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铅酸蓄电池学术论文集锦1
《铅酸蓄电池学术论文集锦 1》1、铅酸蓄电池的硫化与修复原理1、何为硫化 蓄电池内部极板的表面上附着一层白色坚硬的结晶体，充电后依旧不能剥离极板表面转化为活性物质 的硫酸铅，这就是硫酸盐化，简称为“硫化”。 2、硫化表象 电池内阻增大，充电较未硫化前电压提前到达充电终止电压，电流越大越明显。酸液密度低于正常值。 放电容量下降，放电电流越大容量下降越明显。充电时有产生气泡，充电温升增快，严重时可导致充不进 电。 3、硫化的生成 根据蓄电池的双硫酸盐化理论，蓄电池在每次放电后，正负极板的不同活性物质均转变为硫酸铅，充 电后各自还原回不同的活性物质。而经常过放电、小电流深放电、低温大电流放电、补充电不及时、充电 不充足、酸液密度过高、电池内部缺水、长期搁置时，极板表面的硫酸铅堆积过量且在电解液中溶解，呈 饱和状态，这些硫酸铅微粒在温度、酸浓度的波动下，重新结晶析出在极板表面。由于多晶体系倾向于减 小其表面自由能的结果，重组析出后的结晶呈增大、增厚趋势。由于硫酸铅是难溶电解质，重组后的结晶 体其比表面积减小，在电解液中的溶解度和溶解速度降低。硫酸铅附着在极板表面和微孔中阻碍了电池的 正常扩散反应，且硫酸铅电导不良阻值大，致使电池在正常的充电中欧姆极化、浓差极化增大，充电接受 率降低，在活性物质尚未充分转化时已达极化电压产生水分解，电池迅速升温使充电不能继续下去进而活 性物质转化不完全，因而成为容量降低和寿命缩短的原因。 4、如何防止电池产生硫化 每次放电后及时补充电且要充足电，尤其是大电流放电后一定要及时补充电。在小电流放电时尽量控 制放电深度，小电流深放电产生的硫酸铅过于致密，放电后充电采取小电流长时间。对于低温大电流放电 后，要采取多充电量百分之三十来恢复容量。长期搁置的电池,要先充足电后再搁置，在搁置每两个月适当 补充电一次。 5、几种电池硫化修复的方法 1）水疗法 对已硫化电池，可以先将电池放电，倒出原电解液并注入密度在 1.10g/cm3 以下较稀电解液，即向电 池中加水稀释电解液，以提高硫酸铅的溶解度。采用 20h 率以下的电流，在液温不超过 20℃～40℃的范围 内较长时间充电，最后在充足电情况下用稍高电解液调整电池内电解液密度至标准溶液浓度，一般硫化现 象可解除，容量恢复至 80%以上可认为修复成功。 此法机理，用降低酸液密度提高硫酸盐的溶度积，采取小电流长时间充电以降低欧姆极化延缓水分解 电压的提早出现，最终使硫化现象在溶解和转化为活性物质中逐渐减轻或消除。 此法特点对于加水蓄电池比较适用，对于硫化严重现象亦可反复处理，无须投资设备即可自行修复， 缺点是过程太繁琐对密封电池不太适用。 2）浅循环大电流充电法 对已硫化电池，采用大电流 5h 率以内电流，对电池充电至稍过充状态控制液温不超过 40 度为宜，然 后放电 30%，如此反复数次可减轻和消除硫化现象。 此法机理，用过充电析出气体对极板表面轻微硫化盐冲刷，使其脱附溶解并转化为活性物质。此法特点，对于轻微硫化可明显修复。但对老电池不适用，因为在析出气体冲刷硫酸盐的同时也对正 极板的活性物产生强烈冲刷，使活性物质变软甚至脱落。 3）化学修复法 对已硫化电池，倒掉原电解液，加入纯水与硫酸钠、硫酸钾、酒石酸等物质混合液，采取正常充放电 几次，然后倒出纯水加入稍高密度酸液调整电池内酸液至标准液浓度，容量恢复至 80%以上可认为修复成 功。 此法机理，加入的这些硫酸盐配位掺杂剂，可与很多金属离子，包括硫化盐形成配位化合物。形成的 化合物在酸性介质中是不稳定的，不导电的硫化层将逐步溶解返回到溶液中，使极板硫化脱附溶解。 此法特点，修复效率和功效高于前两种修复方法，缺点太繁琐。 4）脉冲修复 对于硫化电池，可用一些专用的脉冲修复仪对电池充放电数次来消除硫化。 此法机理，从固体物理上来讲，任何绝缘层在足够高的电压下都可以击穿。一旦绝缘层被击穿，就会 由绝缘状态转变为导电状态。如果对电导差阻值大的硫酸盐层施加瞬间的高电压，就可以击穿大的硫酸铅 结晶。如果这个高电压足够短，并且进行限流，在打穿硫化层的情形下，控制充电电流适当，就不会引起 电池析气。电池析气量取决于电池的端电压以及充电电流的大小，如果脉冲宽度足够短，占空比够大，就 可以在保证击穿粗大硫酸铅结晶的条件下，同时发生的微充电来不及形成析气，如果含有负脉冲去极化， 就更能保证在击穿硫酸盐层时极板的气体析出，这样就实现了脉冲消除硫化。 从原子物理学来说，硫离子具有 5 个不同的能级状态，处于亚稳定能级状态的离子趋向于迁落到稳定 的共价健能级存在。在稳定的共价键能级状态，硫以包含 8 个原子的环形分子形式存在，这 8 个原子的环 形分子模式是一种稳定的组合，难以跃变和被打碎，电池的硫化现象就是这种稳定的能级。要打碎这些硫 化层的结构，就要给环形分子提供一定的能量，促使外层原子加带的电子被激活到下一个高能带，使原子 之间解除束缚。每一个特定的能级都有唯一的谐振频率，谐振频率以外的能量过高会使跃迁的原子处于不 稳定状态，过低能量不足以使原子脱离原子团的束缚，这样脉冲修复仪在频率多次变换中只要有一次与硫 化原子产生谐振，就能使硫化原子转化为溶解于电解液的自由离子，重新参与电化学反应，在特定条件下 转换回活性物质。 此法特点，效果好操作方便。但需要有专用的脉冲充电器，个人用户都不具备，需要购买。市场上的 脉冲修复充电器参差不齐，很多脉冲充电器甚至是专用修复仪的脉宽比、占空比、负脉冲设计得并不合理 不能起到去硫化的作用。 大容量铅酸蓄电池（以下简称“电池”）是基站电源的保障。在国内出现“电荒”的时候，后备电源 的可靠性显得格外重要。在长三角和珠三角地区，每周内停三供四的时间很多，甚至出现听四供三更加严 重的局面。多数处于野外的基站，其供电是难以保证都是采用一、二类电源的，这样，电池的可靠性问题 尤其严重。 虽然目前的科学技术飞速发展，近年铅酸蓄电池的发展也比较快，基本上以大型阀控密封式铅酸蓄电池代 替了防算酸隔爆型电池。就是大型阀控密封式铅酸蓄电池近些年也在发展。但是大容量的固定电池还是以 铅酸蓄电池为唯一的选择。如何延长铅酸蓄电池的正常使用寿命，一直是业内人士探讨的主要问题。 相同的电池，在不同的设备条件、不同的使用条件和不同维护条件下使用寿命相差很大。这就需要在设备 条件、使用条件和维护条件上寻找其差异。而电池失效的的几个主要现象是： a．正极板软化； b．正极板板栅腐蚀； c．负极板硫化； d．失水； e．少数电池出现热失控（包括电池鼓胀）。 下面，就以电池失效模式来探讨设备条件、使用条件和维护条件对电池失效的影响及其应对方法。一、电池的失效模式及其原因 1、电池的正极板软化 电池的正极板是由板栅和活性物质组成的，其中活性物质的有效成分就是二氧化铅。放电的时候二氧 化铅转为硫酸铅，充电的时候硫酸铅转为二氧化铅。二氧化铅是由α 二氧化铅和β 二氧化铅组成的，在 2 种二氧化铅中以其中α 二氧化铅荷电能力小但是体积大，比为β 二氧化铅坚硬，主要起支撑作用；β 二氧 化铅恰好相反，荷电能力大但是体积小，比为β 二氧化铅软，主要起荷电作用。α 二氧化铅是在碱性环境 中生成的，在电池内部一旦出现参与放电以后，在充电只能够生产β 二氧化铅。正极板的活性物质是多孔 结构的，就与电解液――硫酸的接触面积来说，多孔结构是平面的数十倍。如果α 二氧化铅参与放电以后， 重新充电以后只能够生成β 二氧化铅，这样就失去了支撑，不仅仅会产生正极板活性物质脱落，而且脱落的活性物质还会堵塞正极板的微孔， 导致正极板参与反应的真实面积下降， 形成电池容量的 下降。后备电源的电池使用年限要求比较严格，对电池的比容要求比较宽，因此后备电源使用的 电池的后备电源的电池α 二氧化铅和β 二氧化铅比例比深循环的动力型电池大一些。 为了减少α 二氧化铅参与放电，一般控制放电深度仅仅为 40％。随着电池的使用时间的增加，电池的容量 下降，新电池放电 40％的电量，对于旧电池来说必然上超过 40％的，所以旧电池就相当于放电 深度深，电池的正极板软化也会被加速。所以，电池的容量寿命曲线的后期下降速率远远高于中 期。电池容量越小，放电深度越深，α 二氧化铅损失也越多，正极板软化也越严重，导致电池容 量下降越快，形成了恶性循环。这样，电池的放电深度需要严格控制。实现这个控制的是靠基站的电源管理系统的国内和设置。目前控制 电池放电深度的主要标准还是一次放电量和放电电压。这样，尽可能避免在应急的时候强制放电，而应该 按照放电量来增加电池的容量。 2、电池的正极板腐蚀 正极板的板栅中的铅在充电过程中或被氧化为二氧化铅，并且不能够再还原为铅，形成正极板腐蚀。 而二氧化铅的体积比铅的体积大，形成体积线性增加变形，使正极板活性物质与板栅脱离，导致正极板失 效。而过充电会严重加速正极板腐蚀。我们一般以为不会产生过充电状态。实际上，基站的浮充电压如果 跟不上环境温度的上升而进行下降的补偿，过充电就产生了。如基站的空调不够或者损坏，电池的过充电 也会产生。这样电池的正极板板栅在不同的使用条件下会有不同的腐蚀速度。长三角和珠三角地区的正极 板腐蚀也会比内地严重，这与电池的使用环境温度关系密切。 3、电池的负极板硫化 电池放电以后，负极板的铅转换为硫酸铅，如果不及时充电或者充电时间比较长，这些硫酸铅晶体就 会逐步聚积而形成粗大的硫酸铅结晶，采用普通的充电方式是无法恢复的所以称为不可逆硫酸铅盐化，简 称硫化。 在折合单格电压为 2.25V 的浮充状态下，电池基本充满电需要一周的时间，完全充满电需要 28 天的时间， 其间电池就处于欠充电状态。在电池放电以后的 12 小时，就可以发现产生粗大的硫酸铅结晶。在发生电荒 的地区，电池的硫化相当严重。 在一般浮充状态下使用，随着日夜环境温度的变化，硫酸铅结晶也会聚积而形成粗大硫酸铅结晶而导致硫 化。 在冬季环境温度比较低的时候，电池的浮充电压应该相应的提升，如果浮充电设备没有依据室温相应 的调解上升，电池欠充电就会产生，电池硫化也就产生了。 失水的电池相当于电解液的硫酸浓度上升，也形成了加速电池硫化的条件。 