電動車蓄電池工作原理

使用充電機對電動車充電，必須知道電動車蓄電池工作原理.

電動車最常用的蓄電池是鉛酸免維護蓄電池，有采用玻璃纖維隔板吸附技術的AGM型電池，還有采用膠體電解液技術的GEL型膠體電池。

鉛蓄電池的工作原理是鉛蓄電池內的陽極(PbO2)及陰極(Pb)浸到電解液(稀硫酸)中，兩極間會產生2V的電力。放電中的化學變化是稀硫酸即會與陰、陽極板上的活性物質產生反應，生成新化合物“硫酸鉛”。經由放電硫酸成分從電解液中釋出，放電愈久，硫酸濃度愈稀薄。所消耗之成份與放電量成比例，只要測得電解液中的硫酸濃度，亦即測其比重，即可得知放電量或殘余電量。充電中的化學變化是放電時在陽極板，陰極板上所產生的硫酸鉛會在充電時被分解還原成硫酸，鉛及過氧化鉛，因此電池內電解液的濃度逐漸增加，亦即電解液之比重上升，并逐漸回復到放電前的濃度，這種變化顯示出蓄電池中的活性物質已還原到可以再度供電的狀態，當兩極的硫酸鉛被還原成原來的活性物質時，即等于充電結束，而陰極板就產生氫，陽極板則產生氧，充電到最后階段時，電流幾乎都用在水的電解，因而電解液會減少，此時應以純水補充之。

AGM型電池是電池中灌注了稀硫酸，稀硫酸被吸收在超細玻璃纖維隔板和極板中，幾乎沒有流動電液．目前市場上銷售的電動車電池多數是AGM型電池。

GEL型膠體電池是電解質凝膠后沒有游離電液，漏酸的機率比前一種電池小得多；其灌注量比稀硫酸多10~15%，失水又少，所以膠體電池不會因失水造成失效；膠體的灌入增加了隔板的強度，保護了極板，彌補了隔板遇酸收縮的缺陷，使裝配壓力不明顯降低是其具有延長電池壽命的原因之一；膠體填充了隔板與極板之間的空隙，降低了電池的內阻，充電接受能力可因此而改善。所以膠體電池的過放電，陜復能力和低溫充放性能都比AGM型電池優越；膠體電池的一致性比同類AGM型電池好得多。國內已批量生產的膠體有以下四種：氣相膠、硅溶膠、混溶膠、有機硅高聚物膠。

電動車蓄電池容量和壽命的關系

作為電動自行車用的蓄電池，其壽命和容量是最重要的兩個指標，大家都希望能把電池容量做的大且壽命長，但這兩項指標在一定程度上存在不可調和的矛盾，以至于一個指標的提高，勢必影響到另一個指標。

我們列舉一些提高容量的方法，并同時論證其對電池壽命的影響。

一、在電動車電池殼允許的范圍內，盡量加大電池體積。

這是一種行之有效的方法，假如其它方面設計合理，只是增大了體積，增加了板柵面積，增加了活性物質重量的話，這種方式帶來的容量增加，對壽命是有利的，因為這樣可以有效降低放電深度，從而達到了提高壽命的目的。我們曾對相同的電池分別采用5.5Ah放電和7.5Ah放電兩種放電制式進行壽命循環實驗，其中淺放電的電池壽命是深放電的兩倍，可見淺放電對電池壽命的影響是相當大的。

二、在外形尺寸相同的情況下，可以有兩種方法來增大容量：

1、增加極板厚度，主要是正板厚度。用這種方法來增加活性物質的量，從而達到增加容量的目的。

2、減薄極板厚度，提高活性物質利用率，增加極板片數，提高極板面積，從而達到提高容量的目的。

相比之下，增加極板厚度不增加操作步驟，較易實行。而減薄極板更有利于容量的增加，但由于極板增多，正負極間隔增多，勢必導致隔膜減薄，從而增加隔膜枝晶穿透的危險，同時增加了鑄板、涂板、裝配的工作量。

這兩種方法提高容量，都必須提高酸的密度，以保證有足夠的酸參與反應，目前這兩種方法做成的電池其開路電壓都在13.7-14V之間（這已遠遠超過我們習慣上可以接受的值），5A放電都可達140分鐘以上。

提高酸的密度對電池的壽命有如下影響：

1、使極板，尤其是正極板腐蝕加劇。

2、在深放電循環下，加速正極板軟化。

3、隨著酸密度的提高，硫酸鹽的溶解度大幅度下降，在放電過程中產生的硫酸鉛

飽和度增加，易產生粗大堅硬的硫酸鉛，造成負極硫酸鹽化。尤其在電動車正常使用過程中，一般是早上上班，下午下班，中間8個多小時電池處于虧電狀態，更易造成硫酸鹽化。

三、通過改變化成條件來改變正極板a-PbO2和b－PbO2的比例。

a-PbO2和b-PbO2的氧化還原能力差別很大，它們的電化學活性不同，b型較a型具有較高的放電容量，在不同的電流密度下放電時，b-PbO2給出的容量超過a-PbO21.5-3倍，也有人認為a-PbO2只能輸出理論容量的16％，而b-PbO2輸出理論容量的80％-90％。由此可見，設法在化成中增加b-PbO2的比例，就可以有效增加容量，最簡單的辦法是在電池化成時，增大電流，降低電解液PH值，再采用有效的降溫措施，抑制電池溫升，這樣化成出來的電池b-PbO2的比例就會相應升高。

但是a-PbO2具有尺寸較大，較硬顆粒，在正極活性物質中可形成網絡或骨骼，正極活性物質的結構因而完整，使電極具有較長的壽命，所以在化成過程中產生過多的b-PbO2將會對壽命產生不利影響。

四、使用添加劑

最近，各種關于能夠提高電池容量的添加劑的報道越來越多，但絕大多數是針對深充放循環要求不高的起動電瓶的。也有一些單位宣稱他們的添加劑不僅有利于容量，而且可以提高深充放循環壽命，但在和多家這樣的單位進行了聯系后，不知是否是出于技術保密的原因，他們始終說不出他們的添加劑增加容量同時提高壽命的原理。

以上是目前各電動車電池廠家常用的增加容量的方法，但除了改變外形尺寸（在有國家標準規范后，這一辦法將不可行）外，似乎還沒有一種容量和壽命兼顧的方法，這時就應該在容量和壽命之間找準一個平衡點。通過我們調查，電動自行車用戶每日的騎行距離在10-30km的居多，再遠的話他們將考慮選用其它交通工具。因此，我們在設計電動車蓄電池時的原則應是保證每天騎行10-30km的用戶，其電池的使用壽命最長，按照這個原則再來考慮容量設計。目前電動自行車主要有36V和24V兩種，一般情況下騎行的放電電流在4-5.5A之間，所以我們在做壽命實驗時，采用的是5A放電1.5小時和5.5A放電1小時兩種放電方法，通過實驗我們認為，要想在這兩種條件下壽命達到最大，151′94′98的電池，重量在3.85-3.95kg，5A放電時間在115分和125分之間，151′99′99的電池，重量在4.15-4.25kg，5A放電時間在125分和135分之間是比較合適的，在這種容量下，我們可以將電池的開路電壓控制在13.2-13.4V之間，容量再低，會由于放電深度增加影響壽命，在此基礎上再提高容量又會由于我們上面論及的諸多原因影響壽命。