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電動汽車蓄電池容量和壽命有什么關系?

鉅大鋰電  |  點擊量:0  |  2021年05月10日  

蓄電池的工作原理是蓄電池內的陽極(PbO2)及陰極(Pb)浸到電解液(稀硫酸)中,兩極間會出現2V的電力。放電中的化學變化是稀硫酸即會與陰、陽極板上的活性物質出現反應,生成新化合物硫酸鉛。經由放電硫酸成分從電解液中釋出,放電愈久,硫酸濃度愈稀薄。所消耗之成份與放電量成比例,只要測得電解液中的硫酸濃度,亦即測其比重,即可得知放電量或殘余電量。充電中的化學變化是放電時在陽極板,陰極板上所出現的硫酸鉛會在充電時被分解還原成硫酸,鉛及過氧化鉛,因此電池內電解液的濃度逐漸新增,亦即電解液之比重上升,并逐漸回復到放電前的濃度,這種變化顯示出蓄電池中的活性物質已還原到可以再度供電的狀態,當兩極的硫酸鉛被還原成原來的活性物質時,即等于充電結束,而陰極板就出現氫,陽極板則出現氧,充電到最后階段時,電流幾乎都用在水的電解,因而電解液會減少,此時應以純水補充之。


AGM型電池是電池中灌注了稀硫酸,稀硫酸被吸收在超細玻璃纖維隔板和極板中,幾乎沒有流動電液.目前市場上銷售的電動汽車電池多數是AGM型電池。


GEL型膠體電池是電解質凝膠后沒有游離電液,漏酸的機率比前一種電池小得多;其灌注量比稀硫酸多10~15%,失水又少,所以膠體電池不會因失水造成失效;膠體的灌入新增了隔板的強度,保護了極板,彌補了隔板遇酸收縮的缺陷,使裝配壓力不明顯降低是其具有延長電池壽命的原因之一;膠體填充了隔板與極板之間的空隙,降低了電池的內阻,充電接受能力可因此而改善。所以膠體電池的過放電,陜復能力和低溫充放性能都比AGM型電池優越;膠體電池的一致性比同類AGM型電池好得多。國內已批量生產的膠體有以下四種:氣相膠、硅溶膠、混溶膠、有機硅高聚物膠。


電動汽車蓄電池容量和壽命的關系


作為電動自行車用的蓄電池,其壽命和容量是最重要的兩個指標,大家都希望能把電池容量做的大且壽命長,但這兩項指標在一定程度上存在不可調和的矛盾,以至于一個指標的提高,勢必影響到另一個指標。


我們列舉一些提高容量的方法,并同時論證其對電池壽命的影響。


一、在電動汽車電池殼允許的范圍內,盡量加大電池體積。


這是一種行之有效的方法,假如其它方面設計合理,只是增大了體積,新增了板柵面積,新增了活性物質重量的話,這種方式帶來的容量新增,對壽命是有利的,因為這樣可以有效降低放電深度,從而達到了提高壽命的目的。我們曾對相同的電池分別采用5.5Ah放電和7.5Ah放電兩種放電制式進行壽命循環實驗,其中淺放電的電池壽命是深放電的兩倍,可見淺放電對電池壽命的影響是相當大的。


二、在外形尺寸相同的情況下,可以有兩種方法來增大容量:


1、新增極板厚度,重要是正板厚度。用這種方法來新增活性物質的量,從而達到新增容量的目的。


2、減薄極板厚度,提高活性物質利用率,新增極板片數,提高極板面積,從而達到提高容量的目的。


相比之下,新增極板厚度不新增操作步驟,較易實行。而減薄極板更加有利于容量的新增,但由于極板增多,正負極間隔增多,勢必導致隔膜減薄,從而新增隔膜枝晶穿透的危險,同時新增了鑄板、涂板、裝配的工作量。


這兩種方法提高容量,都必須提高酸的密度,以保證有足夠的酸參與反應,目前這兩種方法做成的電池其開路電壓都在13.7-14V之間(這已遠遠超過我們習慣上可以接受的值),5A放電都可達140分鐘以上。



提高酸的密度對電池的壽命有如下影響:


1、使極板,尤其是正極板腐蝕加劇。


2、在深放電循環下,加速正極板軟化。


3、隨著酸密度的提高,硫酸鹽的溶解度大幅度下降,在放電過程中出現的硫酸鉛


飽和度新增,易出現粗大堅硬的硫酸鉛,造成負極硫酸鹽化。尤其在電動汽車正常使用過程中,一般是早上上班,下午下班,中間8個多小時電池處于虧電狀態,更易造成硫酸鹽化。


三、通過改變化成條件來改變正極板a-PbO2和b-PbO2的比例。


a-PbO2和b-PbO2的氧化還原能力差別很大,它們的電化學活性不同,b型較a型具有較高的放電容量,在不同的電流密度下放電時,b-PbO2給出的容量超過a-PbO21.5-3倍,也有人認為a-PbO2只能輸出理論容量的16%,而b-PbO2輸出理論容量的80%-90%。由此可見,設法在化成中新增b-PbO2的比例,就可以有效新增容量,最簡單的辦法是在電池化成時,增大電流,降低電解液PH值,再采用有效的降溫措施,抑制電池溫升,這樣化成出來的電池b-PbO2的比例就會相應升高。


但是a-PbO2具有尺寸較大,較硬顆粒,在正極活性物質中可形成網絡或骨骼,正極活性物質的結構因而完整,使電極具有較長的壽命,所以在化成過程中出現過多的b-PbO2將會對壽命出現不利影響。


四、使用添加劑


最近,各種有關能夠提高電池容量的添加劑的報道越來越多,但絕大多數是針對深充放循環要求不高的起動電瓶的。也有一些單位宣稱他們的添加劑不僅有利于容量,而且可以提高深充放循環壽命,但在和多家這樣的單位進行了聯系后,不知是否是出于技術保密的原因,他們始終說不出他們的添加劑新增容量同時提高壽命的原理。


以上是目前各電動汽車電池廠家常用的新增容量的方法,但除了改變外形尺寸(在有國家標準規范后,這一辦法將不可行)外,似乎還沒有一種容量和壽命兼顧的方法,這時就應該在容量和壽命之間找準一個平衡點。通過我們調查,電動自行車用戶每日的騎行距離在10-30km的居多,再遠的話他們將考慮選用其它交通工具。因此,我們在設計電動汽車蓄電池時的原則應是保證每天騎行10-30km的用戶,其電池的使用壽命最長,按照這個原則再來考慮容量設計。目前電動自行車重要有36V和24V兩種,一般情況下騎行的放電電流在4-5.5A之間,所以我們在做壽命實驗時,采用的是5A放電1.5小時和5.5A放電1小時兩種放電方法,通過實驗我們認為,要想在這兩種條件下壽命達到最大,151′94′98的電池,重量在3.85-3.95kg,5A放電時間在115分和125分之間,151′99′99的電池,重量在4.15-4.25kg,5A放電時間在125分和135分之間是比較合適的,在這種容量下,我們可以將電池的開路電壓控制在13.2-13.4V之間,容量再低,會由于放電深度新增影響壽命,在此基礎上再提高容量又會由于我們上面論及的諸多原因影響壽命。


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