较快速的充电可以抑制电池的硫化，基站的充电电流相对都比较小，所以硫化程度比充电电流大的电池严 重。另外，浮充电压纹波越小，浮充电流的扰动越小，也形成了电池硫化的条件。 采用低锑合金的正极板的电池，浮充电压比较低，也比其它铅钙锡铝合金电池更加容易出现硫化。 从上面的硫化失效原因看看，很多电池的是无法避免的。特别是电池组发生单体电池落后的时候，个别落 后的单体电池处于欠充电状态，这样该电池比其它电池更加容易硫化。电池一旦出现硫化，靠单纯的浮充和均充是无法解决的，必须采取其它措施。目前消除密封电池硫化的方 法有化学法和脉冲法。化学法虽然会较快的消除负极板硫化，但是其副作用――增加电池自放电会比较明 显。这样会形成新的失效模式。所以，除了应急处理以外，没有任何电池制造商同意采用这种方法来修复 电池。而脉冲修复硫化，属于无损修复，这是近年来所广泛提倡的方法。 4、电池的失水 电池充电达到单体电池 2.35V（25℃）以后，就会进入正极板大量析氧状态，对于密封电池来说，负极板 具备了氧复合能力。如果充电电流比较大，负极板的氧复合反应跟不上析氧的速度，气体会顶开排气阀而 形成失水。如果充电电压达到 2.42V（25℃），电池的负极板会析氢，而氢气不能够类似氧循环那样被正 极板吸收，只能够增加电池气室的气压，最后会被排出气室而形成失水。电池具备负的温度特性，其析气 也与温度特性一致。当电池温升以后，电池的析气电压也会下降，温升会导致电池容易析气失水。长三角 和珠三角地区夏季环境温度比较高，如果没有空调或者空调容量不足，会使电池失水增加。如果单体电池 的浮充电压折合为 2.25V，在 30℃的时候，电池失水比 25℃条件下增加一倍，在 40℃条件下，电池失水是 25℃的 8 倍左右，除非相应的降低浮充电压。 如果电池的正极板含锑，随着锑的循环，部分的转移到负极板上面。由于氢离子在锑还原的超电势约低 200mV，于是负极板锑的积累会导致电池的充电电压降低，充电的大部分电流用来做水分解而形成失水。所 以，我们认为在大型固定型电池中应该逐步淘汰低锑正极板的电池。另外，对在电池生产过程中，应该严 格控制铅钙锡铝正极板的含量。 5、电池的热失控 电池在均充状态时，充电电压会达到折合单格 2.4V，这个电压超过了电池正极板大量析氧的电压，特别是 在高温环境中，大量析氧电压会下降，这样产生的析氧量会大幅度的增加。而正极板产生的氧气在负极板 会被吸收，吸收氧气是明显的放热反应，电池的温度会提升。如果电池已经出现失水，玻璃纤维隔板的无 酸孔隙增加，会加速负极板吸收氧气，产生的热量会更多，电池温升也更高。而电池的温升也会加速正极 板析氧，形成恶性循环――热失控。在热失控状态下，析氧量增加，电池内的气压增加，当达到塑料电池 外壳的玻璃点温度的时候，电池开始鼓胀变型，这种变型除了影响电池内部的机械结构以外，还会形成电 池漏气，而导致更加严重的失水漏酸。 尽管电池热失控现象发生的不多，但是一旦发生热失控，电池的寿命会迅速提前结束。 6、电池的不均衡 新电池的容量、开路电压和内阻应该进行严格的配组。所以新电池一般离散性比较小。随着电池使用，电 池在制造工艺中必然存在的微小差距会被扩大。 如电池开阀压的区别，会导致电池失水不同。失水多的电池相当于电池的硫酸比重提升，导致电池开路电 压增加，也是该单体电池的充电电压相当于其它电池电压高，而在串联电池组中的其它电池分配的电压就 会下降，形成其它电池的欠充电。欠充电的电池内阻会增加，放电的时候电池电压会更低，充电电压跟不 上，导致电池电压高的更高，低的更低。 电池正极板软化的差异随着充放电也会被扩大。当电池正极板发生软化的时候，脱落的活性物质会堵塞一 部分微孔，正极板上单位面积的电流密度会增加，而增加电流密度的反应部分的充放电活性物质的膨胀收 缩更加厉害，导致正极板软化被加速，这样就形成的容量落后的电池更加落后。 电池的负极板发生硫化，放电电流的密度也会增加，相当于增加了放电深度，硫酸铅结晶会比较集中在放 电部位，形成较大的硫酸铅结晶。硫酸铅结晶体积越大，其吸附能力也相对增加，导致硫化更加严重。而 硫化的电池在放电过程中也相当于增加了放电深度，硫化也更加严重。所以，电池容量的下降也会形成恶 性循环。 从电池的寿命容量曲线看，电池的容量总体上是逐步加速的。凡是电池出现不均衡，总是加速的。 对于电池的不均衡，目前唯一的充电方式是采用“均充”，其愿望是对充满电的电池实现增加电池的副反 应，把欠充电的电池充满电。但是，实际上，这个作用不足以恢复电池的均衡。目前比较有效的方法还是 采用单体电池的补足充电。可是一般基站和修复队伍都不具备这个设备条件。二、对策 1、设备管理与改造 a.机房环境温度对电池的寿命影响至关重要。除了配备相应的空调设备以外，应该增加和完善机房温度的 遥测，在中心机房就可以发现任意一个机房温度超温（高温和低温）报警，以便及时处理。 b.检测浮充电压和均充电压与环境温度的的关系，应该依据电池的特性具备－3mV～－4mV/℃/单格 的特 性。 2、均衡充电和容量配组 为了防止电池落后，对单格电压低的电池进行单独充电。现在已经开发了 2V/50A 的充电器，可以用来给落 后的电池单独充电。也可以通过 2V/50A 的放电器对进行精确的容量测试。以便进行容量配组。 3、消除硫化 消除电池硫化的方法有几种方法，各有特点。 a. 水疗法 如果硫化不太严重，可以使用较稀的电解液，密度在 1.100g/cm3 以下，即向电池中加水稀释电解液，以提 高硫酸铅的溶解度。并用 20h 率以下的电流，在液温 30℃～40℃的范围内较长时间充电，可能得以恢复。 如果电解液密度较高，则充电时只进行水分解，活性物质难以恢复。对于密封电池来说，水疗法是无法进 行的。另外，水疗法的成本和使用工时都比较大。现在有了脉冲修复的方法，已经很少见到水疗法了。 b. 化学处理方法 采用化学添加剂，在电池发生硫化的时候使用。这种方法对消除硫化是行之有效的，但是其副作用不可忽 视。主要问题是会形成自放电明显增加，所以一般的电池制造商都不敢使用。 c. 大电流充电 若认为吸附是造成硫酸盐化的原因，则可以用高电流密度充电（达 100mA./cm2）。在这样的电流密度下， 负极可以达到很负的电势值，这时远离零电荷点，使φ －φ （0）＜0，改变了电极表面带电的符号，表面 活性物质会发生脱附，特别是对阴离子型的表面活性物质，这种有害的表面活性物质从电极表面上脱附以 后，就可以使充电顺利进行。目前国内几乎没有人使用这种方法处理不可逆硫酸盐化，可能出于以下考虑： 高电流密度下极化和欧姆压降增加，这部分能量转化为热，使蓄电池内部温度升高，同时又有大量的气体 析出，尤其是正极大量气析出气体，其冲刷作用易使活性物质脱落。 d. 脉冲修复 按照原子物理学和固体物理学的原理，硫离子具有 5 个不同的能级状态，通常处于亚稳定能级状态的离子 趋向与迁落到最稳定的共价键能级而存在。在最低能级（即共价键能级状态），硫离子包含 8 个原子的环 形分子形式存在，这 8 个原子的环形分子模式是一种稳定的组合，难以被打碎，形成电池的不可逆硫酸盐 化――硫化。多次发生这样的情况，就形成了一层类似与绝缘层一样的硫酸铅结晶。 要打碎这些硫酸盐层的束缚，就要提升原子的能级到一定的程度，这时候在外层原子加带的电子被激活到 下一个更高的能带，使原子之间解除束缚。每一个特定的能级都有唯一的谐振频率，必须提供给一些能量， 才能够使得被激活的分子迁移到更高的能级状态，太低得能量无法达到跃迁所需要的能量要求，但是，过 高的能量会使已经脱离了束缚而跃迁的原子处于不稳定状态，又回落到原来的能级。这样，必须通过多次 谐振，使得其中一次脱离了束缚，达到最活跃的能级状态而又没有回落的原来的能级，这样，就转化为溶 解于电解液的自由离子，而参与电化学反应。 很高的电压可以实现，就是大电流高电压充电的方法，谐振也可以实现，就是脉冲谐波谐振的方法。 从固体物理上来讲，任何绝缘层在足够高的电压下都可以击穿。一旦绝缘层被击穿，粗大的硫酸铅就会呈 现导电状态。如果对高电阻率的绝缘施加瞬间的高电压，也可以击穿大的硫酸铅结晶。如果这个高电压足 够短，并且进行限流，在打穿绝缘层的条件下，充电电流不大，也不至于形成大量析气。电池析气量强正 相关于充电电流和充电时间，如果脉冲宽度足够短，占空比足够大，就可以在保证击穿粗大硫酸铅结晶的 条件下，同时发生的微充电来不及形成析气。这样，实现了脉冲消除硫化。 实现脉冲消除硫化和抑制电池硫化的方法，一般可以采用脉冲保护器和修复仪来处理。一般使用 2 类修复方法。其一为在线修复，把可以产生脉冲源的保护器并联在电池的正负极柱上，使用电池或者充电器的电 源或者使用外来的市电，就会有脉冲输出到电池上面。这种修复方式所需要的能源很少，比较慢，但是由 于常年并联在电池极柱 2 端，慢也没有关系。对于没有硫化的电池，可以抑制电池的硫化。 其二为离线式的，可以产生快速的脉冲，脉冲电流相对比较大，产生脉冲的频率比较高，脉冲占空比比较 大。一些产品还具有自动控制。这种修复仪主要是用来修复已经硫化的电池。2、正极板软化的形象解释在正常的电池中，电池正极板的二氧化铅是由α 二氧化铅和β 二氧化铅组成的。其中，α 二氧化 铅好像是乔木的树干和树枝，β 二氧化铅好像是树叶。而光合作用主要是树叶，当然树干也会由 一些光合作用，但是很少，主要是靠树叶。而光合作用是维持大树生存的重要条件之一。没有光 合作用，大树将死亡。 这个大树有一个奇特的特性，就是树枝干一旦参与光合作用，将变成树叶。如果树叶多了，光合 作用会增加。但是，树枝少了，没有支持作用，树叶会重叠，互相遮挡，也使得光合作用下降。 产生这个效应的原理就是α 二氧化铅只能够在碱性环境中生成， 在酸性环境中只能够生产β 二氧 化铅，而电池是在酸性环境中工作的。如果α 二氧化铅一旦参与放电，再充电就只能够生成β 二 氧化铅。也就是树枝和树干变成了树叶。开始的时候，光合作用也可能增加，但是很快树叶堆积 在一起，遮挡了阳光，光合作用反而下降了。 树枝和树干少了，我们就说电池的正极板软化了。一堆没有树枝和树干连接的树叶，就会脱离正 极板。所以加液的时候，在充电析气的时候，β 二氧化铅就脱离了极板，形成了我们看到的“黑 液” 。 