電動自行車電池隨機性ＰＣＬ現象的研究

　　電動自行車電池的使用壽命應該達到多少時間，根據統計資料全國電動自行車電池的平均壽命在10～11個月之間，但是按國家標準電動自行車電池的理論壽命都應該在一年半以上。在實際用戶的使用中同品牌的電池最短壽命只有3個月，究其原因電動自行車廠家說是電池質量不穩定；而電池廠家說是用戶使用方法不當；用戶講是電動自行車的技術還沒有過關。這一問題已經成為中國電動自行車的發展歷史上引起市場(Rialto)幾次大起大落的關鍵因素之一，電池行業對這一問題進行的研究很多，實際成果較少。至今市場(Rialto)上很多指導性的理論帶有很強的片面性，有一些甚至是錯誤的。根據中國礦業大學電動車電池超長壽命研究中心連續3年的跟蹤研究和大量的電化學分析，我們將電動自行車特有的“隨機性早期容量衰竭”現象的研究結果分述如下：

　　1、隨機性早期容量衰竭產生的原因
　　閥控式免維護鉛酸電池的早期容量衰竭問題，是免維護鉛酸電池出現后的一種特殊的電池故障，國內對于這一問題的深入研究進行的不多。由于中國生產和使用富液式鉛酸電池的歷史很長，這一行業中使用和維護人員中絕大多數人認為鉛酸電池的技術簡單，他們對于這種電池的使用性能和維護方法已經完全掌握了。在中國的電動自行車生產企業中，主管電池工作的技術人員多數都曾經從事過富液式鉛酸電池的生產、使用或維護工作。他們認為富液式鉛酸電池和免維護鉛酸電池同屬于鉛酸電池系列，使用維護中可采用同樣的方法，因此，幾乎所有的電動自行車企業在售車時對用戶都宣傳“電池充電越勤，電池壽命越長”，甚至一些商家和維修人員對用戶講，“沒事時，你就把電充上，這樣對電池只有好處，沒有壞處”。根據統計資料，在每個城市的電動自行車用戶群中約有1/3的用戶每天騎行路程很短(每天5-10km)，這些用戶多數都采用電動自行車廠家傳授的“勤充電”充電方法，因此這些用戶的電動自行車電池除了30min/d左右騎行時間其余時間大部分都在充電。這一條件出現的隨機性就構成了這一失效現象出現的隨機性，這是一種電動自行車電池特有的早期容量衰竭現象。

　　2、隨機性早期容量衰竭的隧道效應
　　研究發現一組正常的電池極板，要充入和放出全部電容量，必須保證極板表層到深層的化學通道的暢通，其孔隙通道的微觀幾何尺寸越大，孔隙越多，放出的容量就越高，電流就大。而這個條件一旦被破壞，容量就會降低，電流會減小，即使是新電池也不例外。電化學分析表明，即使正負極板全部轉化成了氧化鉛和二氧化鉛，其容量依舊會大幅度降低，這種狀態是—種典型的早期容量衰竭的特征。
　　經過連續的跟蹤研究，我們發現了一種特殊的氧化鉛和二氧化鉛形成結構。
　　通過電化學分析表明，由于很多用戶一天只有30～60min左右騎行時間，其余時間都在充電。電池極板50％～70％左右的氧化鉛常年不參與工作，但是每次電池充電時的氧化還原反應的游離產物都會對電池極板的深層通道產生沉積，經過數百次的連續沉積，極板的深層通道便被堵塞了，電池容量就僅剩下經常使用的那一部分了，同時由于極板常年處于臨界高壓過充狀態，因此氧化鉛和二氧化鉛產生嚴重的晶格變異并形成大量β型氧化鉛結構，造成了充足電就是放不出來的現象。
　　免維護鉛酸電池的通道效應是我們在電池的超長壽命研究中提出的一個電池故障新概念，在國內幾個著名電動自行車品牌電池的壽命實驗已經得到了驗證。在實驗中有一種與電池傳統使用理論完全相反的現象。按國際通行的免維

　　護鉛酸電池使用理論，電動自行車電池充電越勤，則電池壽命越長，淺放電30％就充電，電池壽命應該可達到1300次，但大量的實驗證明結果恰恰相反，電動自行車電池淺放勤充，不僅不能延長電池壽命，反而會大幅度降低電池的正常壽命，例如：在一組短程用戶群中，他們每天行駛路程在3～8km以內，每天騎行后，立即充電，結果平均不到5個月，電池容量幾乎衰竭至40％～50％。而一些用戶騎行時電池不見到黃燈不充電，每次累計放電量達到85％左右才充電，電池用了接近4年了還能跑二十幾千米。

