令人頭痛的電動車電池問題

對于電動自行車來說，發(fā)展勢頭異常迅猛。近幾年每年的實際產(chǎn)量都超過社會保有量，這是一個驚人的數(shù)據(jù)，這表明著電動車的產(chǎn)銷上正經(jīng)歷著最輝煌的歷史。身在這個紅紅火火的市場，賺錢并不是太困難的事。但是，每個優(yōu)勢行業(yè)都有“軟肋”，如果要問在這個行業(yè)中搏擊的老板級人物，什么是經(jīng)銷電動車最頭痛的問題，唯一的答案就是電池壽命短。

現(xiàn)在大部分廠家都承諾電池質(zhì)保一年，商家當然就這么宣傳，可是半年后問題出來了，大量的用戶回來，他們不是來二次消費的，也不是介紹朋友來購車的，而是來更換電池。就算電池廠家履行保修承諾，用戶們也不會滿意，他們會認為這是電動車的質(zhì)量問題，經(jīng)銷商花費了大量的精力，還是不能避免被投訴。也許這個問題出在電池制造商那里，可是電池制造商也有苦衷，電池的設(shè)計及循環(huán)放電試驗都表明，電池的循環(huán)壽命的確是一年半甚至兩年，生產(chǎn)時也嚴格按照工藝流程控制質(zhì)量，可半年后很多電池就會老化。有的廠家開始嘗試用壽命更長的固體電池、鎳電池甚至鋰電池代替鉛電池，但高昂的成本在以上班族為主消費群的市場面前失去了競爭優(yōu)勢，很多富有開拓和進取精神的廠商被無情地打敗。我們都知道，諸如電視、計算機等很多電子產(chǎn)品的壽命可長達十年，但廠家也只提供一年的質(zhì)保，而電動車電池最多就兩年的壽命，電池制造商們卻要硬撐著質(zhì)保一年，這是為掩飾電動車電池壽命不理想這個無可奈何的現(xiàn)實，同時為穩(wěn)定用戶的消費信心。這個“硬著頭皮”質(zhì)保的方法短期內(nèi)還能抵擋片刻，時間長了，問題總會凸現(xiàn)出來。所以，這個行業(yè)里出現(xiàn)了很多游擊隊式的廠商，他們以半年為周期，不建立固定客戶群，以損害整個行業(yè)利益為代價而謀取著他們個人的利益。

那么如何提高電池的壽命，如何改進電池的的使用環(huán)境等等問題都是大家非常失望但又關(guān)心的問題。為了弄清楚延長電池壽命的途徑，首先就要弄清楚電池的失效機理，以便對癥下藥。

電動車鉛蓄電池壽命短的原因

從1859年，法國人加斯東普蘭特發(fā)現(xiàn)了鉛酸充放電的現(xiàn)象后，鉛酸蓄電池一直是電池領(lǐng)域應(yīng)用最廣泛的產(chǎn)品，如汽車、機車、輪船、飛機、后備供電設(shè)備上都有鉛酸蓄電池，但我們并有聽到很多來自這些領(lǐng)域?qū)︺U酸蓄電池的不滿，然而，為什么同樣的產(chǎn)品到了電動自行車上卻是名符其實的“怨聲載道”。下面我們從幾個方面闡述產(chǎn)生這一問題的原因。