产生正极板软化的原因比喻如下： 大电流放电状态。 电池正极板表面的二氧化铅参与反应快， 深层的二氧化铅反应以后形成的局部 硫酸已经转化为水了，缺少参与反应的硫酸，而隔板中的硫酸扩散首先达到表面，所以表面的α 二氧化铅液被迫参与反应，再充电以后就形成了β 二氧化铅。树枝就变成了树叶，正极板软化就 产生了。 如果采用比较缓慢的放电， 硫酸扩散可以供给深层的二氧化铅参与反应， 树枝的损失就少一些。 这样， 大电流放电是电池产生正极板软化的第一位原因。 所以电摩的电池多数都会有正极板软化 的现象产生。 第二个原因，就是深度放电。就是表面的β 二氧化铅已经不够用了，所以α 二氧化铅也不得不参 与反应，也形成了树枝变成了树叶，导致正极板软化。 正极板软化， 会使得脱落于树枝的树叶会遮挡阳光， 也就是术语中说的脱落的二氧化铅会堵赛通 孔，形成了半通孔和闭孔，堵塞了硫酸的通道，使得被堵塞的二氧化铅不能够参与反应，电池的 容量也会明显的下降。 电池正极板析气，会产生对正极板的冲刷作用，也会使得正极板软化产生。所以，大量析气不仅 仅是会产生失水，而且也会形成一些正极板软化的条件。3、铅酸蓄电池活性物质过量脱落的原因及处理1、将电池的极群取出，检查沉淀槽中的沉淀物，如果是活性物质少量脱落，在电池正常工作的 范围内是允许的，如果大大超过正常的情况时，就要及时分析原因，并进行及时处理。 A、电池槽底部在短时间内集积了大量褐色沉淀，说明是自正极板上脱落，是由于充电电流过大 或经常过充电造成的。 B、沉淀物为白色时，是由于经常过量放电，致使活性物质成硫酸铅沉淀，或电解液中有杂质， 特别是氯过量太多而形成氯化铅沉淀。 C、沉淀物形成褐、浅蓝、白色互相交迭、堆积，说明了电池内进入了铁、铜等有害物质。 D、如果发现脱落物质是粘糊状的，说明电解液不纯，密度较大或电池充放电温度高，使极板腐 蚀脱落。如果沉淀物成块状，说明铅膏质量工艺较差，电池装配中造成活性物质脱落。 活性物质过量脱落，一方面造成电池容量下降，另一方面容易在电池底部造成正负极板短路，使 电池使用寿命及早终止。 2、如果因为活性物质脱落，引起极板底部短路，则需要将极群抽出，取出沉淀物，清除极板短 路部位，将极群装入电池，更换新的电解液，再以较小电流充电，并在充电后期调整电解液密 度和液面高度，使电池恢复使用。4、电动车蓄电池故障的检修电动车用蓄电池制造水平参差不齐，蓄电池质量、性能区别也相当大。与蓄电池配合的设备质量 好坏也不同程度地影响蓄电池的性能。使用条件的千差万别，也造成电动车性能的差异，在用户 看来都可能理解成为蓄电池的质量问题。在电动车主要部件中，蓄电池的故障率较高，以下列举 了一些典型的故障现象，介绍其检查处理方法。 一、电池漏液 1、故障现象 常见的漏液现象：一是上盖与底槽之间密封不好或因碰撞，封口胶开裂造成漏液；二是帽阀渗酸 漏液；三是接线端处渗酸漏液；四是其他部位出现渗酸漏液。 2、故障的检查和处理先做外观检查，找出渗酸漏液部位。取开盖片看帽阀周围有无渗酸漏液痕迹，再打开帽阀观察电 池内部有无流动的电解液。完成了上述工作之后，若仍未发现异常，应做气密性测试（放入水中 充气加压，观察电池有无气泡产生并冒出，有气泡则说明有渗酸漏液）。最后在充电过程中，观 察有无流动的电解液产生， 如果有则说明是生产的原因。 在充电过程中如有流动的电解液应将其 抽尽。 二、电池充不进电 1、故障现象 首先检查充电回路的连接是否可靠， 检查连线与插头接触是否完好， 认真检查插座和插头是否有 “打火”烧弧现象，有无线路损伤断线等。 检查充电器有无损坏，充电参数是否符合要求：即初期充电电流达到 1.6-2.5A/只；最高充电电 压达到 14.8-14.9V/只，充电浮充电转换电流达 0.3-0.4A/只，浮充电压达到 14.0-14.4V/只。 查看电池内部是否有干涸现象，即电池是否缺液严重。 还应检查极板是否存在不可逆硫酸盐化。 极板的不可逆硫酸盐化， 可通过充放电测量其端电压的 变化来判定。在充电时，电池的电压上升特别快，某些单格电压特别高，超出正常值很多；放电 时电压下降特别快，电池不存电或存电很少。出现上述情况，可判断电池出现不可逆硫酸盐化。 2、故障的检查和处理 先将充电回路连接牢固，充电器不正常的应更换。干涸的电池应补加纯水或 1.050 的硫酸，进行 维护充电、放电恢复电池容量。如果发现有不可逆硫酸盐化，应进行均衡充电恢复容量。干涸的 电池加液后的维护充电，应控制最大电流 1.8A，充电 10-15 小时，三只电池的电压均在 13.4V/ 只以上为好。如果电池之间电压差别超过 0.3V，说明电池已经出现不同步的不可逆硫酸盐化。 对于发生不可逆硫酸盐化的电池，需要更换整组电池或激活电池。 三、电池变形 1、故障现象 蓄电池变形不是突发的，往往是有一个过程的。蓄电池在充电到容量的 80%左右进入高电压充电 区，这时，在正极板上先析出氧气，氧气通过隔板中的孔，到达负极，在负极板上进行氧复活反 应： 2Pb+O2=2PbO+热量 PbO+H2SO4=PbSO4+H2O+热量 反应时产生热量，当充电容量达到 90%时，氧气发生速度增大，负极开始产生氢气。大量气体的 增加使蓄电池内压超过开阀压，安全阀打开，气体逸出，最终表现为失水。2H2O=2H2↑+O2↑ 随着蓄电池循环次数的增加，水分逐渐减少，结果蓄电池出现如下情况： （1）氧气“通道”变得畅通，正极产生的氧气很容易通过“通道”到达负极。 （2）热容减小，在蓄电池中热容最大的是水，水损失后，蓄电池热容大大减小，产生的热量使 蓄电池温度升高很快。 （3）由于失水后蓄电池中超细玻璃纤维隔板发生收缩现象，使之与正负极板的附着力变差，内 阻增大， 充放电过程中发热量加大。 经过上述过程， 蓄电池内部产生的热量只能经过电池槽散热， 如散热量小于发热量， 即出现温度上升现象。 温度上升， 使蓄电池析气过电位降低， 析气量增大， 正极大量的氧气通过“通道”，在负极表面反应，发出大量的热量，使温度快速上升，形成恶性 循环，即所谓的“热失控”，最终温度达到 80OC 以上，即发生变形。 2、故障的检查和处理 一组电池（3 只）同时变形时，先做电压检查。如果电压基本正常，还应测量单格电压判断是否 短路，无短路则说明变形是过充电产生“热失控”所致。应着重检查充电器的充电参数。电压偏 高（高于 44.7V 以上）无过充电保护或涓流转换点电流偏低者（不同合金板栅的蓄电池要求转换 电流不相同，一般说用铅钙锡铝合金制作的板栅的蓄电池转换电流较小，为 0.025-0.03C2A；而 铅锑合金制作的板栅的蓄电池转换电流较大为 0.03-0.04C2A，要求更换充电器。 一组电池（3 只）中只有 1 只或 2 只变形，有以下故障的可能性：（1）是电池荷电不一致，充 电时造成某些电池过充电引起变形。荷电不一致的原因，可能有短路单格存在，也可能用户将电 池试验放电或自放电等；（2）是某些电池出现极板不可逆硫酸盐化，内阻增大，充电发热变形； （3） 是某些电池连线时反极造成充电发热变形。 对未变形的电池检查放电容量以及自放电特性， 若无异常则不属电池问题。 解决蓄电池变形的措施有： ▲保证不漏液的前提下尽可能多加液，以延长或避免“热失控”的产生； ▲避免产生内部短路或微短路，及带有微短路倾向； ▲使用过程中应防止过放电的发生，做到足电存放； ▲严格检查充电器，不得有严重过充现象； ▲在高温下充电，必须保证蓄电池散热良好。应采取降温措施或减短充电时间的方法，否则应停 止充电。 四、新电池电压降得快 1、故障现象新电池装车、起动时电压降得快。 2、故障的检查和处理 检查仪表显示电压与电池容量是否相符。蓄电池 2 小时率放电电压与容量的关系如下表（12V 蓄 电池）；仪表显示的电压与电池容量关系不符合上表时，应要求厂家调整。 检查蓄电池连接线是否可靠，有无短路和连接不可靠等。有则排除之。 检查电动车起动和运行电流是否过大，若是过大（起动电流在 15A 以上，运行时的电流 6A 以上） 应调整控制器限流值或对电机进行检查修理。 检查蓄电池容量是否偏低，若是偏低，应对电池进行充放电。 五、电池极板不可逆硫酸盐化 1、故障现象 极板硫酸盐化是蓄电池常见的故障， 许多蓄电池失效也是因这一故障而发生的。 极板硫酸盐化主 要表现为：充电时电压很快上升，过早析出气体，温度上升快；放电时电压下降快，容量小。 2、故障的检查和处理 产生极板不可逆硫酸盐化原因归结如下： （1）存放时间过长，自放电率高，未对其进行维护充电。 （2）放电后未对其进行及时充电。 （3）长时间处于欠充电状态。 （4）过放电。 （5）干涸或加入的电解液浓度过高。 蓄电池产生不可逆硫酸盐化时，应根据其程度的轻重进行修复。 盐化较轻者，对其进行一般的活化充电（即均衡充电），就可以恢复正常。具体方法如下： 恒压限流充电：第一阶段 0.18C2A 充电到 2.7V/单格充电 12-24 小时。 恒流电第一阶段：0.18C2A 充电到 2.4V/单格，第二阶段：0.05C2A 充电 5-12 小时。 盐化较重者，需要对其进行“水疗法”充放电，才能恢复正常。具体方法为：先对蓄电池补加入 纯水或密度为 1.05g/cm3 稀硫酸到富液状态，再以 0.05-0.018C2A 的电流充电 20 小时左右，抽 尽流动液，再作容量试验。反复上述操作，直到电池容量恢复。 六、电池组出现“不均衡” 1、故障现象 串联蓄电池组的均衡性是一个世界性的难题，使用过程中总会有“落后”蓄电池存在。其原因是 多种多样的，有生产原因，也有原材料的原因和使用的原因等。2、故障的检查和处理 首先将电池进行一般性的维护充电， 然后用 2 小时率电流放电。 放电过程中不断地测量电池的电 压，将放电容量不足的“落后”电池选出来给予处理。先补加 1.050 的稀硫酸至刚好看到有流动 电解液出现，再继续充电 12-15 小时。充电时注意电池的温度不要超过 50℃。充电结束后，静 置 0.5-4 小时，重作 2 小时率放电。放电过程中，测量单格电压的数值，若放电时间达不到标准 或者单格电压到了 1.6V，放电时间与正常单格电池相差较大者（出厂三个月相差 5 分钟以上，6 个月相差 8 分钟以上，9 个月相差 10 分钟以上，13 个月相差 15 分钟以上），则还需重复上述充 放电程序操作，直到符合要求为止。 