電動(dòng)車鉛酸電池的基本原理及維護(hù)

　　電池工作原理和特點(diǎn)

　　電動(dòng)自行車電瓶是一種電能與化學(xué)能互相轉(zhuǎn)換的可逆裝置，也就是說，將電能儲(chǔ)存起來（充電），將化學(xué)能變?yōu)殡娔茚尫懦鰜恚ǚ烹姡��?/P>

　　電動(dòng)自行車電瓶由正極板、負(fù)極板、玻璃纖維隔板、電解液和電解槽所組成，充電后正極的活性物質(zhì)為二氧化鉛，負(fù)極板活性物質(zhì)為海綿狀鉛，放電后兩極板的活性物質(zhì)都轉(zhuǎn)變?yōu)榱蛩徙U，充電后由恢復(fù)為原來物質(zhì)。化學(xué)反應(yīng)方程式如下：

　　充電

　　PbO2 + 2H2SO4 + Pb           

　　正極    電解液    負(fù)極

　　放電

　　PbSO4 + 2H2O +  PbSO4                      

　　正極     電解液     負(fù)極

　　從化學(xué)反應(yīng)的方程式中可以看出，在放電過程中消耗了硫酸，生成了水，因此電解液的濃度越來越小，而充電過程則相反。

　　電動(dòng)自行車采用了負(fù)極活性物質(zhì)過量的設(shè)計(jì)。當(dāng)蓄電池充電的時(shí)候，正極充足100%后，負(fù)極尚未充到90%，這樣蓄電池內(nèi)只有正極產(chǎn)生的氧，不存在負(fù)極產(chǎn)生的難以復(fù)合的氫氣。為了解決水的消耗問題，和必須為氧的復(fù)合創(chuàng)造條件。采用貧電解液設(shè)計(jì)加上超細(xì)玻璃纖維隔膜板膜，解決了氧的傳輸問題，使氧復(fù)合反應(yīng)得以進(jìn)行，完成了氧的再化合，蓄電池實(shí)現(xiàn)了密封和免維護(hù)。氧的再化合過程如下：

　　（正極）PbSO4—— PbO—— O2

　　（負(fù)極）PbSO4—— Pb——(O2）

　　電池的失效模式及對策

　　A 電池的正極板軟化

　　①電池的正極板是由板柵和活性物質(zhì)組成的，其中活性物質(zhì)的有效成分就是氧化鉛。放電的時(shí)候氧化鉛轉(zhuǎn)換為硫酸鉛，充電的時(shí)候硫酸鉛轉(zhuǎn)換為氧化鉛。

　　②氧化鉛是由α氧化鉛和β氧化鉛組成的，其中α氧化鉛主要起支撐作用；β氧化鉛主要起荷電作用。為了減少α氧化鉛參與放電，一般控制放電深度為40％為好。電池放電深度越深，α氧化鉛損失也越多，正極板軟化也越嚴(yán)重，導(dǎo)致電池容量下降越快，形成惡性循環(huán)。電池經(jīng)常大電流放電同樣會(huì)引起極板軟化。所以電動(dòng)車控制器要實(shí)行限流保護(hù),正是基于此原因。

　　B 電池的負(fù)極板硫化

　　1、電池放電以后，負(fù)極板的鉛轉(zhuǎn)換為硫酸鉛，如果不及時(shí)充電或者充電電壓較低，有部分硫酸鉛晶體就會(huì)逐步聚積而形成粗大的硫酸鉛結(jié)晶，采用普通的充電方式是無法恢復(fù)的所以稱為“不可逆硫酸鹽化”，簡稱硫化。

　　2、在冬季環(huán)境溫度比較低的時(shí)候，電池的浮充電壓應(yīng)該相應(yīng)的提高，否則電池欠充電就會(huì)產(chǎn)生，電池硫化也就產(chǎn)生了。

　　3、失水的電池相當(dāng)于電解液的硫酸濃度變高，也形成了加速電池硫化的條件。

　　4、電池一旦出現(xiàn)硫化，靠單純的浮充和均充是無法解決的，必須采取其它措施。目前消除密封電池硫化的方法有化學(xué)法和采用小電流脈沖去硫化。化學(xué)法雖然會(huì)較快的消除負(fù)極板硫化，但是其副作用——增加電池自放電。這樣會(huì)形成新的失效模式。

