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評(píng)估電動(dòng)助力車用VRLA蓄電池的一致性 |
| 摘要：概要介紹了VRLA蓄電池組一致性的重要性。分析了蓄電池組的一致性好壞對(duì)電池組的使用壽命影響；淺談了蓄電池組的一致性成因及解決辦法，并對(duì)蓄電池裝配整個(gè)流程中幾個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)對(duì)蓄電池組一致性的影響，進(jìn)行了相關(guān)論述。 Key words: consistency of VRLA batter; battery capacity; batteries cycle life; battery assembly process for electric-bicycle vehicle 關(guān)鍵詞：VRLA蓄電池一致性；蓄電池容量；電池組循環(huán)壽命；電動(dòng)車用蓄電池裝配； 一、前言 電動(dòng)助力車以其環(huán)保、便捷、效費(fèi)比高等優(yōu)點(diǎn)，在國(guó)內(nèi)發(fā)展勢(shì)頭逐年遞增，成為民眾心目中的優(yōu)選代步工具。在國(guó)家零投資任何資金政策的前提下，完全由民間買賣雙方的自愿參與，催生出了一個(gè)巨大民生經(jīng)濟(jì)體系。雖然國(guó)內(nèi)各地政策導(dǎo)向比較混亂，對(duì)電動(dòng)助力車有諸多指責(zé)，但不可再生資源的稀缺、石油價(jià)格的高漲、交通的擁堵、民眾的出行安逸觀轉(zhuǎn)變等，這些無(wú)可回避的事實(shí)，將指引“電動(dòng)助力車”亦是現(xiàn)實(shí)國(guó)情民眾出行的最佳代步工具。 作為電動(dòng)助力車靈魂的動(dòng)力源“VRLA蓄電池組”，近年來(lái)亦隨著市場(chǎng)的需要技術(shù)逐年提高，容量和壽命都較以前有明顯的進(jìn)步，單體電池容量循環(huán)350次以上已不是問(wèn)題，但整組測(cè)試容量壽命則嚴(yán)重下降，4只電池組較3只電池組循環(huán)衰減就明顯加快。這種因電池個(gè)體間的一致性不好引起的整組循環(huán)壽命差，已成為電池容量和循環(huán)壽命之后，各電池生產(chǎn)廠家無(wú)法回避必須解決的技術(shù)難題。 二、蓄電池間的不一致性與危害 蓄電池間的不一致性是指：同種規(guī)格、型號(hào)，相同原材料、工藝生產(chǎn)的蓄電池單體，其電壓、內(nèi)阻、容量、自放電、充電接收能力等參數(shù)，存在著離散性的差別。 這種相同工藝型號(hào)電池間的不一致，是多方面原因造成的，其根本是由蓄電池生產(chǎn)過(guò)程中，各道生產(chǎn)工序都有一定工藝允許操作誤差，所有工序控制允許誤差加起來(lái)的總值則是離散性的，這種無(wú)定數(shù)的離散性誤差總合體即成品電池，在使用過(guò)程中的物理、電化學(xué)等反應(yīng)亦會(huì)存在一定離散性即性能參數(shù)差異，這種差異只能通過(guò)提高工藝控制點(diǎn)加以縮小，不能完全消除，也就是說(shuō)蓄電池單體間的不一致性只有大小，沒(méi)有完全一致。 在多個(gè)單體組合使用中，這種參數(shù)的不一致性，會(huì)變得更突出進(jìn)而出現(xiàn)多極分化，使得處于兩極的單體性能衰退，最終在落后單體的負(fù)作用下整組失效。 三、解決蓄電池組一致性的方法 由于生產(chǎn)中無(wú)可避離散性、工藝能控局限性的存在，所以電池單體間的性能差異大小是必然存在的。雖然這種差異是無(wú)法避免的，但是我們可以通過(guò)提高生產(chǎn)工藝控制來(lái)縮小電池個(gè)體間的差異，通過(guò)一定的篩選方法，使每組電池個(gè)體間的差異盡量減小，小到這種差異盡可能不成為影響蓄電池整組失效的主因。這種減小電池組單體間參數(shù)差異的方法，即各廠家所說(shuō)的配組。 蓄電池的性能，是通過(guò)靜態(tài)、帶載負(fù)荷態(tài)、充電態(tài)、放電態(tài)等多態(tài)下的電壓和總放電容量等數(shù)據(jù)來(lái)判定好壞，所以電池多態(tài)下的端電壓和放電容量，成為衡量蓄電池性能參數(shù)的主要依據(jù)，也是電池配組的關(guān)鍵點(diǎn)。現(xiàn)在國(guó)內(nèi)電動(dòng)車電池生產(chǎn)廠家普遍采用電壓、容量接近來(lái)配組，這種比較相同環(huán)境下靜態(tài)電壓、放電態(tài)電壓和放電時(shí)間的配組方法，只要在參數(shù)比較點(diǎn)的選擇和比較點(diǎn)允許誤差范圍的控制上抓好，還是可以滿足蓄電池組在循環(huán)壽命中對(duì)一致性的要求的。 