若是重复充放循环后，电池容量无明显上升或仍为 0V 左右低压，这种电池一般有短路存在，或 活性物质严重脱落软化，严重不可逆硫酸盐化等，无法修复，应作报废处理。对符合要求者可以 继续使用的电池，但应在恒压 15V/只的充电条件下，抽尽流动的电解液，擦干净电池表面，安 上帽阀，用 PVC（或氯仿）粘合剂将面板粘合好。5、多步间歇脉冲化成工艺在密闭铅酸 蓄电池生产上的应用铅酸蓄电池诞生一百多年来，得到了日趋广泛的应用。虽然与其它新型的二次电池相比，比能量 较低，但由于工艺成熟、可靠性好、价格低廉、系列齐全，在蓄电池的应用领域，特别是动力电 池行业，占据了举足轻重的份额。在可以预见的将来，铅酸蓄电池仍然是电动自行车首选的动力 源。 电动自行车用阀控密封铅蓄电池，都有经实验得出的充放电曲线。由于是多格串联使用（12 或 18 格） ，虽然电池厂家出厂时经过配对筛选，但仍无法保证串联使用时单格的一致性，使每格 电池既能充足，又能避免过充或欠充，从而保证电动车既能有足够的续行里程，又不致因过充过 放影响电池的使用寿命。 这种一般意义上的电池管理系统， 较之现有的充电器， 成本将有所增加。 在电动自行车行业同质化、价格战愈演愈烈的现状下，注重长久战略和差异化模式的企业，对此 将会充分关注。因为成本和价格的原因，无法实现单格电池的实时监测和均衡充电，那么，也应在充电电流和充电时间，充电阶段与过充、欠充、简单修复和电池修复之间，选择最佳平衡点。为什么在实验室技术指标很高的铅酸蓄电池， 安装与电动自行车上的服役时间总是不够理想 呢？我们知道， 电池早期容量衰退的诸多因素中， 过充失水和极板硫酸盐化与充电方式直接相关。 动力电池既要保证电池容量，又要保证使用寿命，还要兼顾充电器的制造成本，选择三阶段充电 模式、负脉冲去极化，是相对理想和比较经济的。三阶段充电模式，就是将充电过程分为恒流限压、恒压限流和涓流补充三个阶段，由充电器 自动完成。所谓恒流限压，就是初始充电阶段，由于电池放电较深，选择合适的充电电流进行快 速充电，缩短充电时间。当电池组端电压上升到一定值时，快速充电终止，进入恒压限流阶段， 以防电池失控、失水；维持电压不变，转入补充充电状态，充电电流由大到小衰减，补充充电到 一定时间，自动进入涓流充电，此时的电流只是为了补充电池的自放电需要。如果电池的使用和维护不善， 例如经常充电不足或过放电， 负极上就会逐渐形成一种粗大坚 硬的硫酸铅， 充电接受能力变差， 引起蓄电池容量下降， 甚至成为寿命终止的原因。 充电过程中， 添加适当能量、适当占空比的去极化负脉冲，有着明显的效果。从技术的角度，也是比较容量做 到的。充电模式与铅酸蓄电池使用寿命之间的关系， 无法在短时间内直观演示， 但电化学理论和大 样本数的试验统计都证明确实直接相关。 如果电池使用寿命放在首位， 而不是一味关心充电器的 价位，各电动车厂家应该对充电模式和充电效果予以充分关注。7、影响电动助力电池寿命的因素一、电池本身的质量水平影响电池一致好坏的因素有电池制造技术水平高低及材料好坏，电池生产管理及工艺水平 的高低等。技术水平高、生产工艺先进、材料好、机械化程度高、电池的一致性必然好。电池 生产过程中，手工劳动的程度较多，必然影响电池的一致性，所以作为电动车家选取电池时， 必须考察电池的致性，了解电池厂家的生产技术、设备及生产管理情况，选取电池性能稳定， 一致性高的电池。二、电动车本身电路系统的匹配水平电动车电路系统中与电池寿命关系密切的是充电器和控制器。比较而言充电器比控制器对 电池的影响更大。1、充电不足从电化学反应看，充电不足表现为阴阳两极板硫酸铅不能完全转变为海绵状铅和二二氧化 铅，这使电池容量不足，如长期充不足电，会则会造成硫酸铅结晶，颗粒增大，使极板硫化， 电池品质变劣。2、过度充电过度充电，会使阳极产生的氧气量大于阴极的吸收能力，从而使电池内压增大，最终冲开 安全阀，气体外溢，导致电解液减少，另外过度充电，对阴阳极板活性物质也会产生冲击作用， 使活性物质软化。即使再充电也不能恢复容量，电池寿命大大缩短。3、控制器对电池寿命的影响表现在电流密度：对电动车而言，电流密度主要指运行平均电流和峰值电流。欠压保护点：电动 车限压保护设置太低，易造成电池的过放电。过放电对电池的寿命损伤是很严重的。三、消费者对电动车的使用正确与否消费者对电动车的使用正确与否，对电池的寿命影响极大，具体举例：1、如有户每次不及时给电池充电，都是放电至终止电压（即 100%放电），后再充电，则 其寿命是 200 以上循环的话，那么放电深度在 30%，则电池寿命会达 1200 次以上，也就是说电 池寿命与放电深度关系很密切。2、用户不及时充电，在骑行中电池过放电至终止电压而断电，由于断电后电池电压回复上 去，则电动车又恢复放电骑行功以。这样对电池就是一个反复过放电的过程，对电池寿命的影 响极大。8、点线面全方面大话电动自行车电动自行车主要由车体、电机、蓄电池、控制器和充电器组成，是一种在非机动车道行驶，无污 染、无噪音、既安全、最大设计时速不超过 20 公里又省钱、每百公里耗电约 1 度；既保留着自 行车的轻便，又融入了机动车方便的新型代步车。因此深受消费者的喜爱，是一种符合当今消费 时尚的理想交通工具。 一 电动自行车的种类 ★电动自行车按控制方式分为全电动型和智能助动型两大类。 全电动自行车既可脚踏骑行，又可纯电力驱动。使用电力驱动时无需脚踏助力，直接用调速 手把控制，行车速度实现 0-20 公里/小时的无级变速。配用一组 36V/12Ah 电池，一次充电行驶 里程 60 公里，是目前市场上电动自行车的主流产品。 智能助动型电动自行车既可人力骑行，也可以电力助动，没有纯电力驱动功能，是真正的助 动车。它的电力助动是根据人脚踏骑行力大小，通过特制的传感器来控制车的电流大小，从而实 现人力与电力约 1：1 组合，因此骑行时感觉轻松省力。当车速达到大致 24 公里/小时其电力供 应即停止。 与全电动自行车相比，同样容量的电池续驶里程提高近一倍。 ★根据款式来划分，电动自行车又可分为： 标准型电动自行车售价
元， 多功能型电动自行车售价
元， 豪华型电动 自行车售价 3200 元以上等三大类。 ★电动自行车按其动力装置的不同，还可分为： 磨擦传动型、中轴链轮传动型及轮毂驱动型。 1 磨擦传动型电动自行车它是在普通自行车的原型上加装了电池箱和控制器， 通过电动转轴的靠紧压轮胎而产生的磨 擦来传动，结构简单，成本低。但轮胎磨损大，特别是雨天行驶易打滑，不安全，且能耗大，动 力效率低，已属淘汰车型。 2 中轴链轮传动电动自行车 此种车型在车架中轴部位设计安装驱动电机， 通过减速机带动中轴， 再由中轴通过链条带动 后轮。其优点是电机重心合理，并可利用车的减速系统来换档。但由于轴链传动过程中机械损耗 大，效率较低。故此种车型在市场上的占有份额已日渐减少。 3 轮毂驱动型电动自行车 其电机安装在车轮的轮毂里，轮毂由辐条与车圈连接，直接带动车轮转动。轮毂电机设计合 理、结构紧凑、体积小、重量轻，与其它电动自行车的动力装置相比，能耗低，效率高。轮毂电 机又分为有刷和无刷两种。有刷电机的优点是：电刷寿命长，一般可达
小时，电机效 率较高，稳定可靠，爬坡能力强，载重量大。由于有刷电机技术成熟，质量稳定，因此为目前电 动自行车所普遍选用。缺点是声音较大，价格高，一般在 900 元左右。无刷电机由于没有电刷， 没有传动齿轮，避免了机械磨损，噪音小，售价约 800 元，但启动电流冲击大，过载能力低，爬 坡能力差，故障率相对较高，目前部分生产厂家仍采用此种电机。 有刷电机价格虽然高些，但故障率低，即使电机损坏也只需修理或更换电机内的零部件，而 无刷电机一旦损坏就要整机更换。 因此采用有刷电机的电动自行车相比采用无刷电机的电动自行 车在使用性能及维修费用等方面均占有优势。二 电动自行车的电池 电池是电动自行车的动力源。电池的质量直接影响行车的里程。目前，市场上电动自行车的 电池为铅酸电池、镍镉电池和镍氢电池。 1 铅酸电池 此类电池有 36V12Ah、24V12Ah 等几种，铅酸电池电能容量大，工艺比较成熟。如较常用的 36V12Ah 电池，一次充电续驶里程可达 50-60 公里，电池寿命在一年以上， 每换一次电池费用 为 420 元，电池每百公里耗电仅一度左右，比较经济实惠，是目前电动自行车的主要动力源。但 缺点是电池重量太重，约 12 公斤，为电动自行车净重的 1/3-1/4。 2 镍镉电池 重量轻、寿命长是其最大特点。常用的 24V5Ah 电池，重量仅 3.2 公斤，一次充电续驶里程 为 16 公里。按标准 80%充放电，使用寿命约 500 次，但因其价格高，容量较低，续行里程短，且电池有记忆效应，目前国内电动自行车使用的很少。 3 镍氢电池 常用的为 24V7Ah，其容量高于镍镉电池，一次充电续驶里程为 23 公里，它虽然克服了镍镉 电池的缺点，没有记忆效应，但价格还较高，目前已在部分电动自行车上使用。三 怎样选购电动自行车 电动自行车规格，按轮径分为 22、24 及 26 英寸，最常用规格为 24 英寸。需根据使用者的 需要和喜好来选择。 1 如果仅把电动自行车作为上下班的交通工具，选择一款标准型的较为实用，2000 多元的价格 也适中。至于车上各式各样的显示功能，笔者以为除电量指示外，其它均可有可无，若确定要选 择多功能或豪华型，就需对车的所有显示功能逐一进行检查。 2 进行车架精度检查时， 要仔细观察车的前后轮是否居于车架的整体平面内， 中轴的中心线与车 架平面是否垂直，车把在左右两侧不小于 60 度的范围内转向应灵活，前后轮的径向跳动及左右 摆动要小，以不超过 2 毫米为好。链条松紧应适宜，各紧固件无松动现象。 3 支起停车支架，检查外观，看油漆有无剥落，电镀是否光亮细腻，座垫、书包架、脚踏板、钢 圈、把手及网篮等是否完好。试用电门钥匙和电池锁，以安全可靠，方便使用为宜。 4 打开电门，检查无级变速效果和刹车效果，并检查电机转动声音是否平稳正常。车轮转动声音 柔和，无撞击异响，试一试充电器充电是否正常。 