1、鉛酸蓄電池工作原理方面的原因

鉛酸蓄電池充放電的過程是電化學(xué)反應(yīng)的過程，充電時，硫酸鉛形成氧化鉛，放電時氧化鉛又還原為硫酸鉛。而硫酸鉛是一種非常容易結(jié)晶的物質(zhì)，當電池中電解溶液的硫酸鉛濃度過高或靜態(tài)閑置時間過長時，就會“抱成”團，結(jié)成小晶體，這些小晶體再吸引周圍的硫酸鉛，就象滾雪球一樣形成大的惰性結(jié)晶，結(jié)晶后的硫酸鉛充電時不但不能再還原成氧化鉛，還會沉淀附著在電極板上，造成了電極板工作面積下降，這一現(xiàn)象叫硫化，也就是常說的老化。這時電池容量會逐漸下降，直至無法使用。當硫酸鉛大量堆集時還會吸引鉛微粒形成鉛枝，正負極板間的鉛枝搭橋就造成電池短路。如果極板表面或密封塑殼有縫隙，硫酸鉛結(jié)晶就會在這些縫隙內(nèi)堆積，并產(chǎn)生膨脹張力，最終使極板斷裂脫落或外殼破裂，造成電池不可修復(fù)性物理損壞。所以，導(dǎo)致鉛酸蓄電池失效和損壞的主要機理就是電池本身無法避免的硫化。

2、電動自行車特殊工作環(huán)境的原因

只要是鉛蓄電池，在使用的過程中都會硫化，但其它領(lǐng)域的鉛酸電池卻比電動自行車上使用的鉛酸電池有著更長的壽命，這是因為電動自行車的鉛酸電池有著一個更容易硫化的工作環(huán)境。

①深度放電

用在汽車上的鉛蓄電池只是在點火時單向放電，點火后發(fā)電機會對電池自動充電，不造成電池深度放電。而電動自行車在騎行時不可能充電，經(jīng)常會超過60%的深度放電，深放電時，硫酸鉛濃度增加，硫化就會相當嚴重。

②大電流放電

電動車20公里巡航電流一般是4A，這個值已經(jīng)高于其它領(lǐng)域的電池工作電流，而超速超載的電動車的工作電流就更大。電池制造商都進行過1C充電70%，2C放電60%的循環(huán)壽命試驗。經(jīng)過這樣的壽命試驗，可達到充放電循環(huán)350次壽命的電池很多，但是實際在用的效果就相差甚遠了。這是因為大電流工作增加了50%的放電深度，電池會加速硫化。所以，電動三輪摩托車的電池壽命更短，因為三輪摩托車的車身太重，工作電流達6A以上。

③充放電頻率高

用在后備供電領(lǐng)域的電池，只有在停電時才會放電，如果一年停8次電，要達到10年的壽命，只用做到80次循環(huán)充電壽命，而電動車一年充放電循環(huán)300次以上很常見。

④短時充電

由于電動自行車是交通工具，可充電的時間不多，要在8小時內(nèi)完成36伏或48伏的20安時充電，這就必須提高充電電壓(一般為單節(jié)2.7~2.9伏)，當充電電壓超過單節(jié)電池的析氧電壓(2.35伏)或析氫電壓(2.42伏)時，電池就會因過度析氧而開閥排氣，造成失水，使電解液濃度增加，電池的硫化現(xiàn)象加重。

⑤放電后不能及時充電

作為交通工具，電動自行車的充電及放電被完全分離開來，放電后很難有條件及時充電，而放電后形成的大量硫酸鉛如果超過半小時不充電還原為氧化鉛，就會硫化結(jié)成晶體。3、鉛蓄電池生產(chǎn)方面的原因

