从1859 年法国人加斯东普兰特发现了铅酸充放电的现象后,铅酸蓄电池一直是电池领域应用***的产品,如汽车、风能、太阳能、通讯、后备供电设备上都有铅酸蓄电池,但我们并没有听到很多来自这些领域对铅酸蓄电池的不满。然而,为何同样的产品到了电动助力车上却引起用户的指责。下面我们从几个方面阐述产生这一问题的主要原因。
一.铅酸蓄电池工作原理方面的原因
铅酸蓄电池的充、放电过程是电化学反应的过程:充电时,硫酸铅形成氧化铅,放电时氧化铅又还原为硫酸铅。硫酸铅是一种非常容易结晶的物质,当电池中电解液中硫酸铅过多或静态闲置时间过长时,就会结成团形成小晶体,这些小晶体再吸引周围的硫酸铅,形成大的硫酸铅惰性结晶,结晶后的硫酸铅充电时不但不能再还原成氧化铅,还会附着在极板上,造成极板可使用面积下降,我们通常称这种现象叫硫化,也就是常说的老化。此时,铅酸蓄电池的容量会快速下降,直至无法使用。
随着硫酸铅大量堆积,还会吸引铅微颗粒形成铅枝,正负极板间的铅枝搭桥就造成电池微短路或是短路。硫酸铅结晶还会在极板表面或密封塑壳缝隙内堆积,并产生较强的膨胀张力,最终使极板板栅框架断裂、铅膏脱落或外壳破裂,造成不可修复性的损坏。因此,说铅酸蓄电池失效和损坏的主要机理就是电池本身无法避免的硫化或老化。
二.电动助力车工作环境因素方面的原因
铅酸蓄电池在使用过程中都会硫化,一般情况下,电动助力车上使用的铅酸电池却比其他领域的铅酸电池寿命短,这主要是电动助力车所用的铅酸电池处在一个更容易硫化的工作环境所造成的。
1.深度放电
用在汽车上的铅蓄电池只是在点火时单向放电,点火后发电机会对电池自动充电,不造成铅酸蓄电池深度放电。而电动助力车在骑行时不可能充电,经常会造成铅酸蓄电池的深度放电,当深放电时,铅酸蓄电池中硫酸铅浓度增加,硫化就会较为严重。
2.大电流放电
电动助力车20km巡航电流一般是4A,这个值已经高于其它领域的电池工作电流,而超速超载时,电动助力车的工作电流就会更大。电池制造商都进行过1C充电70%、2C放电60%的循环寿命试验。经过这样的寿命试验,可达到充放电循环350次寿命的电池很多,但实际使用的效果就相差甚远了,这是因为大电流工作致使电池硫化加速。
3.充放电频率过高
用在储备供电领域的铅酸蓄电池,停电时才会放电,若1年放电8次,要达到10年的寿命,只用做到80次循环充电寿命。而电动助力车1年充放电循环300 次以上很常见,这种高频率的充放电也使得电动助力车铅酸蓄电池寿命缩减得很快。
4.充电电压过高造成失水
作为交通工具,电动助力车可静止充电的时间不多,要在几小时内完成36V或48V的20Ah充电,必须提高充电时的电压(一般为单节2.7-2.9V),当充电电压超过单节铅酸蓄电池的析氧电压(2.35V)或析氢电压(2.42V)时,电池就会因过度析氧而开阀排气造成失水,进而造成电解液浓度上升,硫化过程加速。
5.不能及时充电
电动助力车使用条件,使得电动助力车铅酸蓄电池放电后,经常不能及时充电,致使放电形成的大量硫酸铅不能在半小时内充电,使之还原为氧化铅,最终就会硫化结成晶体。