5 目前市场上的电动自行车款式很多，品牌繁杂，在选购时，消费者要了解生产企业是否有电动 自行车的生产许可证，并要注意车的品牌信誉度。经中国自行车协会审查，2001 年获得“信誉 标志”的电动自行车品牌有：上海千鹤自行车有限公司的千鹤牌、南京天地高科技股份有限公司 的大陆鸽牌、 苏州小羚羊电动自行车有限公司的小羚着牌、 成才倍特电动自行车有限公司的倍特 牌、上海依莱达电动自行车有限公司的依莱达牌、浙江卧龙科技股份有限公司的卧龙牌。由于电 动自行车是耐用交电产品， 购车时不仅要注意其品牌和售后服务信誉， 还要注重销售商的商业信 誉。 四 怎样使用和保养电动自行车 1 电动自行车的最大限制时速小于 20 公里，因此使用时应在自行车道行驶，以保证安全。每次 使用前，应检查轮胎气压是否充足，车把转向及刹车是否灵活可靠，电池箱的电气插座、插头是 否松动。 2 由于电动自行车加速较快， 为保证安全， 行车时最好脚踏骑行到稳定的速度后再启动电机加速，以免手忙脚乱出问题。电动自行车的加速手把有时不能完全回位，形成事故隐患，因此，需养成 加速后及时将加速手把回位的好习惯。 3 电动自行车最好的使用方法应是： 人助车行，电助人行，人力电力联动，这样才会人省力、车省电、寿命长。如遇上坡、上桥、 逆风载重不可带人或带太重的物体行驶务必脚踏助力， 以避免对电池造成冲击性伤害， 影响电池 的续行里程和使用寿命。冬季骑行时，尽量采用脚踏助力，这样既可锻炼身体，避免腿脚受冻， 又可避免出现因低温状态电池组容量下降、电力不足的现象，也有利于延长电池的寿命。 4 在骑行中，若需加速时，应缓慢旋转调速手把，避免直接加速至最快档。骑行中应尽量避免频 繁刹车、启动。在道路拥挤时最好多用脚踏驱动，这样既可增加续行里程，也可延长电池的使用 寿命。 5 注意保持车体的整洁， 防止日晒雨淋造成车体及转动部件的锈蚀。 雨季使用或路上的积水较深 时需注意：若水位已高于轮毂中心线即水位已高于半个车轮，电机已有可能进水时，需关闭电源 开关，用人力骑行，切不可再使用电力驱动，并需到特约维修站去检修。 6 要养成当天使用当天充电的习惯。 每天骑行后不管骑行多远都要给充满电， 千万不要等电耗尽 再充电，也不要在电池倒置的情况下充电。充电要使用配套的充电器，充电器有保护功能，长时 间充电一般不要超过 24 小时是不会损害电池的。 充电器要避免高温和潮湿， 勿让水进入充电器， 以防触电。 7 新使用的电池，充电时间大约需要 7-8 小时。如果骑行的路程不长，又每天充电，那么充电时 间一般需 2-3 小时。电池长期不用时，应将电池充满电后存放，并定期约 1 个月充电。若电量显 示电池已没电，但一段时间以后电池又有少量电压显示，即为“回升电压”，要注意不得使用这 种“回升电压”来行驶，须在充满电后再行驶。电池是有一定使用寿命的，如果一次充电后的最 大行驶里程在额定续行里程一半以下，则需要换电池，更换电池应到特约维修中心更换。不要将 不同品牌或新旧电池混用。 8 每隔半年时间就对电动自行车进行一次维护保养， 对传动部件进行润滑防锈， 加固各部位的紧 固件，调整辐条松紧度。电动自行车电机、电池、控制系统、充电器需要维修时，不要随便拆卸， 应到特约维修中心去维修。9、电动车电池保用两年不是梦对于电动自行车来说，发展势头异常迅猛。几乎没有那个产品的发展速度能够赶上电 动自行车的发展。 与其他产品不同的是近几年每年的实际产量都超过社会保有量。 所以新增 用户多于老用户。这样，用户多数处于“幼稚状态” 。这样，很多用户也比较关心车的外形 和速度等等性能。经过用户数年的使用，发现电池问题是购买电动自行车以后最大的消费。 这样，逐步的由关心电动自行车的外形、速度开始转向关心电池的寿命。并且最大的用户抱 怨也是对电池的寿命不满。这样，提高电池寿命的问题也越来越重要。特别是电摩的出现和 发展，这种没有身份的车正如预期的那样仅仅主要 3 到 6 个月的寿命，这样，电池寿命问题 几乎称为这个车种的死结。多种多样的“长寿命电池” ，延长电池寿命的充电器层出不穷。 但是，几乎都没有达到预期效果。一些电池制造商曾经不断的突破保用时间，但是，基本上 以失败而告终，甚至一些电池制造商损失惨重，逐步淡出电动自行车配件供应商的行列。人 们似乎对此已经开始丧失信心， 开始认为电动自行车的电池寿命也就是一年而已， 再探讨延 长电池寿命是徒劳无益的。而一些后来者仍然看到其巨大的市场商机，不惜继续打出招牌， 突出的就是提出电摩电池的寿命也保用一年的做法。 而凡是当时提出电摩电池保用一年的电 池供应商无一不食言。因为电摩电池保用一年，几乎等于买一组电池最少要赔一组电池。无 论那个电池制造商也无法承担这样的重负。这样，电池保用 15 个月、保用 18 个月的说法在 本届上海国际自行车展中销声匿迹了。 这样， 电池保用 2 年， 几乎是业界可望不可及的梦想。 一些车厂干脆就说，即便电池能够使用 2 年，也应该保用一年，以次来掩饰电池寿命不理想 这样个无可奈何的现实。这样，又为电池寿命的发展制造理论障碍。其实，无论电池保用一 年还是二年，降低电池的用户费用消耗，始终应该是车厂孜孜以求的目标。那么如何提高电 池的寿命， 如何改进电池的的使用环境等等问题都是大家非常失望又关心的问题。 为了弄清 楚延长电池寿命的途径，首先就要弄清楚电池的失效机理，以便对症下药。一、 电动自行 车电池的失效现象和原因与其它铅酸蓄电池的使用环境不同， 电动自行车电池的失效原因有 其特殊性。电动自行车的电池的循环次数远远多后备电源类的电池。例如，原邮电部 [ 号电信网维护规程的规定，每年应以实际负荷做一次核对性放电试验，放出容量 的 30％～40％。每 3 年做一次容量试验，到使用 6 年以后，每年做一次容量试验。这样， 电信的电池如果不是频繁的出现停电，电池很少处于放电状态。假定每年遇到 4 次停电，这 样，在 10 年间电池放电也就是 40 次，所以电池的深循环寿命定为 80 次。同时，电信系统 的电池放电深度也就是按照 30％～40％。而电动自行车使用的电池依据标准，电池的寿命 应该是按照 70％标称容量的放电要达到 350 次。这样，电动自行车电池的放电深度和循环 寿命远远超过电信系统的电池要求。另外，电动自行车电池要求在 8 小时以内完成充电。这 样， 不得不提高充电的电压值， 超过了电池的大量析气电压 2.42V 而形成了较块速度的失水。 而电信系统的电池是完全没有这样高的充电电压的。 同时， 电动自行车电池的放电电流很大， 就是巡航期间的放电电流也接近于 0.5C 放电，启动的时候，放电电流会超过 1C 放电的。 这样，也在影响电池的使用寿命。由于电池特性的特殊要求，我们看到一些可以给核电站供 应铅酸蓄电池的制造商也没有步入电动自行车电池供应商的行列。 一些规模可观的电池制造 商也逐步退出了电动自行车电池供应商的行列。 而给电动自行车供货的电池制造商除了沈阳 松下以外， 就没有几个成规模的电池制造商。 虽然沈阳松下供应的电池的初期容量相对最低， 按照行业标准检验，其容量在合格与不合格之间，但是，其寿命相对比较长。这样，电动自 行车使用的电池的性能要求与传统的密封电池不同， 失效模式与传统的电池失效模式存在很 大的差异。出现了一些过去少见的失效模式和失效比例。一个主要的区别是放电率的差异。普通的阀控密封式铅酸蓄电池的放电率多数是以 10 小时率或者 20 小时率来制定的， 而电动 自行车的电池都是以 2 小时率或者 3 小时率来制定的，这与电池的实际使用情况大体相当。 所以，在供应电动自行车电池的初期，电池容量是最大的问题。为了提高电池的容量，各个 电池制造商采取了多种方法。以大量使用的 10Ah 电池为例，最典型的方法如下：1、增加 极板数量。把原设计的单格 5 片 6 片改为 6 片 7 片，7 片 8 片，甚至 8 片 9 片。靠减薄极板 厚度和隔板，增加极板数量来提高电池容量。2、提高电池的硫酸比重。原来浮充电池的硫 酸比重一般都在 1.21~1.28 之间， 而电动自行车的电池的硫酸比重一般都在 1.36～1.38 左右。 只有极少数的采用 1.32 的比重。3、增加正极板活性物质用量。4、低温固化，增加β 二氧 化铅的比例。一般密封电池为了实现氧循环，都要求做好负极过度。增加正极板活性物质用 量，可以提高电池的容量，是以降低氧循环为代价的。通过这些主要措施，电池的初期容量 满足了电动自行车的容量要求， 特别是改善了电池的大电流放电的特性， 延长了电池大电流 放电的寿命。但是，这些措施也制约着电池寿命。首先，电池的失效模式与电信使用的浮充 电池的失效模式差别很大。电池失水上升到第一位。产生电池失水的一些原因主要如下：1、 为了满足电池在 8 小时以内充满电，所以在三段式恒压限流充电中，不得不通过恒压值，达 到折合单格电池电压为 2.47V～2.49V。这样，大大超过电池正极板析氧电压的 2.35V 和负 极板析氢电压的 2.42V。一些充电器制造商的产品为了降低充电时间的指示，提高了恒压转 浮充的电流， 而使得充电指示充满电以后， 还没有充满电， 就靠提高浮充电压来弥补。 这样， 很多充电器的浮充电压超过单格电压 2.35V，这样在浮充阶段还在大量析氧。而电池的氧循 环又不好，这样在浮充阶段也在不断的排气。2、一些电池制造商没有找到好的板栅合金， 仍然采用低锑合金，这样，比铅钙系列的板栅合金析气电位低，电池出气量大，失水相对严 重。3、增加极板和增加正极板活性物质用量以后，负极过渡不足，氧循环下降，充电过程 中正极板的氧气来不及被负极板吸收，而产生失水。4、一些电池的开阀压偏低，容易排气， 同时电池内部的氧分压低，降低了氧循环能力，增加了析气量。5、由于电池的硫酸比重相 对高了很多，所以，电池的硫化也相对严重。电池放电以后到第二天充电以前，硫酸比重高 的电池的硫化明显。这样，更加降低了负极板氧循环的能力。而失水以后的电池，失去的主 要是水， 留下了硫酸的成分， 相当于进一步提高了硫酸的比重， 这样就使电池更加容易硫化。 所以，电池的硫化加重了失水，失水又加重了硫化。为了克服电池的失水，一些电池制造商 采取了不少措施。