 ~4个月内）自己的电池出现了充足电就是放不出来的现象。导致一部分用户的电池在100个循环以内，过早的出现容量衰竭的现象。

　　2随机性早期容量衰竭的基本现象世界各国的免维护铅酸电池进入工业化生产已经有二十余年的历史，中国引进这项技术也有十余年的时间了。为了大幅度的降低电池的电解液的损失和自放电，达到电池的免维护性能，在电池的生栅板生产中采用了Pl-Ca合金替代Pb-Sb合金材料，而结果导致电池在深循环过程中寿命大幅度缩短，而大量的电化学分析表明，这种现象的产生是由于正极活性物质的容量衰竭造成的。电池解剖的电化学分析发现，电池失效后，正极的活性物质并没有软化脱落。而电池开路时电压正常。国际电池界曾提出“腐蚀层阻挡模型”，“球状聚集模型”，曾一度严重的影响了免维护铅酸电池的生产。经过多年对铅钙板栅合金和铅膏成分的不断改进以及对腐蚀理论的研究，免维护电池在正常充放电条件下的早期容量衰竭现象已经基本消除了。但是是否在特殊的工作条件下这一问题也已经解决了。我们的研究结论是否定的，我们的研究发现电动自行车电池如果每次只放电30%~50%就充电，连续2~3个月，剩余的70 %~50%的容量就会丧失，这种现象在电池使用的早期、中期、晚期只要上述条件具备，就会出现。而这一条件出现的随机性就构成了这一失效现象出现的随机性，这是一种电动自行车电池特有的早期容量衰竭现象。

　　3随机性早期容量衰竭的隧道效应研究发现一组正常的电池极板，要充入和放出全部电容量，必须保证极板表层到深层的化学通道的畅通，其孔隙通道的微观几何尺寸越大，孔隙越多，放出的容量就越高，电流就大。而这个条件一旦被破坏，容量就会降低，电流就会减小，即使是新电池也不例外。电化学分析表明，即使正负极板全部转化成了氧化铅和二氧化铅，其容量依旧会大幅度降低，这种状态是一种典型的早期容量衰竭的特征。

　　经过连续的跟踪研究，我们发现了一种特殊的氧化铅和二氧化铅形成结构。

　　通过电化学分析表明，由于很多用户一天只有30~60min左右骑行时间，其余时间都在充电。

　　电池极板50%~70%左右的氧化铅常年不参与工作，但是每次电池充电时的氧化还原反应的游离产物都会对电池极板的深层通道产生沉积，经过近百次的连续沉积，极板的深层通道便被堵塞了，电池容量就仅剩下经常使用的那一部分了，同时由于极板常年处于临界高压过充状态，因此氧化铅和二氧化铅产生严重的晶格变异并形成大量B型氧化铅结构，造成了充足电就是放不出来的现象。

　　免维护铅酸电池的通道效应是我们在电池的超长寿命研究中提出的一个电池故障新概念，在国内几个着名电动自行车品牌电池的寿命实验已经得到了验证。在实验中有一种与电池传统使用理论完全相反的现象。按国际通行的免维护铅酸电池使用理放电30%就充电，电池寿命应该可达到1300次，但大量的实验证明结果恰恰相反，电动自行车电池浅放勤充，不仅不能延长电池寿命，反而会大幅度降低电池的正常寿命，例如：在一组短程用户群中，他们每天行驶路程在3~8km以内，每天骑行后，立即充电，结果平均不到5个月，电池容量几乎衰竭至40%~50%.而一些用户骑行时电池不见到黄灯不充电，每次累计放电量达到85 %左右才充电，电池用了接近4a了还能跑二十几千米。

　　4随机性电池早期容量衰竭衰的特定生成条件根据我们近两年连续跟踪研究：电动自行车使用的免维护密封铅酸电池的早期容量衰竭有着特殊的随机生成条件，即%以上发生在那些严格按电动自行车厂家讲授的使用方法对电池进行充电的用户身上。