　　3、電池隨機性早期容量衰竭的特定生成條件
　　根據我們近兩年連續跟蹤研究：電動自行車使用的免維護密封鉛酸電池的早期容量衰竭有著特殊的隨機生成條件，即：
　　(1)這種現象95％以上發生在那些嚴格按電動自行車廠家講授的使用方法對電池進行充電的用戶身上。
　　(2)這種現象在每天騎行路程越短、每天充電次數越多、充電時間越長的用戶中發生概率越高，容量衰竭的程度越嚴重。
　　(3)研究發現這些用戶的電池極板60％～80％左右的活性物質常年不參與工作，而這部分的活性物質卻常年處于14.9V的臨界高電壓狀態。
　　(4)這種現象絕大部分發生在那些一個小時內就可以把電池充足，其余時間充電器都是以小電流對電池進行充電，而充電器對電池保護性充電時單只電池的電壓能夠穩定在14.7V以上的用戶身上。
　　(5)每天騎車時間較長，電池放電超過60％的用戶幾乎不發生這種現象。
　　(6)每周多次騎行，電池累計放電超過70％再充電的用戶也不發生這種電池故障。
(7)每天電池使用后正常充電，但每一周或每兩周把電用完一次(用到容量的90％)這種用戶不發生電池的早期容量衰竭問題。

　　4、電動自行車企業防御隨機性早期容量衰竭的措施
　　為有效防御隨機性早期容量衰竭的產生，實現電動自行車電池的超長壽命，我們總結大量實驗室和現場實驗及企業電池裝車的平衡配合實際經驗，結合部分電動自行車電池超長壽命用戶的使用經驗，我們歸納如下：
　　 (1)電動自行車企業要實現電池的超長壽命，必須選用質量可靠的采用多元改進的鉛合金的電動自行車動力電池，而不能選用普通型的免維護鉛酸電池，這兩種電池在使用初期性能相差不多，但后期差別極大；更不能因貪圖便宜，選用劣質電池，否則將后患無窮，甚至導致電動自行車企業的最終瓦解。因為電池一旦出問題，用戶的結論是這種品牌的電動自行車質量不行。
 　　(2)新車出廠時電池配對質量至關重要，必須對臨裝車的所有電池進行全充全放，記錄分時電流電壓，將每階段參數一致的電池分歸幾個大組，然后對歸入大組的電池進行并聯小電流充電，大組電池充足后，靜置72h后，選擇靜止電壓最接近的電池，組對裝車。決不能因為是新電池而忽視了電池的容量配對。這樣可消除70％以上非平衡型的電池容量衰竭。
　　 (3)企業和商家應告訴電動自行車的用戶，電動自行車電池每次使用時應將電量用到總容量的85％～90％時再充電，電池壽命為最長，但絕不可把電量放完。因為這樣使用，電池在整個壽命周期內，表層極板和深層極板始終都參加工作，深層通道始終保持暢通，而且可以幾天充一次電，這樣就能大幅度減少電池的充電次數，高機率的降低了電池被充壞的可能性。而且可以有效防止隨機性早期容量衰竭的產生。
　　(4)企業應在每個銷售電動自行車的城市建立一個電動自行車電池定期維護中心，對已銷售的電動自行車電池進行定期維護，對用戶電池實行半年一次的定期電容量平衡、維護和修復。這件事由銷售商代理，既可提高商家的收入，又可免除企業的后顧之憂，會取得很好效果。因為半年一次的維護能把電池的故障消滅在萌芽狀態下，使電池壽命會大幅度提高。

　　5、結論
　　(1)電動自行車使用的免維護密封鉛酸電池，其電化學性能、使用性能、存放性能、充放電性能與富液式的鉛酸電池有很大的區別，不能沿用“勤用勤充”的富液式鉛酸電池的使用維護理論，否則就會引發不該出現的電池早期容量衰竭問題。
　　(2)電動自行車出現的免維護密封鉛酸電池的早期容量衰竭問題，是可以避免的，主要通過充放電規律的改變和使用方法來調整。
　　(3)電動自行車企業和商家對用戶宣傳的那種“電池充電越勤，使用壽命越長”的方法是富液式電池的使用方法，其理論是片面的，在1／3用戶使用條件下是錯誤的，這種方法不僅不能提高電池壽命，反而會因此引發早期容量衰竭問題，使電池壽命大幅度降低。
　　(4)要實現電動自行車電池的正常壽命和超長壽命，電動自行車企業就應該在各大城市建立用戶電池維修中心，對用戶的電池進行定期的維修和使用指導。（本文僅代表作者個人觀點）