在板栅合金方面，一些电池制造商采用了多种方式，去掉了低锑合金而采 用铅钙锡铝合金。提高了电池析气电压。同时，缓解了铅钙合金的析钙问题，克服了铅钙合 金的早期容量损失的意外容量下降。同时，还要解决大电流放电特性下降的问题。令人遗憾 的是，山东某电池制造商采用军工技术，做出了铜网电池，试验结果证明，其各项参数都非 常优秀，但是，可能因为成本问题，没有见到他们大批量生产和推广。一些电池制造商改进 了电池塑料模具的结构尺寸，增加了电池的开阀压，降低了电池开阀压的离散性，改善了氧 循环。最重要的一个进步就是采用抗失水的胶体电池结构，大大的改善了氧循环。同时，也 出现了胶体电池容易热失控的故障。 为了缓解电池的失水和热失控， 一些电池制造商要求充 电器制造商降低恒压值。但是，简单的降低恒压值，没有降低恒压转浮充的电流，电池难免 发生欠充电累积，形成电池容量下降。有创意的是一些电池制造商面临着电池失水，采取了 一些措施，在全国设立了补水站，电池也为补水改进了结构。利用修旧利旧，使平均 8 个月 的电池寿命延长到平均 13 个月。 为了改善胶体电池的热失控， 最近市场上开始见到一些 “半 胶体电池” ，就是在灌酸的后期，在电池上面再增加胶体。这样，相当于给普通的 AGM 隔 板电池增加了一层弹性的气密隔离，增加了隔板之间的气体压力，改善了氧循环。同时，比 胶体电池的局部压力小，平均压力不小。这样克服了局部高气压，缓解了氧循环产生局部高 热。其结果是：氧循环好于普通 AGM 隔板电池，热失控低于胶体电池，而材料成本也低于 胶体电池。其次是电池的硫化问题。在解剖失效电池中，单纯硫化失效的电池不是很多，但是，几乎所有的电池都不同程度的存在着硫化。一些电池在做 70%的 1C 充电和 60％的 2C 放电中，由于采用连续大电流循环，破坏了电池生成大硫酸铅结晶的条件，所以可能看不到 硫化对电池的破坏。如果试验中途停顿，电池硫化的问题就会显现。由于电池重量大，一些 用户经常采取电池经过多次使用放完电才再次充电， 这样电池放电以后没有及时充电， 电池 的硫化就比较严重。另外，电池的硫酸比重比较高，也是硫化的重要因素。而电池的硫化， 破坏了负极板氧循环的能力，形成更加容易失水。这样，电池的硫酸比重更加高，导致更加 容易硫化。所以，电池硫化的程度可能不同，但是对电池的寿命影响也是不可忽略的。 第三是漏酸问题。在电池密封和排气阀没有问题的时候，也会出现漏液。很多电池在灌 酸以后，电池处于富液状态，电池没有氧循环。靠电池处于开口状态的三充二放把多于的电 解液排出。硫酸比重再次提高。在盖排气阀的时候，电解液没有吸光，还存在游离酸。即时 把游离酸吸光，电池还是处在“准贫液”状态。隔板中的电解液相对要多一些。而隔板中稍 多的电解液影响氧循环，这样，对新电池进行充电的时候，排气量比较大，代出的硫酸比较 多。形成“漏酸” 。而胶体电池前 50～100 个循环，电池处于富液到贫液的转换期，排气比 较严重，排气代出胶体微粒形成了“漏酸” 。 第四是正极板软化问题。正极板活性物质的有效成分是二氧化铅，二氧化铅分α －PbO2 和β －PbO2，其中，α －PbO2 是活性物质的骨架，容量比较小；β －PbO2 依附α －PbO2 构成的骨架上面，其荷电能力比α －PbO2 强很多。二氧化铅放电放电以后输出硫酸铅，充 电时硫酸铅生产二氧化铅。而充电的时候，在强酸环境中只能够生成β －PbO2。所以电池 深放电以后，一旦具有骨架作用的α －PbO2 参与放电生成硫酸铅以后，就再也不能够恢复 成为α －PbO2，而充电只能生成β －PbO2。正极板软化就出现了。正极板一旦出现软化， 起到支持作用的多孔结构被破坏了， 正极板的多孔被电池极板的压力压实了， 就降低了参与 反应的真实面积，电池容量就下降了。这样，防止过放电就是控制正极板软化的重要措施。 而这个靠的是控制器的欠压保护。如果欠压保护电压过低，电池就会出现过放电，一些α － PbO2 参与放电，就会出现正极板软化。放电的时候，如果连续放电电流比较大，深层的β －PbO2 来不及参与放电反应，外层的α －PbO2 就要参与放电反应，这样，也会形成正极板 软化。所以控制器中的限流参数也浮充重要。电摩的放电电流相对比较大，差不多在 1C 左 右放电，加上放电深度相对比较深，所以非常容易产生正极板软化。每次放电，或多或少的 总要有一点点α －PbO2 参与反应。所以，一个正常使用的电池，在不失水也不硫化，也没 有过放电的情况下，电池的寿命就取决于正极板软化。 第五就是电池均衡问题。电池不均衡主要有 2 中表现形式，其一是某单只电池容量低， 其二是电池荷电容量低。第二种情况是说该电池的容量并不抵，但是该电池没有充慢电。第 一种情况是该电池放电的时候，提前反应电压下降的快，充电的时候电压上升也快。第二种 情况是充电荷放电电池的电压都低。其缩短电池寿命的原因如下：1、充电时电压高的电池 会增加失水，电压低的电池会欠充电；2、放电的时候，电压低的会出现过放电，形成电池 正极板软化。这样，容量低的电池在每次放电的时候放电深度比其他电池深度深，所以正极 板软化的快。二充电电压高的失水，充电电压低的欠充电。如果一只电池荷电少，就存在充 电少，放电深的问题。这样该电池就会同时产生正极板软化荷硫化的问题。产生电池不均衡 的原因如下：1、对串连电池组的组配不好，存在着容量差和开路电压差，这是原始就有误 差的问题；2、电池开阀压有差别，失水不同，形成后天电池的容量差；3、电池的自放电不 同，逐步形成荷电容量的差异；4、失水不同，形成电池实际的硫酸比重不同，形成开路电 压差；5、电池寿命差，在后期反应一只电池容量下降，影响其他电池的正常状态。要改进 电池的不均衡问题， 首先就要改善电池在制造期间的工艺一致性问题。 这也是国内多数电池 制造商的主要问题。例如，最好的电池制造商的板栅是采用压铸的，而国内相当多的电池制 造商连铸板机都没有，还是手工浇铸。第六是热失控。密封电池的最基本原理之一就是正极板析氧以后，氧气直接到负极板， 被负极板吸收而还原为水，考核电池这个技术指标的参数叫做“密封反应效率” ，这种现象 叫做“氧循环” 。这样，电池的失水很少，实现了“免维护” ，就是免加水。为此，都要求负 极板容量做的比正极板容量大一些，叫做负极过渡。电池在充入电量达到 70％以后，电池 的极化电压相对比较高，充电的副反应开始逐步增加。电解水开始了。在充电的单格电压达 到 2.35V 以后，首先正极板析氧，在达到 2.42V 以后，负极板开始析氢。这时候充电的电能 转变为化学能减少，转变为电解水的能量增加。充电过程的是否析气取决于充电电压，析气 量取决于达到析气电压以后的充电电流。所以，在充电过程中，充电电压在进入恒压以后， 电压开始接近于最高，充电电流也保持限流值。这时候析气量最大。在进入恒压以后，充电 电流应该逐步下降，析气量也应该逐步下降。充电本身是放热反应，一般电池的热设计是可 以控制温升的。在电池大量析气以后，氧气在负极板复合为水，发热量远远大于充电时的发 热。密封电池希望负极板具有良好的氧循环能力，但是，氧循环也会产生发热。所以，氧循 环是一把双刃剑，好处是减少了水损失，坏处是电池会发热。如果电池发热，在恒压充电的 条件下，氧循环电流也参与了充电电流，所以充电电流下降速率下降。而电池发热，会引起 充电电流下降速率降低，甚至会引起电流反升。而充电电流在电池发热的作用下，一旦电流 反升，又增加了发热。这样，充电电流一直会上升到限流值。电池发高热，并且积累热，一 直到电池外壳发生热软化变形。而电池的热变形时，内部气压高，所以呈现电池时鼓胀的。 这就是电池热失控而损坏电池。电池一旦出现严重鼓胀，漏酸和漏气的问题也出现了，电池 会出现急性失效。 诱发电池鼓胀的原因有很多。 如果充电电压高， 析气量大， 会产生热失控。 如果某一组电池或者某一个单格电池发生严重落后， 而充电的恒压值不变， 其他的单格电池 也会出现充电电压相对过高，也会产生热失控问题。 第七是电池异常故障为了增加电池的容量， 目前电动自行车电池的隔板相对比其他电池 的隔板薄一些，负极板的硫酸铅结晶长大，充电以后出现少量硫酸铅遗留在隔板中，遗留在 隔板中的硫酸铅一旦被还原称为铅，积累多了，电池就会出现微短路。这种现象叫做“铅枝 搭桥” 。产生这种微短路，轻的产生该单格电压落后，严重的时候会出现单格短路。这种现 象不仅仅出现在胶体电池中，在普通的 AGM 电池中也会出现。一旦出现电池的单格严重落 后，电池还很容易出现热失控现象。还有就是极群组装虚焊问题。容易产生虚焊的地方是极 板。而每个电池的单格有 15 片极板，就是 15 个焊点，一个电池有 6 个单格，就有 90 个焊 点，一组电池由 3 个电池组成，就要 270 个焊点。如果一个焊点存在虚焊，该单格容量就下 降，进而该单格形成电池落后，形成整个电池都落后，电池就会形成严重的不均衡。就会使 改组电池提前失效。 如果虚焊率达到万分之一， 平均每 37 组电池就有一组电池存在这虚焊， 这是绝对不能够允许的。 而铅钙合金的电池， 在焊接的时候会析出钙而掩盖虚焊问题， 这样， 很多电池制造商宁愿还采用低锑合金的板栅而没有采用简单的铅钙合金。 二、 延长电池使用 寿命的一些方法延长电池的使用寿命需要采用一系列整体的措施。首先是需要对车的处理。 首先，整车行驶时的电流对电池寿命至关重要。如电摩的电池，放电电流经常接近 1C，甚 至超过 1C，这样的电池寿命难以达到很长。可能一些电池制造商都进行过 1C 充电 70％， 2C 放电 60％的循环寿命试验。经过这样的寿命试验，电池寿命达到 350 次的电池很多，但 是使用在电摩上的效果相差甚远。其原因是多种多样的，一个最关键的原因是，电摩每次放 电的深度可能要超过 60％；另外就是放电以后，并不能够在 30 分钟以内进行充电，电池存 在这硫化。 这就是电摩电池与试验结果相差甚远的主要原因。 所谓简易型的车的电池寿命相 对来说比较长，其实就是车轮直径大，车重轻，电池负担轻。而一些车采用了无刷电机或者 高速电机，其电流更小。这样的车的 20 公里时速巡航时的电流也就是 4A 左右，这种车的 寿命相对比较长。