電動(dòng)自行車用閥控鉛酸蓄電池

1引言

大氣污染對(duì)人們的健康已造成危害，機(jī)動(dòng)車燃油所排放的尾氣是造成大氣污染的主要原因之一，特別是在人口擁擠的大城市，加上日益嚴(yán)重的能源危機(jī)，迫使人們不能不認(rèn)真對(duì)待未來(lái)交通的發(fā)展問(wèn)題。所幸的是上述問(wèn)題已經(jīng)引起了國(guó)家有關(guān)部門的重視，以鉛酸蓄電池為動(dòng)力源的研究早在上世紀(jì)80年代已經(jīng)開(kāi)始，由于當(dāng)時(shí)電機(jī)效率低、蓄電池壽命過(guò)短、充電器不配套、控制器不太可靠等原因，曾一度偃旗息鼓。到了上世紀(jì)90年代中期，電動(dòng)自行車又一次面臨機(jī)遇與挑戰(zhàn)，成為一個(gè)熱點(diǎn)產(chǎn)業(yè)，具有環(huán)保和高科技的特征。

2電動(dòng)自行車及其配套電池標(biāo)準(zhǔn)

為了規(guī)范和引導(dǎo)電動(dòng)自行車行業(yè)的健康發(fā)展，國(guó)家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局于1999年5月28日發(fā)布了國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《電動(dòng)自行車通用技術(shù)條件》，于1999年10月1日開(kāi)始實(shí)施。其主要技術(shù)指標(biāo)有：

——最高車速不大于20km/h；

——整車重量不大于40kg；

——電機(jī)功率不大于240W；

——蓄電池密封良好、標(biāo)稱電壓不大于48V。

目前有些廠家的電動(dòng)自行車時(shí)速已超過(guò)20km/h，還標(biāo)榜其車速如何快，其實(shí)過(guò)快的車速反而帶來(lái)不安全的因素，已超出電動(dòng)自行車的范疇，屬于電動(dòng)摩托車的范疇了。

有關(guān)電動(dòng)自行車電池標(biāo)準(zhǔn)，上海市技術(shù)監(jiān)督局于1997年發(fā)布了地方標(biāo)準(zhǔn)《電力助動(dòng)車專用蓄電池》，其主要技術(shù)指標(biāo)有：

——5h率放電重量比能量不小于30Wh/kg；

——2h率放電(1.65I5A放到10.2V)時(shí)間不低于2h；

——－10℃放電容量（1.65I5A放到10.2V）不低于0.5C5；

——循環(huán)壽命（2.75I5放1h，0.75I5充5h）不低于350次。

機(jī)械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《電動(dòng)助力車專用密封鉛酸蓄電池（草案）》于2000年發(fā)布，其主要技術(shù)指標(biāo)有：

——2h率放電（I2放到10.5V）不低于2h；

——循環(huán)壽命(0.5C2A放電1.4h,0.15C2A充電5.5h)不低于350次；

——組合電壓一致性小于40mV。

機(jī)械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)以2h率作為容量考核更接近實(shí)際使用情況，并提出了組合電壓一致性這一要求，一致性是VRLA電池的技術(shù)難點(diǎn)，也是衡量電池廠家的制造水準(zhǔn)的重要指標(biāo)。

3電動(dòng)自行車電池的使用要求及目前存在的問(wèn)題

目前國(guó)內(nèi)配套的電動(dòng)自行車電池主要有6DZM6、6DZM10、6DZM14，分別對(duì)應(yīng)小密電池6FM7、6FM12、6FM18的外形尺寸。驅(qū)動(dòng)電機(jī)有24V150W（兩只電池串聯(lián)）、36V180W（三只電池串聯(lián)）等，工作電流4～7A，零速度起動(dòng)或爬坡時(shí)電流高達(dá)15A以上，電池盒裝有保險(xiǎn)絲，一般20A保險(xiǎn)絲為佳，控制器有欠壓保護(hù)自動(dòng)斷電功能，一般欠壓值為10.5V/只，所配充電器具有恒壓限流功能，恒壓值為14～15V/只，限流值為（0.2～0.35）C2A。

目前存在的主要問(wèn)題有：

——電池容量早期損失；

——電池壽命不夠長(zhǎng)；

——電池失水、極板硫酸鹽化；

——電池一致性差；

——電池可靠性較差；

——部分充電器設(shè)計(jì)不合理。

4電池的設(shè)計(jì)原則

由于目前的小密電池（小型VRLA）容量不高，重量比能量較低，所以增大容量為第一設(shè)計(jì)原則，在滿足C2容量達(dá)到或超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的前提下，才考慮如何提高電池的深放電循環(huán)性能，最后才考慮如何提高電池的一致性。

