自从电动自行车在中国问世以来,它以方便、经济、快捷等优点赢得了广大消费者的青睐,据统计,2004年全国销售各类电动自行车、电摩140万辆,有些中小城镇更达到5人1辆的保有量。但是,随之而来的问题又使消费者大失所望,其中最突出的是电池问题。电动自行车用蓄电池往往过了半年左右就明显失效,一次充电行驶距离日益减小。尽管各种声称可以修复蓄电池、甚至可以保证延长蓄电池寿命N倍的充电器和形形色色的修复设备在市场上纷纷出现,但是蓄电池寿命扯电动自行车后腿的局面并没有因此好转。问题出在哪里呢?就让我们带着问题来了解和认识一下蓄电池吧。
蓄电池有许多种类和用途。目前汽车上使用的电池,有很多都是铅蓄电池。铅蓄电池的构造是用含锑5%~8%的铅锑合金铸成格板,在格板上分别填充PbO2和Pb作为正极和负极,二者交替排列而成。在电极之间注入30%的H2SO4溶液。铅蓄电池(左)和太阳能蓄电池(右)由于铅蓄电池的电压稳定,使用方便、安全、可靠,又可以循环使用,因此被广泛用于国防、科研、交通、生产和生活。
铅酸蓄电池的价格最低,也最为广泛。其含污染的成分比较少,可回收性好。缺点是比容小。也就是说,在同样的容量下,电池重量和体积都大。目前的铅酸蓄电池基本上是由浮充类型的电池发展而来的。浮充电池不适应快速充电和大电流放电。但发生过充电以后,不会形成单体电池格板熔化的问题,导致整组电池迅速失效;在过充电和过放电状态,电池也不会发生爆炸,就是说铅酸蓄电池过充不会有什么严重后果。
铅蓄电池的电压正常情况下保持2.0V,电压下降到约1.85V时就需要重新充电。
除了铅蓄电池外,还有多种蓄电池,例如,镍—镉可充电电池广泛用于收录机、电话机等。又如,银—锌蓄电池是一种高能电池,它质量轻、体积小,是人造卫星、宇宙火箭、空间电视转播站等的电源。
电动车用蓄电池是属于阀控式密闭铅酸蓄电池,充放电都在密闭空间进行,除了有少量气体析出外,铅和电解液不会外漏,也就不可能被人体摄入。电池外壳破裂会流出电解液,不及时处理会产生铅中毒,还有现在市面上蓄电池维护行业人员会有可能因操作不当而铅中毒。
1.认识蓄电池
铅酸蓄电池是由壳体、隔板、极板、栅格、电解液(硫酸)和不同的封闭形式构成。当蓄电池充满电荷时,极板呈二氧化铅和绒状铅,电解液的浓度达到最高点。随着放电终了,极板上形成硫酸铅,而电解液的浓度下降到最低。
蓄电池的容量标称值以安时数(Ah)表示,它是放电电流和放电到规定终止电压的时间的乘积。安时数越大,它的电容量也就越大。但是对每一块使用中的蓄电池来说,它的Ah都不是一个固定的值。因为标称值是指定在0.1倍标称值(放电指数0.1C)的电流强度下放电。例如,12Ah的蓄电池按12×0.1=1.2A放电到10小时终止,即1.2A×10h=12Ah。而当放电电流强度小于或者大于此指定电流,到放电终止那一刻的Ah数往往大于或者远远小于标称值。例如,同样一块12Ah的蓄电池用放电指数3C即36A放电,到规定的放电终止电压仅仅6分钟,放出的电量只有36A×0.1h=3.6Ah,也就是说充满电以后的蓄电池在这种状况下只能放出30%的容量。这种状况是由于过大的放电电流使极板迅速硫化,从而使电池内阻猛增、电压急剧下降造成的。
蓄电池的充电也有自身的规律,以下引用某厂家蓄电池的充电曲线来说明。以100%放电(上次储存的电量完全放光)的蓄电池为例,最初的充电电流小于等于0.1CA,例如对于12Ah的蓄电池为1.2A电流。此阶段蓄电池电压上升缓慢,5小时后蓄电池电压上升加快,8小时后,随着电解液的浓度升高,极板的化学还原变慢,蓄电池电压以很快的速度上升。此后充电电流应该急速下降,约到9小时蓄电池电压基本达到最大。但是此时充入的电量还不到80%(对于50%放电的蓄电池此时已经充满),想要充满至少还要继续小电流再充20小时。如果此后的充电电流不是足够小,就会在极板和电解液之间的表面形成高浓度硫酸层,导致蓄电池电压虚高,结果总也充不满。
蓄电池的充电和放电是一个化学反应和还原的过程,这个过程不仅相对缓慢,而且还受环境温度的影响。
环境温度对充电的影响和放电一样,温度越低能够充入的电量越小,故常见的蓄电池在0℃环境中的放电量能达到25℃时的80%左右就很不错了。也就是说在华中地区的冬季,一块12Ah的新蓄电池也只能暂且当做9Ah用了。
环境温度对蓄电池的存放则呈现另外一种性质,在引用的某蓄电池储存电量曲线可以看出,充满电的蓄电池在40℃境中存放5天,其容量就会下降12%,而在0℃环境中下降同样的容量可存放1年。
当然,最为人关心的就是蓄电池的使用寿命。蓄电池的使用寿命一般可简单地定义为:蓄电池衰老到原有容量的75%(现在越来越多的厂家把它定为50%、60%)即为寿命终止,尽管这时蓄电池还可以勉强继续使用。
使用寿命又根据两种不同的工况来表述:一种是循环充放电工况,即蓄电池充满电后使用一个阶段,放完后再充满电,工业电瓶运输车最为典型,电动自行车也近似这种工况;另一种是浮充电工况,即一边使用一边充电,就像汽车电瓶。当然也存在介于这两种工况之间的情形,例如在线式UPS、应急灯等,如果电动自行车跑数千米就充电也都属于此种情形。
一般国产蓄电池寿命在循环工况下(100%放电再充电)为100~150次;浮充工况下为2~3年。绝缘强度绝缘强度,通常电力设备的绝缘强度用击穿电压表示;而绝缘材料的绝缘强度则用平均击穿电场强度,简称击穿场强来表示。击穿场强是指在规定的试验条件下,发生击穿的电压除以施加电压的两电极之间的距离。绝缘强度通常以试验来确定。绝缘强度随绝缘材料的种类不同而有本质上的差别。