蓄電池組的一致性除受電池組內(nèi)個(gè)體間自身一致性的制約外，還隨使用環(huán)境、充放電條件的影響而變化，一組參數(shù)偏差很小的電池組隨使用環(huán)境的不同，其一致性的表現(xiàn)也不相同，限于篇幅所限，本文就只簡(jiǎn)單討論一下電池組裝過(guò)程中的部分工序?qū)π铍姵亟M一致性的影響，不再闡述極板生產(chǎn)過(guò)程和電池組使用環(huán)境對(duì)一致性的影響。 四、蓄電池組裝工藝對(duì)電池組一致性的影響 1、 原輔材料、配件的影響 蓄電池塑殼、極板、隔板、密封圈、安全閥膠帽、密封粘膠、電解液、電解液添加劑、匯流排用鉛等原。輔材料、配件都會(huì)對(duì)電池的裝配壓力、物理電阻、電化學(xué)阻力、電池密封狀況、電池失水速率等形成直接的影響，最終使電池個(gè)體間出現(xiàn)不一致，影響蓄電池組的一致性。在生產(chǎn)電池前，一定要選擇好性能參數(shù)符合設(shè)計(jì)要求的原輔材料、配件，并確立采購(gòu)廠家檢驗(yàn)進(jìn)貨，不要輕易在生產(chǎn)整批電池的過(guò)程中使用或更換不同廠家的原輔材料、配件，因?yàn)橥庥^物理參數(shù)相近的原輔材料、配件，其內(nèi)在的不同也會(huì)對(duì)電池組的一致性產(chǎn)生很大影響，甚至是致命性的影響。 不同廠家生產(chǎn)的極板，從設(shè)計(jì)上就會(huì)有板柵活物質(zhì)比、正負(fù)活物值比的不同，所以即便外形尺寸、重量一樣的極板，其內(nèi)在活物質(zhì)從物理上就有差距，再加上配方和生產(chǎn)工藝的不同，其二氧化鉛、氧化鉛、腐蝕層厚度、極板強(qiáng)度、孔率、放電活物質(zhì)利用率、充電接收能力等物理、電化學(xué)參數(shù)更是不同，這些不同有些可以通過(guò)組裝工藝優(yōu)化縮小，有些是徹底不能改變的，所以不同廠家生產(chǎn)的極板組裝電池配組，即便出廠時(shí)能夠幾點(diǎn)參數(shù)接近的配起來(lái)，但在后續(xù)使用中也會(huì)很快的顯現(xiàn)出差異，最終使整組電池失去一致性； 不同廠家生產(chǎn)的塑殼外觀尺寸相同，但是內(nèi)在壁厚、沉淀槽厚、單格間距的上下錐度等參數(shù)是不盡相同的，這些不同就會(huì)影響電池的裝配壓力、儲(chǔ)酸值的一致性； 不同廠家生產(chǎn)的隔板，由于其用粗細(xì)棉搭配比例的不同和生產(chǎn)設(shè)備及生產(chǎn)工藝的不同，同是0.5mm的隔板，其孔徑、孔率、回彈性、定量、多點(diǎn)檢測(cè)厚度公差，會(huì)有明顯的不一樣，其對(duì)電池的電化學(xué)反應(yīng)阻力也是不一致的； 匯流排用鉛的合理與否和燒焊工藝，決定著匯流排的晶粒致密度、極板極耳與匯流排的結(jié)合程度和匯流排的導(dǎo)電物理電阻，其結(jié)合強(qiáng)度和導(dǎo)電電阻對(duì)電池的一致性是物理的影響，其晶粒的致密度對(duì)電池充放電過(guò)程中的腐蝕電流消耗和腐蝕失水是電化學(xué)影響，粗大或晶種不同的匯流排，其造成的失水和電流消耗是比較明顯的，這種損耗在電池組的一百次循環(huán)后會(huì)對(duì)電池組的一致性產(chǎn)生明顯的影響。 2、 極板的稱重配組 極板稱重配用，從一開始的單片稱重到現(xiàn)在大多數(shù)中小廠家采用的極群組稱，這種轉(zhuǎn)變一方面體現(xiàn)了極板加工物理精度的提高，一方面也反映出組裝廠家對(duì)蓄電池極板配組原理的更深認(rèn)識(shí)。從理論上來(lái)講極板的放電時(shí)間受正極活性物質(zhì)量、負(fù)極活性物質(zhì)量、電解液當(dāng)量三者中最低點(diǎn)的限制，而放電容量誤差是影響蓄電池組一致性的關(guān)鍵點(diǎn)，所以各電動(dòng)車電池組裝廠家都采取稱重配組來(lái)縮小極板物理面的差距，以保證盡可能相近的活性物質(zhì)量極群體，在物理面給予電池單體盡可能的一致，讓電池單體放電容量差異盡可能變的更小。 由于活性物質(zhì)正、負(fù)極電化學(xué)當(dāng)量和活性物質(zhì)實(shí)際可使用率的不同，加之新電池電解液的充足，使得現(xiàn)在電動(dòng)車用蓄電池幾乎都是正極限容，在這種放電深度負(fù)極電位根本不構(gòu)成限容的模式下，對(duì)于負(fù)極的稱重配組使用，已經(jīng)失去確保容量一致性的意義。但負(fù)極活性物質(zhì)量的多少對(duì)電池充電接受能力有一定影響，不過(guò)這種影響在活性物質(zhì)滿足一定比值的情況下，也就失去計(jì)量的必要，然市場(chǎng)上90%以上的銷售極板都已超過(guò)這種比值，所以對(duì)于負(fù)極極群的稱重配組除能夠讓電池成品的重量差異縮小以外，對(duì)電池組的一致性沒(méi)有實(shí)質(zhì)性的影響。 |
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