電動自行車用閥控鉛酸蓄電池

1引言

大氣污染對人們的健康已造成危害，機動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，加上日益嚴重的能源危機，迫使人們不能不認真對待未來交通的發(fā)展問題。所幸的是上述問題已經(jīng)引起了國家有關(guān)部門的重視，以鉛酸蓄電池為動力源的研究早在上世紀80年代已經(jīng)開始，由于當(dāng)時電機效率低、蓄電池壽命過短、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90年代中期，電動自行車又一次面臨機遇與挑戰(zhàn)，成為一個熱點產(chǎn)業(yè)，具有環(huán)保和高科技的特征。

2電動自行車及其配套電池標準

為了規(guī)范和引導(dǎo)電動自行車行業(yè)的健康發(fā)展，國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局于1999年5月28日發(fā)布了國家標準《電動自行車通用技術(shù)條件》，于1999年10月1日開始實施。其主要技術(shù)指標有：

——最高車速不大于20km/h；

——整車重量不大于40kg；

——電機功率不大于240W；

——蓄電池密封良好、標稱電壓不大于48V。

目前有些廠家的電動自行車時速已超過20km/h，還標榜其車速如何快，其實過快的車速反而帶來不安全的因素，已超出電動自行車的范疇，屬于電動摩托車的范疇了。

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

——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。

機械行業(yè)標準《電動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。

機械行業(yè)標準以2h率作為容量考核更接近實際使用情況，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，也是衡量電池廠家的制造水準的重要指標。

3電動自行車電池的使用要求及目前存在的問題

目前國內(nèi)配套的電動自行車電池主要有6DZM6、6DZM10、6DZM14，分別對應(yīng)小密電池6FM7、6FM12、6FM18的外形尺寸。驅(qū)動電機有24V150W（兩只電池串聯(lián)）、36V180W（三只電池串聯(lián)）等，工作電流4～7A，零速度起動或爬坡時電流高達15A以上，電池盒裝有保險絲，一般20A保險絲為佳，控制器有欠壓保護自動斷電功能，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。

目前存在的主要問題有：

——電池容量早期損失；

——電池壽命不夠長；

——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)計不合理。

4電池的設(shè)計原則

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)計原則，在滿足C2容量達到或超過標準的前提下，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，增大活性物質(zhì)與板柵的比值，從而增加活性物質(zhì)的絕對數(shù)量來達到增大容量的目的；第二種是通過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提高容量；第四種是改進極板工藝配方、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。

電池一致性是個比較復(fù)雜的綜合性問題，由電池制造過程各個環(huán)節(jié)的一致性組成，電池制造過程中只有加酸量較一致，池殼尺寸相對一致，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，所以說一致性的水平是衡量電池廠家產(chǎn)品質(zhì)量的重要指標。

5恒達公司電池的設(shè)計原則和達到的指標

綜合考慮各種因素，我們采用薄型極板緊裝配的設(shè)計原則，正負板柵都采用Pb?Ca?Sn?Al合金，以增大容量為第一目的，正板柵合金通過提高含錫量來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，并可延長電池深放電循環(huán)壽命，6DZM10電池達到了以下一些性能指標：

——C2達11.9Ah；

——重量比能量達35.8Wh/kg(2h)；

——循環(huán)壽命達400次。

6電池的使用與維護

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

在使用過程中發(fā)現(xiàn)一些值得注意的問題，如過流保險絲較易燒斷（15A），建議改為20A保險絲；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，長期這樣勢必造成電池失水嚴重，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)，長此以往勢必造成電池長期充電不足，影響電池放電容量，造成負極板硫酸鹽化。正確的做法是按電池廠家的要求來設(shè)計充電器，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，初充電流大些對電池循環(huán)壽命有好處。平常使用盡量注意用過電動自行車后即充電，如能保持每次用車時間在1.5h以內(nèi)，則電池使用壽命將會大大延長。如果在零速度時用電池起動自行車，則應(yīng)注意緩慢加速，給電流和電機一個最佳配合，加速器用力過猛，起不到加速效果，反而容易對電池和電機造成損壞。