針對電動自行車用鉛酸蓄電池的特殊性，各個電池制造商采取了多種方法。最典型的方法如下：

①增加極板數(shù)量。

把原設(shè)計的單格5片6片制改為6片7片制，7片8片制，甚至8片9片制。靠減薄極板厚度和隔板，增加極板數(shù)量來提高電池容。

②提高電池的硫酸比重。

原來浮充電池的硫酸比重一般都在1.21~1.28之間，而電動自行車的電池的硫酸比重一般都在1.36～1.38左右，這樣可以提供較大的電流，提升電池的初期容量。

③增加正極板活性物質(zhì)氧化鉛的用量和比例。

增加氧化鉛就增加了參與放電的電化學(xué)反應(yīng)物質(zhì)，也就增加了放電時間，增加了電池容量。

通過這些措施，電池的初期容量滿足了電動自行車的容量要求，特別是改善了電池的大電流放電的特性。但是，極板增加了，硫酸的容量就減少了，電池發(fā)熱導(dǎo)致大量失水，同時，電池的微短路和鉛枝搭橋的概率增加了。提高硫酸比重增加了電池的初期容量，但是，硫化現(xiàn)象就更嚴重。密封電池的最基本原理之一就是正極板析氧以后，氧氣直接到負極板，被負極板吸收而還原為水，考核電池這個技術(shù)指標的參數(shù)叫做“密封反應(yīng)效率”，這種現(xiàn)象叫做“氧循環(huán)”。這樣，電池的失水很少，實現(xiàn)了“免維護”，就是免加水。為此，都要求負極板容量做的比正極板容量大一些，又稱為負極過渡。增加正極板活性物質(zhì)必然使得，負極過渡減少了，氧循環(huán)變差了，失水增加了，又會造成硫化。這些措施雖然提升了電池的初期容量，但是卻會造成失水和硫化，而失水和硫化又會相互促成，最終結(jié)果卻是犧牲電池的壽命。

還有就是極群組裝虛焊問題。容易產(chǎn)生虛焊的地方是極板。而每個電池的單格有15片極板，就是15個焊點，一個電池有6個單格，就有90個焊點，一組電池由3個12V電池組成，就有270個焊點。如果一個焊點存在虛焊，該單格容量就下降，進而該單格形成電池落后，造成整個電池都落后，電池就會形成嚴重的不均衡，使這組電池提前失效。就算虛焊控制在萬分之一，平均每37組電池就會有一組電池存在虛焊，這是絕對不能夠允許的。而鉛鈣合金板柵的電池，在焊接的時候會析出鈣而掩蓋虛焊問題，這樣，很多電池制造商寧愿采用低銻合金的板柵而沒有采用鉛鈣合金。而低銻合金的板柵析氧析氫電壓更低，電池出氣量大，失水相對嚴重，電池更容易硫化。

電動自行車生產(chǎn)方面的原因

大多數(shù)車的控制器都留了一個線損插頭，很多經(jīng)銷商以去掉限速來招攬顧客。一些車廠干脆就去掉限速器出廠，既可以吸引看重車速的客戶，也能降低成本，這樣的車在高速行駛時電流非常大，會嚴重縮短電池壽命。

12V鉛酸電池的最低保護電壓為10.5V，如果是36V電池組，最低保留電壓就是31.5V，目前大多數(shù)車廠采用的控制器欠壓保護電壓也都是31.5V。表面上看這是正確的，但是，實際當36V電池組只剩下31.5V電壓時，由于電池存在容量差，肯定就會有一個電池電壓低于10.5V，該電池就處于過放電狀態(tài)。這時候，過放電的電池容量急劇下降，這時對電池的損傷影響不僅僅是該單只電池，而是影響整組電池的壽命。其實，在電池電壓低于32V以后一直到27V，所增加的續(xù)行能力不到2公里，而對電池的損傷卻非常大。只要出現(xiàn)這樣的情況10次，電池的容量就會低于標稱容量的70%。另外，一些用戶發(fā)現(xiàn)電池在欠壓以后，過10分鐘，電池又不欠壓了，就又采取給電行駛，這對電池破壞更大，而大多數(shù)車的說明書沒有給用戶以警示。目前多數(shù)控制器內(nèi)部都有可調(diào)的電位器，而這個可調(diào)的電位器的振動漂移是比較嚴重的。在價格競爭中，面對更注重車外表的用戶群，很少有產(chǎn)品采用抗振動的精密多圈電位器，這樣的控制器發(fā)生振動后漂移也不奇怪。

