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1、电动自行车用蓄电池的充电方式对电池性能的影响吴敬民(沈阳松下蓄电池有限公司,沈阳 110141)摘要:以市场调查和不良电池的解析结果为依据,对一段式定电压充电方式和二段式定电压充电方式的特点以及对电池性能的影响进行了深入分析,不仅对部分电池的循环寿命提前终止的原因给予了合理的解释,而且对于电动自行车充电器的设计具有一定的指导意义。关键词:电动自行车;充电方式;循环寿命中图分类号:TM91016 文献标识码:B 文章编号:1006-0847(2002)02-0062-03The effects of charging method on characteristics ofstorage bat
2、tery for electric bikeWU Jing-min(Shenyang Matsushita Storage Battery Co.,Ltd.,Shenyang 110141,China)Abstract:On the basis of the result of market research and failed battery disassembling,the charge charac-teristics of one-step and two-step constant voltage charging methods and the effects of charg
3、ing method on bat-tery characteristics are investigated.The reasonable analysis is also given to explain why some batteries haveshorter cyclelife than those in actual service.This research result isof benifit to the design of charger for elec-tric bike.Key words:electric bike;charging methods;cycle
4、life 电池是电动自行车的/心脏0,是决定电动自行车性能的重要零件之一,目前国内的电动自行车多数使用密封铅酸蓄电池,这是因为密封铅酸蓄电池具有免维护、安全不漏液以及价格低廉等特点,可以完全满足电动自行车的使用要求,特别是考虑到价格因素,预计在今后一段时期里,国内的电动自行车仍将主要使用密封铅酸蓄电池。但是和富液式电池相比,密封铅酸蓄电池具有充电制度严格的特点,尤其是在循环使用的条件下,对充电条件的要求更为严格,同样的电池在不同的充电条件下会表现出很大的性能差距,不恰当的充电方式很容易造成电池性能的不良,形象地说就是/电池不是用坏的,而是充坏的0,根据对最近 5 a 多市场不良返品电池的解析结
5、果的分析,发现有 80%以上的电池不良是由于充电方式不当造成的,即如果选择了适当的充电方法,大多数市场不良电池的发生是可以避免的。1 循环使用时的充电方式循环使用密封铅酸蓄电池时一般常采用一段式定电压(定电压定电流)充电方式,其充电模式如图1 所示,在室温条件下,一般控制充电电压为2145 V/单元,初期充电电流限定为 014C A。图 1 一段式定电压充电方式示例在 1996 1999 年期间国内的电动自行车的厂家很多都是采用一段式定电压充电方式,使用这种方式的优点是设计简单,易于控制,实际的充电时 交流与探讨电动自行车用蓄电池的充电方式对电池性能的影响 a间和放电量有关,正常情况应该在 6
6、 12 h 之间。这种充电方式的缺点是当充电电流下降之后充电电压不变,所以如果在放电深度较浅(30%以下)而充电时间较长时会造成电池过充电。另外一种常用的充电方法是二段式定电压充电方式,其充电模式如图 2所示。在室温条件下,一般控制第一段充电电压为 2145 V/单元,初期充电电流限定为 014C A;当电流下降到规定值以下时,切换到第二段充电电压为 213 V/单元。图 2 二段式定电压充电方式示例使用二段式定电压方式充电时,当充电电流下降后,充电电压也同时切换到涓流充电电压,所以即使延长充电时间也不会造成过充电。2 电动自行车用电池寿命提前终止原因分析211 电池使用状况调查为了调查电池的