而一些车的车轮直径小，电机效率没有做上来，靠增加电流来保证车速， 特别是一些轻摩化的车，车重增加到 50kg 以上，行驶的电流增加很大，在 20 公里巡航时的电流接近 6A 甚至更大。这样影响的不仅仅时续行能力，而且在同样续行要求下电池放电深 度增加了 50％，电池也是容易在深放电的条件下运行，电池寿命自然要短。所以车重对续 行能力有影响，对电池寿命影响很大。另一个问题据说限速问题。大多数车的控制器都留了 一个线损插头，并且很多经销商以去掉限速来招揽顾客。一些车厂干脆就去掉限速出厂。这 样的车的电流也过大， 导致电池寿命下降。 一些车厂采用的控制器问题很多。 就维修车来说， 奇怪的是很多车的欠压保护电压都等于 31.5V。这样，每次车显示欠压的时候，电池已经过 放电。其实，在电池电压低于 32V 以后一直到 27V，所增加的续行能力不到 2 公里，而对 电池的损伤缺少非常大的，多数出现容量下降 5％左右。只要出现这样的情况 10 次，电池 的容量多数都低于标准要求的 70％标称容量。另外，一些用户发现电池在欠压以后，过 10 分钟，电池又不欠压了，就又采取给电行驶，这对电池破坏更大。而大多数车的说明书没有 给用户以警示。另外，欠压保护采取什么电压为好？目前多数车采用的是 32V±0.5V。应该 看到，多数电池在放电到 31.5V 的时候，由于电池存在容量差，此时往往会有一个电池电压 低于 10.5V，该电池处于过放电状态。而其他电池还没有达到 11V。这时候，过放电的电池 容量急剧下降，对电池的损伤影响的不仅仅是该单只电池，而且会影响整组电池的寿命。所 以我建议：欠压保护应该选 32.5V±0.5V,这样的电压对续行能力仅仅少不到 1 公里，但是对 电池的寿命的影响很好。 目前多数控制器内部都有可调的电位器， 而这个可调的电位器的振 动漂移是比较严重的。在价格竞争中，几乎没有一个产品采用抗振动的精密多圈电位器，这 样的控制器发生振动后漂移也不奇怪。最近，看到一种全部采用 SMD（贴片）元件的控制 器，并且在出厂以前采用固定电阻来调试，并且采取环氧树脂灌封的控制器，该控制器的可 靠性非常高，可是价格没有明显的增加，这样的控制器的结构可以保证不会出现任何漂移。 所以采用这样的结构，对延长电池寿命也非常有好处。网友可以参看日本的车，轮径大，轻 便，几乎没有一个多余的装饰件。我最近刻意在 JSX 那里调查用户需求，一些买第二台车 的用户确实是在偏爱轻便型的车。可见随着用户的逐渐成熟，买笨拙车的用户将会下降。其 次是电池质量问题。就电池来说，业界公认寿命最长的是沈阳松下电池。松下电池的特点是 什么？为什么都在中国大陆， 其他企业无法完成这样的电池， 唯独有松下电池独步天下？我 国目前的电池的结构，包括松下电池在内，基本上是适合浅循环的浮充电池发展而来的。其 结构上没有按照深循环的规律要求去改造。而浅循环电池的深循环寿命做到 80 次循环就绰 绰有余了， 而市场希望电动自行车的电池能够做到 800 次深循环才好。 可是目前电池的结构 已经决定了，这个目标是难以达到的。为了适应深循环，国内对电池做了适应性的改动。这 些改动是：1、为了提高电池的容量，同时适合大电流放电，采用了增加极板的发生。例如， 松下电池坚持采用 11 片极板，而国内多数企业采用 15 片极板，甚至有的企业采用 17 片极 板。这样，极板，隔板都减薄了。正极板的活性物质用量增加了，电池的初期容量上去了， 大电流特性改善了，但是负极过渡减少了，氧循环变差了，失水增加了。2、电解液的比重 提高了， 也有利于增加电池的初期容量， 但是， 硫化和正极板软化多了， 也影响电池的寿命。 3、隔板减薄了，硫酸的贮存减少了，失水导致电池失效的概率增加了，同时，电池的微短 路和铅枝搭桥的概率增加了。 松下电池没有完全按照这个方法改动， 其硫酸比重依然是按照 1.28 来做的，其极板仍然采用 11 片（最近发展为 13 片） ，其固化温度也没有降低到 50℃， 正极板活性物质用量也没有大幅度的增加。 该电池的初期容量也仅仅是合格而已， 不像国产 其他电池那样，做的比标称值大 10％～25％。在我测量的电池中，甚至有 5A 放电接近 170 分钟的，这样的电池的容量高达 14Ah，比标称值增加了 40％，测量这个电池的密封反应效 率不合格。也就是说，该电池失水会更加严重。而松下电池的初期容量按照电动自行车的行 标来说在合格和不合格之间，新型电池也就是刚刚合格而已。但是寿命可以做到很长。10、蓄电池充电方法的研究铅酸蓄电池由于其制造成本低，容量大，价格低廉而得到了广泛的使用。但是，若使用不当，其 寿命将大大缩短。影响铅酸蓄电池寿命的因素很多，而采用正确的充电方式，能有效延长蓄电池 的使用寿命。 研究发现：电池充电过程对电池寿命影响最大，放电过程的影响较少。也就是说，绝大多数 的蓄电池不是用坏的，而是“充坏”的。由此可见，一个好的充电器对蓄电池的使用寿命具有举 足轻重的作用。 1 蓄电池充电理论基础 上世纪 60 年代中期，美国科学家马斯对开口蓄电池的充电过程作了大量的试验研究，并提 出了以最低出气率为前提的，蓄电池可接受的充电曲线，如图 1 所示。实验表明，如果充电电流 按这条曲线变化，就可以大大缩短充电时间，并且对电池的容量和寿命也没有影响。原则上把这 条曲线称为最佳充电曲线，从而奠定了快速充电方法的研究方向[1，2]。由图 1 可以看出：初始充电电流很大，但是衰减很快。主要原因是充电过程中产生了极化现 象。在密封式蓄电池充电过程中，内部产生氧气和氢气，当氧气不能被及时吸收时，便堆积在正 极板（正极板产生氧气），使电池内部压力加大，电池温度上升，同时缩小了正极板的面积，表 现为内阻上升，出现所谓的极化现象。 蓄电池是可逆的。其放电及充电的化学反应式如下： PbO2＋Pb＋2H2SO42→PbSO4＋2H2O （1）很显然，充电过程和放电过程互为逆反应。可逆过程就是热力学的平衡过程，为保障电池能 够始终维持在平衡状态之下充电， 必须尽量使通过电池的电流小一些。 理想条件是外加电压等于 电池本身的电动势。但是，实践表明，蓄电池充电时，外加电压必须增大到一定数值才行,而这 个数值又因为电极材料， 溶液浓度等各种因素的差别而在不同程度上超过了蓄电池的平衡电动势 值。在化学反应中，这种电动势超过热力学平衡值的现象，就是极化现象。一般来说，产生极化现象有 3 个方面的原因。 1）欧姆极化充电过程中，正负离子向两极迁移。在离子迁移过程中不可避免地受到一定的 阻力，称为欧姆内阻。为了克服这个内阻，外加电压就必须额外施加一定的电压，以克服阻力推 动离子迁移。该电压以热的方式转化给环境，出现所谓的欧姆极化。随着充电电流急剧加大，欧 姆极化将造成蓄电池在充电过程中的高温。 2）浓度极化电流流过蓄电池时，为维持正常的反应，最理想的情况是电极表面的反应物能 及时得到补充，生成物能及时离去。实际上，生成物和反应物的扩散速度远远比不上化学反应速 度，从而造成极板附近电解质溶液浓度发生变化。也就是说，从电极表面到中部溶液，电解液浓 度分布不均匀。这种现象称为浓度极化。 3）电化学极化这种极化是由于电极上进行的电化学反应的速度，落后于电极上电子运动的 速度造成的。例如：电池的负极放电前，电极表面带有负电荷，其附近溶液带有正电荷，两者处 于平衡状态。放电时，立即有电子释放给外电路。电极表面负电荷减少，而金属溶解的氧化反应 进行缓慢 Me－e ? Me＋，不能及时补充电极表面电子的减少，电极表面带电状态发生变化。这 种表面负电荷减少的状态促进金属中电子离开电极，金属离子 Me＋转入溶液，加速 Me－e ? Me ＋反应进行。总有一个时刻，达到新的动态平衡。但与放电前相比，电极表面所带负电荷数目减 少了， 与此对应的电极电势变正。 也就是电化学极化电压变高， 从而严重阻碍了正常的充电电流。同理，电池正极放电时，电极表面所带正电荷数目减少，电极电势变负。这 3 种极化现象都是随着充电电流的增大而严重。2 充电方法的研究 2.1 常规充电法 常规充电制度是依据 1940 年前国际公认的经验法则设计的。其中最著名的就是“安培小时 规则”：充电电流安培数，不应超过蓄电池待充电的安时数。实际上，常规充电的速度被蓄电池 在充电过程中的温升和气体的产生所限制。 这个现象对蓄电池充电所必须的最短时间具有重要意 义。一般来说，常规充电有以下 3 种。 2.1.1 恒流充电法 恒流充电法是用调整充电装置输出电压或改变与蓄电池串联电阻的方法， 保持充电电流强度 不变的充电方法，如图 2 所示。控制方法简单，但由于电池的可接受电流能力是随着充电过程的进行而逐渐下降的，到充电后期，充电电流多用于电解水，产生气体，使出气过甚，因此，常选 用阶段充电法。 2.1.2 阶段充电法 此方法包括二阶段充电法和三阶段充电法。 1）二阶段法采用恒电流和恒电压相结合的快速充电方法，如图 3 所示。首先，以恒电流充 电至预定的电压值，然后，改为恒电压完成剩余的充电。一般两阶段之间的转换电压就是第二阶 段的恒电压。 2）三阶段充电法在充电开始和结束时采用恒电流充电，中间用恒电压充电。当电流衰减到 预定值时，由第二阶段转换到第三阶段。这种方法可以将出气量减到最少，但作为一种快速充电 方法使用，受到一定的限制。 2.1.3 恒压充电法充电电源的电压在全部充电时间里保持恒定的数值， 随着蓄电池端电压的逐渐升高， 电流逐 渐减少。与恒流充电法相比，其充电过程更接近于最佳充电曲线。用恒定电压快速充电，如图 4 所示。由于充电初期蓄电池电动势较低，充电电流很大，随着充电的进行，电流将逐渐减少，因 此，只需简易控制系统。 这种充电方法电解水很少，避免了蓄电池过充。但在充电初期电流过大，对蓄电池寿命造成 很大影响，且容易使蓄电池极板弯曲，造成电池报废。 鉴于这种缺点，恒压充电很少使用，只有在充电电源电压低而电流大时采用。例如，汽车运 行过程中，蓄电池就是以恒压充电法充电的。 2.2 快速充电技术 为了能够最大限度地加快蓄电池的化学反应速度，缩短蓄电池达到满充状态的时间，同时， 保证蓄电池正负极板的极化现象尽量地少或轻， 提高蓄电池使用效率。 快速充电技术近年来得到了迅速发展。 下面介绍目前比较流行的几种快速充电方法。