　　C 電池的失水及熱失控

　　1、電池充電達(dá)到單體電池2.35V（25℃）以后，就會(huì)進(jìn)入正極板大量析氧狀態(tài)，雖然對于密封電池來說，負(fù)極板具備了氧復(fù)合能力。但如果充電電流過大，負(fù)極板的氧復(fù)合反應(yīng)跟不上析氧的速度(Tempo)，氣體會(huì)頂開排氣閥而形成失水。充電電壓達(dá)到2.42V（25℃），電池的負(fù)極板會(huì)析氫，而氫氣不能夠被正極板吸收，只能夠增加電池氣室的氣壓，最后會(huì)被排出氣室而形成失水。定期對電池補(bǔ)水是非常必要的,但對水的質(zhì)量和對操作者技術(shù)的要求很嚴(yán)格。

　　2、電池的熱失控。

　　電池充電電壓達(dá)折合單格2.4V，這個(gè)電壓超過了電池正極板大量析氧的電壓，特別是在高溫環(huán)境中，大量析氧電壓會(huì)下降，這樣產(chǎn)生的析氧量會(huì)大幅度的增加。而正極板產(chǎn)生的氧氣在負(fù)極板會(huì)被吸收，吸收氧氣是明顯的放熱反應(yīng)，電池的溫度會(huì)升高。而且氧復(fù)合反應(yīng)也要產(chǎn)生電流，增加的電流導(dǎo)致充電器不能轉(zhuǎn)綠燈，一直維持在高壓階段。如果電池已經(jīng)出現(xiàn)過量失水，玻璃纖維隔板的無酸孔隙大大增加，會(huì)加速負(fù)極板吸收氧氣，產(chǎn)生的熱量會(huì)更多，電池溫升也更高。而電池的溫升也會(huì)加速正極板析氧，形成惡性循環(huán)——熱失控。在熱失控狀態(tài)下，析氧量增加，電池內(nèi)的氣壓增加，當(dāng)達(dá)到塑料電池外殼的玻璃點(diǎn)溫度的時(shí)候，電池開始鼓脹變型，這種變型除了影響電池內(nèi)部的機(jī)械結(jié)構(gòu)以外，還會(huì)形成電池漏氣，而導(dǎo)致更加嚴(yán)重的失水漏酸。盡管電池?zé)崾Э噩F(xiàn)象發(fā)生的不多，但是一旦發(fā)生熱失控，電池的壽命會(huì)迅速提前結(jié)束。

　　D 電池的不均衡

　　1、電池在制造工藝中必然存在的微小差距。比如電池開閥壓的區(qū)別，會(huì)導(dǎo)致電池失水不同。還有組裝壓力和極板重量不均衡等。

　　2、失水多的電池相當(dāng)于電池的硫酸比重上升，導(dǎo)致電池開路電壓增加，也是該單體電池的充電電壓相當(dāng)于其它電池電壓高，而在串聯(lián)電池組中的其它電池分配的電壓就會(huì)下降，形成其它電池的欠充電。欠充電的電池內(nèi)阻會(huì)增加，放電的時(shí)候電池電壓會(huì)更低，充電電壓跟不上，導(dǎo)致電池電壓高的更高，低的更低。電池正極板軟化的差異隨著充放電也會(huì)被擴(kuò)大。

　　3、當(dāng)電池正極板發(fā)生軟化的時(shí)候，脫落的活性物質(zhì)會(huì)堵塞一部分微孔，正極板上單位面積的電流密度會(huì)增加，導(dǎo)致充放電活性物質(zhì)的膨脹收縮更加厲害，正極板軟化被加速，這樣就形成的容量落后的電池更加落后。

　　4、電池的負(fù)極板發(fā)生硫化，放電的電流密度也會(huì)增加，相當(dāng)于增加了放電深度，硫酸鉛結(jié)晶會(huì)比較集中在放電部位，形成較大的硫酸鉛結(jié)晶。硫酸鉛結(jié)晶體積越大，其吸附能力也相對增加，導(dǎo)致硫化更加嚴(yán)重。所以，電池容量的下降也會(huì)形成惡性循環(huán)。

　　5、對于電池組的不均衡，目前唯一的方式是采用定期地對單個(gè)電池的充電和放電。

　　E 脈沖修復(fù)消除硫化

　　對高電阻率的硫酸鉛結(jié)晶施加瞬間的高電壓，也可以擊穿大的結(jié)晶，如果這個(gè)高電壓足夠短，并且進(jìn)行限流，在打穿絕緣層的條件下，充電電流不大，也不至于形成大量析氣。如這樣，實(shí)現(xiàn)了無損消除硫化。

　　F 電池的容量表示及檢測

　　常用電動(dòng)車電池額容量表示方法為12v10Ah（2hr）

　　其含義為：電池額定電壓為12v，容量為10Ah，2hr表示2小時(shí)放電率

　　標(biāo)準(zhǔn)的容量檢測設(shè)備是12v恒流放電儀，常見的有5A恒流，10A恒流，以及可調(diào)恒流的。