7、使用方法和使用寿命的关系,我们曾经对电动自行车的使用状况进行过调查,结果见表1。表 1最小最大平均每天行驶里程(km)83522电池放电深度(%)18%78%49%电池使用寿命(月)62016 注:使用的电池组为 6 V12 Ah/20 小时率电池 6,最小和最大值是以行驶里程为基准,同一组电池的数据。从上述结果可以看到如下特点:实际电池的平均放电深度为 50%左右,正常使用的寿命应该在 1 a 以上。放电深度浅的电池(18%)只使用了 6 个月,电池的寿命就终止了。而放电深度深的电池(78%)却使用了 20个月。消费者都是每天充电,一般是利用晚上时间充电,每次充电时间应该在 10 h 以上。
8、由于消费者使用的充电器是相同的,而且都是每天充电,所以除了电池本身质量的影响外,电池的放电深度的不同可能也是造成使用寿命的差异的原因之一。212 寿命提前终止的电池解析结果对于上述使用不到 6 个月循环寿命就提前终止的电池,笔者曾经进行过详细的解析,发现 80%以上的电池的单元开路电压(OCV)、内部电阻(IR)均正常,用电感耦合等离子发射光谱(ICP)分析电解液中各种金属含量均正常,因此判断电池本身没有制造缺陷,以下是针对这种没有发现制造缺陷的电池的分析结果。对电池进行单元放电,发现电池的容量低是由正极板的容量低下所决定的,经过解析发现毫无例外地存在着正极板活性物质软化的现象,其中程度严重的
9、正极板活性物质已经大面积脱落。我们对容量衰减电池的正极板和制造初期品的正极板进行了X射线分析,发现和制造初期品相比,不良电池的正极板中B-PbO2比例明显增多。213 电池循环寿命提前终止的原因分析根据上述结果,分析这些电池是由于长期过充电造成的电池循环寿命提前终止的,其机理如下:正极活性物质中的 A-PbO2和 B-PbO2的相对含量随放电循环而变化,即放电时 A-PbO2逐渐转化为 PbSO4,PbSO4充电时转化为 B-PbO2,随着循环,B-PbO2比例增加,如果过充电,B-PbO2比例会快速增加,由于B-PbO2的硬度较弱,所以 B-PbO2增加会引起活性物质之间的结合逐渐减弱,正极
10、活性物质在充电过程中析出的 O2的冲击下,密度下降,最后软化脱落,导致寿命提前终止。解析电池时发现正极板活性物质软化以及 X 线分析发现正极板中B-PbO2比例增多都验证了上述推断的正确性。至于电池过充电的原因,推断是由于电池长期进行浅放电(30%以下)并且使用一段式定电压充电器进行充电而引起的。3 充电方式对电池的循环寿命的影响为了验证上述的分析结果,我们进行了充电方式对电池的循环寿命的影响的对比实验,以下是该实验的部分数据。311 一段式定电压的充电方式对电池的循环寿命 电动自行车用蓄电池的充电方式对电池性能的影响交流与探讨 的影响图3 是采用一段式定电压的充电方式,在不同的放电深度下,测
11、定的 6 V12 Ah/20 小时率电池的循环寿命数据。图 3 一段式定电压充电时不同放电深度的循环寿命实验 从上图可以看出,当浅放电时,使用一段式定电压方式充电,电池可能只循环 60 次左右就终止了寿命。312 二段式定电压的充电方式对电池的循环寿命的影响图 4 是采用二段式定电压的充电方式,在不同的放电深度下,测定的 6V12Ah/20小时率电池的循环寿命数据。图 4 二段式定电压充电时不同放电深度的循环寿命实验 从图 4 可以看出,采用二段式定电压的充电方式,能够对应不同深度的放电。综上所述,电池作为动力电源循环使用时,如果放电的程度较浅,使用一段式定电压充电方式可能会导致过充电,并最终
12、引起电池的循环寿命降低,而采用二段式定电压的充电方式则有利于充分发挥电池的循环寿命。我公司在发现上述问题之后,及时向相关电动自行车厂家推荐二段式定电压充电方式,并且逐步得到了厂家的理解和支持,在 2000 年以后,大多数厂家都已经逐渐摈弃了一段式定电压充电方式,采用了二段式定电压的充电方式。根据我公司的统计,通过改进充电方式以及提高产品质量,市场返品已经减少到了原来的 1/20 以下,可以说确立恰当的充电方式,对电动自行车行业的健康发展起到了积极的推动作用。当然,对于循环使用的蓄电池,二段式定电压的充电方式也不是尽善尽美的,当进行 85%以上的深度放电时可能会出现充电不足的现象,所以今后电动自行车用电池充电器应该是智能型的,即能够自动检测出电池的放电状态,并自动选择定电压或定电流的方式,使用这种智能型充电器可以最大限度地发挥电池的寿命特性,并且真正地作到适合所有的放电深度。参考文献1 5Panasonic Sealed Lead-Acid Batteries Technical Handbook6,2000.2 朱松然.蓄电池手册 M.天津:天津大学出版社,1998.3 JIS C 8702-1998 日本工业协会 5小型阀控密封铅酸蓄电池6 标准.交流与探讨电动自行车用蓄电池的充电方式对电池性能的影响 a
电动自行车用蓄电池的充电方式对电池性能的影响