这些方法都是围绕着最佳充电曲线进行设计 的，目的就是使其充电曲线尽可能地逼进最佳充电曲线。2.2.1 脉冲式充电法 这种充电法不仅遵循蓄电池固有的充电接受率， 而且能够提高蓄电池充电接受率， 从而打破 了蓄电池指数充电接受曲线的限制，这也是蓄电池充电理论的新发展。 脉冲充电方式首先是用脉冲电流对电池充电，然后让电池停充一段时间，如此循环，如图 5 所示。 充电脉冲使蓄电池充满电量， 而间歇期使蓄电池经化学反应产生的氧气和氢气有时间重新 化合而被吸收掉，使浓差极化和欧姆极化自然而然地得到消除，从而减轻了蓄电池的内压，使下 一轮的恒流充电能够更加顺利地进行， 使蓄电池可以吸收更多的电量。 间歇脉冲使蓄电池有较充 分的反应时间，减少了析气量，提高了蓄电池的充电电流接受率[5]。 2.2.2 ReflexTM 快速充电法 这种技术是美国的一项专利技术， 它主要面对的充电对象是镍镉电池。 由于它采用了新型的 充电方法，解决了镍镉电池的记忆效应，因此，大大降低了蓄电池的快速充电的时间。铅酸蓄电 池的充电方法和对充电状态的检测方法与镍镉电池有很大的不同，但它们之间可以相互借鉴 [3]。如图 6 所示，ReflexTM 充电法的一个工作周期包括正向充电脉冲，反向瞬间放电脉冲，停 充维持 3 个阶段[3]。 2.2.3 变电流间歇充电法 这种充电方法建立在恒流充电和脉冲充电的基础上， 如图 7 所示。 其特点是将恒流充电段改 为限压变电流间歇充电段。 充电前期的各段采用变电流间歇充电的方法， 保证加大充电电流， 获得绝大部分充电量。充电后期采用定电压充电段，获得过充电量，将电池恢复至完全充电态。 通过间歇停充， 使蓄电池经化学反应产生的氧气和氢气有时间重新化合而被吸收掉， 使浓差极化 和欧姆极化自然而然地得到消除， 从而减轻了蓄电池的内压， 使下一轮的恒流充电能够更加顺利 地进行，使蓄电池可以吸收更多的电量[4]。 2.2.4 变电压间歇充电法 在变电流间歇充电法的基础上又有人提出了变电压间歇充电法， 如图 8 所示。 与变电流间歇 充电方法不同之处在于第一阶段的不是间歇恒流，而是间歇恒压。比较图 7 和图 8，可以看出：图 8 更加符合最佳充电的充电曲线。在每个恒电压充电阶段， 由于是恒压充电，充电电流自然按照指数规律下降，符合电池电流可接受率随着充电的进行逐? 下降的特点[4]。 2.2.5 变电压变电流波浪式间歇正负零脉冲快速充电法 综合脉冲充电法、ReflexTM 快速充电法、变电流间歇充电法及变电压间歇充电法的优点， 变电压变电流波浪式正负零脉冲间歇快速充电法得到发展应用。 脉冲充电法充电电路的控制一般 有两种： 1）脉冲电流的幅值可变，而 PWM（驱动充放电开关管）信号的频率是固定的； 冲电流幅值固定不变，PWM 信号的频率可调。 2）脉图 9 采用了一种不同于这两者的控制模式，脉冲电流幅值和 PWM 信号的频率均固定，PWM 占 空比可调，在此基础上加入间歇停充阶段，能够在较短的时间内充进更多的电量，提高蓄电池的 充电接受能力。 3 结语 铅酸蓄电池是目前世界上广泛使用的一种化学电源， 该产品具有良好的可逆性， 电压特性平 稳，使用寿命长，适用范围广，原材料丰富（且可再生使用）及造价低廉等优点。主要应用在交 通运输，通信，电力，铁路，矿山，港口等国民经济各个部门，是社会生产经营活动中不可缺少 的产品，具有广阔的发展前景。11、几种脱模剂配方几种脱膜剂配方 用脱膜剂喷涂模具的主要目的是起隔热作用， 使熔融状态的合金顺利注满模具， 防止模具表面受 熔融合金的直接作用，使铸件容易脱模，并且表面光滑。模具不同部位上不同厚度的脱膜剂，使 铸件的不同几何形状的部分散热冷却均衡，从而使铸件更均匀。 脱膜剂是用软木粉、硅酸钠（水玻璃）和去离子水（或蒸馏水）配制而成。应该采用优质软木粉， 并通过 180~200 目筛子。 配方 1： 水 3.20 升硅酸钠 0.20 升 软木粉 0.225kg 先将配方量的硅酸钠与配方量一半水倒入锅内充分搅拌，加热之沸腾，改用小火，加入配方量的 软木粉不停搅拌，全部混均后再加入另一半水，用小火煮沸 2h，必要时冷却后过筛。 配方 2： 水 10L软木粉 （200 目）0.6kg 硅酸钠（密度 1.45）0.24L 磷酸二氢铝（密度 1.45）0.20L 此配方应先制备磷酸二氢铝。先将定量的磷酸倒入恒温搅拌的容器中，加热并恒温至约 80℃， 把定量的氢氧化铝（磷酸与氢氧化铝的重量比为 4~5 比 1）缓缓倒入磷酸中，直接反应生成物完 全变成无色的粘稠状液体，再用水调整密度至 1.45 左右，储存备用。 配制脱膜剂时，先在 10L 水中加入 0.24L 硅酸钠，搅拌均匀，然后将称量好的软木粉慢慢倒入， 不断搅拌，混匀后存放一天。使用前加入 0.20L 磷酸二氢铝，搅拌均匀后即可使用。12、21 世纪电动自行车用电池的发展趋势1.前言 电动车通常包括电动汽车、混合动力源电动车、电动摩托车、电动自行车及一切电动代步的休闲 车等。目前全世界汽车厂家纷纷开发并推广使用电动车，电动车的蓬勃发展及远大前景，促进了电池技术的发展， 世界各大汽车公司纷纷投巨资并采取结盟的方式研究各种类型的电池。 以下就 二次电池及燃料电池的技术发展谈一些看法。 2.铅酸电池(第一代电池)终将要退出 铅酸电池的应用历史最长，也是最成熟，成本售价最低廉的电池。当前存在的主要问题是一次充 电的行程短，一般约在 30-40km；就是快速充电也要 4-6h，且质量能只有 30Wh/kg。为此人们一 直探索着如何改进铅酸电池的性能，开发能量效率更高、稳定性更好，电荷容量更大的新电池。 这里讲的电池都是指可通过相应手段使电池能恢复性能的电池， 即可充电的各种二次电池， 可加 注燃料的燃料电池，以及可通过更换锌片的锌空气二次电池等。 在改进铅酸电池性能方面， 人们现在已在广泛使用免维护电池。 免维护电池给人们带来了使用的 方便性。为使使用铅酸电池更可靠，人们开发了胶体电池。胶体电池也是铅酸电池范畴的二次电 池。它依然用密度为 1.28g/cm3 的硫酸水溶液，但在其中添加了 Na2OSiO2，电解液呈胶体状-乳白色的凝胶， 构成了胶体电解质。 胶体的状况会随着温度和电场的作用而变化。 当电池放电时， 胶体的凝聚性会更明显；温度降低，胶体内部溶液扩散迁移及传导性变差，内电阻增加。在温度 升到 30℃以上，外施单格电压超过 2.6V，要产生充电气泡；充电时间过长，温度过高，特别是 单格电压超过 2.7V，胶体常常会发生水解，放出大量 H2 和 O2，并伴有硫酸和水外溢，胶体变成 了液态。如及时停止充电，下降温度，去掉外电压，胶体还可重新恢复。它的性能、价格与铅酸 电池差不多，只是由于胶体电解质具有不易渗漏性，能保证电源使用的可靠性。即使电池壳体产 生了裂纹也可继续使用，不会产生对车辆的腐蚀作用。因此其可适用于道路状况差(乡间土路) 和用电负荷变化大的车辆，如在中西部地区的山区、半山区、乡村使用车辆的电池，军用车辆的 起动用电池，以及由于环保要求，限制酸腐蚀的特种车辆等用的电池。由于电解质中有 Na2SO4 存在，在极板硫化过程中，会同时产生硫酸铅、硫酸锅结晶，从而防止了极板生成粗大的硫酸铅 结晶体，使极板不易硫化，容易再次充电活化；不易丧失极板的多孔性；还能防止正极板上生出 尖锐的硫酸铅突起，避免隔板被刺穿形成极板间短路。从寿命讲，胶体电池是现在泛用铅酸电池 的 4 倍以上，在 50℃-30℃仍能很好工作，且工作性能相当稳定，可谓是比铅酸电池性能有了大 幅度提高。估计此电池还能比普通铅酸电池能多存在一段时间，但此电池毕竟是铅酸电池。随着 人们对环保要求的深入，含铅的重金属产品将会在 2004 年随着世界禁铅运动的深入而逐渐被淘 汰。尽管胶体电池有许多优点，但终归也要退出历史舞台。 3.第二代电池具有较好的发展势头 3.1 镍氢电池将会有一席之地 镍氢电池是目前人们看好的第二代电池之一， 是一取代镍镉电池的产品， 当然也是取代铅酸电池的产品。 镍氢电池的生产过程中， 存在着烧结体技术和发泡体技术两种。 一般的生产厂家都经历了一个从 发泡体向烧结体技术发展的过程。 以烧结体技术对镍氢电池正板进行处理， 电池的内电阻会大幅 度减少，具有放电电压稳定和能进行大电流放电的特性。 烧结体镍氢电池还具有电池不易老化，不需要预充电，以及低温放电特性比较好等优点。经烧结 处理的正极，其镍化合物粒子会转换成活性的镍化合物，能确保电池有平衡的输出电压，且具长 时间的性能稳定性、长寿命和电池不老化。以发泡镍技术生产的电池在放置一段时间后，要有 20%左右的电荷量流失。将这样的电池装车会发现与装新电池的差距很大，也说明其老化现象十 分明显。为避免发泡镍电池的老化所造成的内阻增高，发泡镍电池在出厂时必须得进行预充电， 且要提醒用户，使用此种电池的放电电压不能低于 0.9V(单元体电池)，给用户的使用带来了极 大的不方便。除此外，发泡镍电池的工作电压极不稳定，不能进行长时间存放和流通。这也给销 售和用户造成了很大负担。 烧结体镍电池由于镍极本身就是活性体，无需进行任何活性处理，不用进行预充电，能长时间的 搁置和流通， 从而为电池的使用提供了方便条件。 烧结镍电池同样具备镍电池的低电阻和大电流， 还具有发泡体镍电池所无法达到的低温工作特性。 因此可以说， 存在着重金属镉污染的镍镉电池 终究要被镍氢电池所取代。 而镍氢电池中的烧结体技术镍氢电池将以其优异的性能取代发泡体技 术镍氢电池， 发泡镍氢电池在电池发展史上将仅是昙花一现的产品而已。 镍氢电池现在正得到广 泛应用，但由于其存在着高温使用电荷量急剧下降等缺点，其也并非是一理想电池，也有可能只 是一个过渡性的二次电池。 3.2 镍锌电池可能是电动车的理想动力源 新型密封镍锌电池具有高质量能、 高质量功率和大电流放电的优势。 这种优势使得镍锌电池能够 满足电动车辆在一次充电行程、 爬坡和加速等方面对能量的需求。 镍锌电池是美国国家能源研究 公司(ERC)开发和生产的产品，厦门电池总厂已与其合作引进了此产品。镍锌电池是一极具竞争 力的电池。其质量能与镍氢电池相当，体积能量已超过镍镉电池，小于镍氢电池。大电流放电， 电池的电压将在宽广的范围是