充電設(shè)備的原因

業(yè)界廣為流傳的一句話就是：電池不是用壞的，是充壞的。為了滿足電動自行車電池的短時高容量充電，在三段式恒壓限流充電中，不得不通過提高恒壓值到2.47V～2.49V。這樣，大大超過電池正極板析氧電壓和負極板析氫電壓。一些充電器制造商的產(chǎn)品為了降低充電時間的指示，提高了恒壓轉(zhuǎn)浮充的電流，而使得充電指示充滿電以后，還沒有充滿電，就靠提高浮充電壓來彌補。這樣，很多充電器的浮充電壓超過單格電壓2.35V，這樣在浮充階段還在大量析氧。而電池的氧循環(huán)又不好，這樣在浮充階段也在不斷的排氣。恒壓值高了，保證了充電時間，但是犧牲的是失水和硫化。恒壓值低了，充電時間和充入電量又難以保證。在改善電池的電池板柵合金、提高析氣電位、改善氧循環(huán)性能，提高密封反應(yīng)效率的基礎(chǔ)上，控制充電最高充電電壓在2.42V以下，也就是在析氫電位以下。這樣做必然會導(dǎo)致充電時間的延長，這就必須在大電流充電(限流充電)的狀態(tài)下，加入去極化的負脈沖，改善電池的充電接受能力，在大電流充電的時候多充入一些電量，縮短充電時間。70%的2C電流充電，是電池在充電接受能力比較大的時候，對電池采用大電流充電，對電池的損傷比較小。電池基本上沒有高于嚴重析氫電壓。一旦高于析氫電壓，電池也會快速的失水。使用這類充電器，必須采用連續(xù)充放電，如果中途停止幾天充電，電池就會產(chǎn)生比較嚴重的硫化而提前失效。而用戶使用電池，是無法保證每次使用以后，都能夠及時充電的，一年以內(nèi)發(fā)生數(shù)次沒有及時充電的情況，電池的硫化就會積累。多數(shù)充電器制造商都說車廠因為價格因素不接受可以保證電池壽命的充電器。應(yīng)該承認，這是大多數(shù)小企業(yè)是如此，但是，有發(fā)展的、規(guī)模性大企業(yè)確實出高價也買不到好的充電器。一些充電器制造商把某些功能夸大，成品的功效沒有其宣傳的那樣好。還有不少功能是屬于賣概念的功能，實效有限。其它原因

不少電池在單體測試中，可以獲得比較好的結(jié)果，但是，對于串連電池組來說，由于容量、開路電壓、荷電狀態(tài)、硫化程度各不相同，這個差異會在串連電池組被擴大，狀態(tài)差的單體會影響整組電池，其壽命明顯下降。

從電池在生產(chǎn)線上充電，到用戶購車后配車使用這段時間要經(jīng)過很多環(huán)節(jié)，間隔時間甚至?xí)L達數(shù)月，在這期間，由于沒對電池進行補充電，自放電產(chǎn)生的硫酸鉛大量堆積結(jié)晶，用戶剛買到的新電池可能是已經(jīng)老化甚至報費的電池。

電池廠家在執(zhí)行質(zhì)保時，對回收電池并不是完全的淘汰。電池返退以后，電池制造商重新進行充放電檢驗，在檢驗中往往會發(fā)現(xiàn)有60%以上的單體電池是不符合返退條件的電池。其原因也就是在串連電池組中，個別的電池落后形成整組電池功能下降而引起整組返退。不少電池制造商對返退電池采取配組、補水、除硫、包裝后，又重新提供給用戶，以提高電池的有效使用壽命，降低報廢率，減少電池制造商的部分理索賠的損失，所以，很多經(jīng)銷商已經(jīng)感覺到廠家提供的電池明顯“一代不如一代”。

如何解決電池的硫化

要減小電池的硫化，延長電池的使用壽命，首先就要改善電動自行車的工作環(huán)境。減小車身自重，去掉不必要的裝飾件，適當限速，不搭載重物，長時間不使用電動自行車時要做補充充電，最好每次放電后都能及時充電，做好欠壓保護，嚴防電池過放電，對于標稱24V的欠壓保護應(yīng)該設(shè)在21.5V～22V，對于標稱36V的欠壓保護應(yīng)該選32.5V±0.5V，對于標稱48V的應(yīng)該設(shè)在44V～45V。這樣的電壓對續(xù)行能力僅僅減少不到2公里，但是可以有效延長電池的使用壽命。每三個月定期到專業(yè)維修點檢修電池，及時補水。這些方法簡單易行，經(jīng)濟成本很低，但要嚴格遵守卻有一定難度。所以，可以使用專門的設(shè)備進行除硫維護，這些方法有：

