包有富,陳 勝

(浙江永達(dá)實業(yè)集團(tuán)有限公司,浙江湖州 313100)

目前,國內(nèi)用于電動助力車的閥控鉛酸(VRLA)電池主要有6-DZM-10、6-DZM-12、6-DZM-17和 6-DZM-20等 4種型號,其中 6-DZM-10和 6-DZM-12型為低型化設(shè)計,而6-DZM-17和6-DZM-20型為高型化設(shè)計。

這兩種設(shè)計方式主要是根據(jù)電池的容量和電動助力車電池盒的形狀尺寸來設(shè)計的,但在客戶使用后的信息反饋中,6-DZM-17和 6-DZM-20型的壽命不如 6-DZM-10、6-DZM-12型電池壽命穩(wěn)定。

為了查明原因,本文作者進(jìn)行了相關(guān)試驗及分析。

1 實驗

在3批已配組的6-DZM-12電池組(湖州產(chǎn))和6-DZM-20電池組(湖州產(chǎn))中,各隨機(jī)抽取 1組進(jìn)行 100%DOD循環(huán)壽命測試。

實驗電池正極板柵為普通鉛銻鎘合金,負(fù)極板柵為普通鉛鈣合金,鉛膏配方為電動助力車電池的專用配方。電池所灌酸密度為普通電動助力車電池所使用的密度,采用與普通電動助力車電池相同的配組工藝。

用ZS400可調(diào)恒流蓄電池容量性能測試儀(杭州產(chǎn)),分別以2 h率的電流(6-DZM-12電池組為6 A,6-DZM-20電池組為10 A)將電池組恒流放電到終止電壓42 V,再用三段式(恒流-恒壓-浮充)車配48 V、10 Ah/12 Ah充電器(湖州產(chǎn))和 48 V、17 Ah/20 Ah充電器(湖州產(chǎn))進(jìn)行 12～15 h的充電,記錄放電結(jié)束時的放電總時間。如此反復(fù)對電池進(jìn)行循環(huán)壽命測試,待電池組放電時間為初期放電時間的70%時,視為電池組壽命終止。

為使實驗條件接近電動自行車的使用狀態(tài),實驗在室溫下進(jìn)行,整個實驗期間的溫度為5～30℃。

2 結(jié)果與討論

2.1 電池組的循環(huán)壽命對比

6-DZM-12和6-DZM-20電池組的循環(huán)壽命見圖1。

從圖1可知,正如客戶使用后的信息所反饋的,6-DZM-12電池組的100%DOD循環(huán)壽命比6-DZM-20電池組的要長,且達(dá)1倍以上,可以說兩種設(shè)計方式的電池循環(huán)壽命差異很大。

圖1 6-DZM-12和6-DZM-20電池組的循環(huán)壽命Fig.1 Cycle life of 6-DZM-12 and 6-DZM-20 batteries

2.2 原因分析

為了查明循環(huán)壽命產(chǎn)生差異的原因,在電池組壽命結(jié)束時對各單體電池的放電終止電壓進(jìn)行跟蹤,結(jié)果見表1。

從表1可知,兩種電池組中各單體電池的放電終止電壓并無異常,即并不存在“單只落后”[1]的情況。

為了進(jìn)一步分析循環(huán)壽命產(chǎn)生差異的原因,對已完全充滿電電池組的1只單體電池進(jìn)行解剖。解剖發(fā)現(xiàn),兩種電池的正極板柵筋條都完整無缺,負(fù)極板也都未發(fā)現(xiàn)異常,劃刮極板表面,極板露出金屬光澤。6-DZM-12電池組的正極板只是整體表面鉛膏軟化;6-DZM-20電池組的正極板鉛膏,上下軟化程度不一致,且下部的軟化比上部嚴(yán)重,與文獻(xiàn)[2]報道的極板下部放電深度深,極板上部放電深度淺吻合(極板經(jīng)常處于深放電的部位易軟化)。

表1 電池組壽命結(jié)束時單體電池的放電終止電壓Table 1 The terminal cut-off voltage of single battery after batteries group invalid

為了了解極板上下部軟化程度不一致的原因,結(jié)合文獻(xiàn)[2],對解剖電池的隔板從電池高度的方向分成上、中、下等3部分,并將隔板中的酸擠出過濾,用移液管移入稱量瓶,再用稱重法測定電解液的密度(見表2)。

表2 電池組壽命結(jié)束時AGM隔板中電解液密度的分布情況Table 2 The distribution of electrolyte density absorbed in the AGM separator after batteries group invalid

從表2可知,6-DZM-20電池組經(jīng)過循環(huán)后,電池高度方向上電解液密度的差異較明顯,即有明顯的電解液分層現(xiàn)象,該現(xiàn)象對電池的循環(huán)壽命不利[2];6-DZM-12電池組經(jīng)過循環(huán)后,電池高度方向上電解液密度的差異不明顯。

綜上所述,6-DZM-20電池組與6-DZM-12電池組循環(huán)壽命的差異,主要是由于電解液在高度方向電解液分層所致(由于電解液的分層使得極板下部易軟化,導(dǎo)致壽命提前結(jié)束),即高型電池的電解液比低型電池的電解液易分層。

2.3 解決措施

要想延長6-DZM-20(高型)電池組的循環(huán)壽命,生產(chǎn)廠家可考慮:①通過增加隔板厚度提高裝配壓力,使隔板壓縮比更大,隔板的孔徑更小,這樣“毛細(xì)現(xiàn)象”的作用就會更顯著,可減緩電解液的分層;②采用更加貧液的設(shè)計,一方面受隔板“毛細(xì)現(xiàn)象”調(diào)節(jié)作用的影響(酸用量多,毛細(xì)現(xiàn)象作用不明顯,酸容易分層;酸用量少,則毛細(xì)現(xiàn)象作用明顯),另一方面酸用量可起到限容的作用,防止過多的活性物質(zhì)參與反應(yīng),以延長電池的循環(huán)壽命[3];③在電池灌酸時,不要采用密度過高的電解液,一方面電解液密度越高越容易分層,另一方面由于車載充電器的充電電壓恒定,電解液密度過高會降低充電的倍率,容易導(dǎo)致電解液分層;④如果市場允許的話,盡量將電池進(jìn)行低型化設(shè)計,以減輕電解液的分層。

3 結(jié)論

從以上電池的循環(huán)情況以及解剖分析可知,高型電動助力車電池組比低型電動助力車電池組循環(huán)壽命短是必然的,因為隨著循環(huán)的進(jìn)行,電解液的分層是必然的?？梢詮母淖兏舭宓膲嚎s比,改變電池的結(jié)構(gòu)設(shè)計,改變電解液密度等方面進(jìn)行研究,以延長電池的循環(huán)壽命。

[1] BAO You-fu(包有富).淺談電動助力車電池組電壓差現(xiàn)象[J].Battery Bimonthly(電池),2008,38(6):367-368.

[2] GUO Yong-lang(郭永榔),YAN Wen-zhu(嚴(yán)文珠),HU Jun-mei(胡俊梅),et al.鉛酸蓄電池電解液分層的研究[A].第十三次全國電化學(xué)會議論文集[C].Guangzhou(廣州):第十三次全國電化學(xué)會議,2005.780-781.

[3] BAO You-fu(包有富),YIN Ge-ping(尹鴿平),YU Mei-wen(俞美雯),et al.深放電對閥控式鉛酸電池性能的影響[J].Battery Bimonthly(電池),2002,32(2):83-84.