　　这种现象在每天骑行路程越短、每天充电次数越多、充电时间越长的用户中发生概率越高，容量衰竭的程度越严重。

　　研究发现这些用户的电池极板60 %~80%左右的活性物质常年不参与工作而这部分的活性物质却常年处于14 9V的临界高电压状态这种现象绝大部分发生在那些一个小时内就可以把电池充足，其余时间充电器都是以小电流对电池进行充电，而充电器对电池保护性充电时单只电池的电压能够稳定在147V以上的用户身上。

　　每天骑车时间较长，电池放电超过60 %的用户几乎不发生这种现象。

　　每周多次骑行，电池累计放电超过70 %再充电的用户也不发生这种电池故障。

　　每天电池使用后正常充电，但每一周或每两周把电用完一次（用到容量的90%）这种用户不发生电池的早期容量衰竭问题。

　　5电动自行车企业防御随机性早期容量衰竭的措施为有效防御随机性早期容量衰竭的产生，实现电动自行车电池的超长寿命，我们总结大量实验室和现场实验及企业电池装车的平衡配合实际经验，结合部分电动自行车电池超长寿命用户的使用经验，我们归纳如下：电动自行车企业要实现电池的超长寿命，必须选用质量可靠的采用多元改进的铅合金的电动自行车动力电池，而不能选用普通型的免维护铅酸电池，这两种电池在使用初期性能相差不多，但后期差别极大；更不能因贪图便宜，选用劣质电池，否则将后患无穷，甚至导致电动自行车企业的最终瓦解。因为电池一旦出问题，用户的结论是这种品牌的电动自行车质量不行。

　　新车出厂时电池配对质量至关重要，必须对I临装车的所有电池进行全充全放，记录分时电流电压将每阶段参数一致的电池分归几个大组，然后对归入大组的电池进行并联小电流充电，大组电池充足后，静置72h后，选择静止电压最接近的电池，组对装车。决不能因为是新电池而忽视了电池的容量配对。这样可消除70%以上4非平衡型的电池容量衰竭。

　　（4）企业应在每个销售电动自行车的城市建立一个电动自行车电池定期维护中心，对已销售的电动自行车电池进行定期维护，对用户电池实行半年一次的定期电池容量平衡，维护和修复。这件事由销售商代理，既可提高商家的收入，又可免除企业的后顾之忧，会取得很好效果。因为半年一次的维护能把电池的故障消灭在萌芽状态不会让小病变成大病，所以电池寿命会大幅度提高。

　　6结论（）电动自行车使用的免维护密封铅酸电池，其电化学性能、使用性能、存放性能，充放电性能与富液式的铅酸电池有很大的区别，不能沿用“勤用勤充的富液式铅酸电池的使用维护理论。否则就会引发不该出现的电池早期容量衰竭问题。

　　电动自行车出现的免维护密封铅酸电池的早期容量衰竭问题，是可以避免的。主要通过充放电规律的改变和使用方法来调整。

　　电动自行车企业和商家对用户宣传的那种用条件下是错误的，这种方法不仅不能提高电池寿命，反而会因引发的早期容量衰竭问题，使电池寿命大幅度降低。

　　要实现电动自行车电池的正常寿命和超长寿命，电动自行车企业就应该在各大城市建立用户电池维修中心，对用户的电池进行定期的维修和使用指导。

　　（上接第162页）甲基纤维素的样品与空白的样品接近，表明这些结构添加剂对低温性能影响不大。而Ti2、稀土氧化物对低温性能有负面影响。

　　43寿命试验表明：添加聚乙烯醇寿命进行了107次，添加Ti2寿命为130次，添加羧甲基纤维素寿命为113次，添加稀土氧化物为116次，空白样品115次。因此添加Ti2循环寿命有所提高。按以上的方法进行的循环寿命相对实际使用时间较短，实际使用也更苛刻，本试验电池均未发生明显的脱落和软化，因此加入聚乙烯醇、羧甲基纤维素的样品其网络结构的作用未能对比出来。

　　44随着纳米技术的发展，纳米级Ti2研究很多，纳米级Ti2应用于蓄电池效果如何，有待于研究，但通过普通Ti2的研究可以提供一些借鉴。

　　5结论在正极和膏时，加入聚乙烯醇Ti2、羧甲基纤维素、稀土氧化物后制成的蓄电池，其容量和低温性能没有提高；添加Ti2的蓄电池寿命有所提高。