1.使用臺式快速除硫設(shè)備

臺式快速除硫設(shè)備的工作原理是高電壓大電流脈沖充電，通過負阻擊穿消除硫化。這種方法速度快，見效快，可以獲得暫時的消除硫化的效果，但是，高電壓大電流能擊除硫也能除活性物質(zhì),在消除硫化中帶來嚴重失水和正極板軟化的問題，對電池產(chǎn)生致命的損傷，經(jīng)過這類設(shè)備除硫兩次后的電池基本都會報廢。另外，目前的專業(yè)維修點進行一次除硫收費基本在60~80元之間，最多能延長電池壽命半年，并沒有為用戶來顯著的經(jīng)濟利益。目前,市場上的專業(yè)電池維護店主都已經(jīng)明白了這種方法的危害.于是,又出現(xiàn)了脈沖放電除硫的設(shè)備,其實,根本原理并沒有變,只是從恒高壓恒大電流變成了瞬時峰值高壓,還是會損傷極板活性物質(zhì),用過這類產(chǎn)品的朋友應(yīng)該很清楚這點。

2.選擇可除硫充電器

目前可除硫充電器有三種工作原理，一種是類同于臺式快速除硫設(shè)備的工作原理，采用高電壓大電流脈沖充電，通過負阻擊穿除硫，上面已經(jīng)說明了這種方法對電池壽命會構(gòu)成致命傷害，已被市場否定。第二種是采用快速的脈沖前沿的充放電脈沖，利用瞬間峰值，在充電過程中干擾電池的硫化。另一種是周期性的采用10%～20%的過充電的方法，還原電池的硫酸鉛結(jié)晶。這兩種充電器都可以在充電時除硫，但會造成欠充或過充，也忽略了電池放電過程才是最主要的硫化過程這一事實，所以，效果并不理想，大部分用戶在具備電動車配備的充電器后會放棄這種重復(fù)投資的除硫方式。

3.使用在線式鉛酸蓄電池延生器

在線式鉛酸蓄電池延生器與電池并聯(lián)，可二十四小時阻止及消除硫化。這種方法修復(fù)比較慢，修復(fù)時間比較長，往往在120小時以上，但無論是充電還放電過程都能阻止和消除硫化，修復(fù)效果很好。因為采用低電壓低電流，延生器不會對電池極板產(chǎn)生強大沖擊而導(dǎo)致失水和軟化，這是一種用戶一次投入就可以持之以恒的維護方式，特別是對于質(zhì)量較好的新電池，可延長電池壽命2~5倍，而且一次投入，可伴隨電動自動車，下一次更換電池，延生器還可以繼續(xù)使用，能為用戶節(jié)約大量的經(jīng)濟成本。如果用戶一年更換一次電池，一組電池280元，用戶10年就要花費2800元在電池的更換上，就保守的計算，如果使用延生器延長電池壽命兩倍，10年也可節(jié)約近一半的電池費用。

采取這個方法的意義很大。首先是給用戶帶來了實實在在的經(jīng)濟效益，減少了用戶的麻煩。其次是提高了車廠的聲譽，為拓展生產(chǎn)提供了條件。第三，為電動車經(jīng)銷商解決了電池質(zhì)保的難甚，減少投訴，提高信譽度，增加了利潤點，同時，在店面銷售上也增加了促成交易的銷售方案。第四，可以大大減少電池制造商的理索賠費用。第五，改善電動自行車的形象，拓展電動自行車整體市場的發(fā)展。第六，提高電池的利用率，有利于環(huán)保。