增大電池容量有如下幾種途徑：第一種是采用厚板設(shè)計(jì)，增大活性物質(zhì)與板柵的比值，從而增加活性物質(zhì)的絕對(duì)數(shù)量來(lái)達(dá)到增大容量的目的；第二種是通過(guò)減薄極板增加極板數(shù)量，提高活性物質(zhì)利用率從而增加電池容量；第三種是提高酸比重增加酸量來(lái)提高容量；第四種是改進(jìn)極板工藝配方、研究活性物質(zhì)添加劑和電解液添加劑，提高活性物質(zhì)利用率從而增加電池容量。

提高電池的深放電循環(huán)性能有如下一些途徑：研究改進(jìn)板柵合金材料，選擇適合于深循環(huán)用途的合金作板柵材料；改進(jìn)極板工藝配方、研究活性物質(zhì)添加劑和電解液添加劑，從而改善正極活性物質(zhì)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，提高放電性能，延緩正極活性物質(zhì)的軟化衰退；增加極組的裝配壓力。

電池一致性是個(gè)比較復(fù)雜的綜合性問(wèn)題，由電池制造過(guò)程各個(gè)環(huán)節(jié)的一致性組成，電池制造過(guò)程中只有加酸量較一致，池殼尺寸相對(duì)一致，板柵重量、厚度不一致，涂膏量不一致，極板化成充電量不一致，隔板厚度、孔率、結(jié)構(gòu)不一致，極組松緊程度不一致，電池并聯(lián)充電量不一致，最后造成電池內(nèi)阻、容量、壽命不一致，所以說(shuō)一致性的水平是衡量電池廠家產(chǎn)品質(zhì)量的重要指標(biāo)。

5恒達(dá)公司電池的設(shè)計(jì)原則和達(dá)到的指標(biāo)

綜合考慮各種因素，我們采用薄型極板緊裝配的設(shè)計(jì)原則，正負(fù)板柵都采用PbCaSnAl合金，以增大容量為第一目的，正板柵合金通過(guò)提高含錫量來(lái)改善電池的深放電性能，并研究出一種電解液添加劑，可提高VRLA電池容量10％左右，電池具有耐過(guò)放電性能（恒阻放電21天后可恢復(fù)正常容量），電池自放電半年小于20％，充電接受能力比常規(guī)小密電池提高60％以上，并可延長(zhǎng)電池深放電循環(huán)壽命，6DZM10電池達(dá)到了以下一些性能指標(biāo)：

——C2達(dá)11.9Ah；

——重量比能量達(dá)35.8Wh/kg(2h)；

——循環(huán)壽命達(dá)400次。

6電池的使用與維護(hù)

恒達(dá)公司生產(chǎn)的電池經(jīng)配套電動(dòng)自行車廠家實(shí)車試用，證明電池已基本能滿足使用要求，電池一次充電連續(xù)運(yùn)行時(shí)間160min，工作電流4A～5A，最高時(shí)速達(dá)20km/h。

在使用過(guò)程中發(fā)現(xiàn)一些值得注意的問(wèn)題，如過(guò)流保險(xiǎn)絲較易燒斷（15A），建議改為20A保險(xiǎn)絲；有些充電器不能做到恒壓，電壓到了14.9V/只還繼續(xù)往上升，電流不下降，長(zhǎng)期這樣勢(shì)必造成電池失水嚴(yán)重，影響電池使用壽命；有些充電器電壓剛到恒壓值就跳檔轉(zhuǎn)浮充電壓(13.5V/只)，長(zhǎng)此以往勢(shì)必造成電池長(zhǎng)期充電不足，影響電池放電容量，造成負(fù)極板硫酸鹽化。正確的做法是按電池廠家的要求來(lái)設(shè)計(jì)充電器，在電池完全放電的情況下，以恒壓14.6V～14.9V限初充電流為(0.2～0.35)C2A充電8h應(yīng)可充足電，初充電流大些對(duì)電池循環(huán)壽命有好處。平常使用盡量注意用過(guò)電動(dòng)自行車后即充電，如能保持每次用車時(shí)間在1.5h以內(nèi)，則電池使用壽命將會(huì)大大延長(zhǎng)。如果在零速度時(shí)用電池起動(dòng)自行車，則應(yīng)注意緩慢加速，給電流和電機(jī)一個(gè)最佳配合，加速器用力過(guò)猛，起不到加速效果，反而容易對(duì)電池和電機(jī)造成損壞。