引言
車載能源系統(tǒng)是電動(dòng)汽車商業(yè)化的重要障礙，無論是現(xiàn)在還是可以預(yù)見的將來，電動(dòng)汽車發(fā)展的大多數(shù)重要方面都會(huì)與開發(fā)不同種類的能源有關(guān)。電動(dòng)汽車的車載能源包括蓄電池、燃料動(dòng)力電池、超級電容和飛輪等多個(gè)種類。而由于蓄電池的技術(shù)成熟性和經(jīng)濟(jì)性，蓄電池在現(xiàn)在和將來很長一段時(shí)間內(nèi)，都將成為電動(dòng)汽車的重要車載能源。長期以來，電動(dòng)自行車蓄電池存在的重要問題就是使用壽命短，往往達(dá)不到正常的使用期限便不能使用了。從國內(nèi)外電動(dòng)自行車蓄電池使用情況看，發(fā)現(xiàn)它們除了有制造材料和生產(chǎn)工藝方面的問題，更多的卻是使用過程中充放電不當(dāng)所造成的。本文重要針對鉛酸蓄電池充電和放電不當(dāng)對蓄電池使用壽命的影響問題進(jìn)行分析，提出一些對用戶在使用過程中有助于延長電池壽命的維護(hù)方法，以及相關(guān)的修復(fù)儀器的使用情況。

1電動(dòng)汽車鉛酸蓄電池

目前能夠被電動(dòng)自行車采用的有以下四種動(dòng)力蓄電池，即閥控鉛酸免維護(hù)蓄電池、膠體鉛酸蓄電池、鎳氫蓄電池和鋰離子蓄電池。膠體鉛酸蓄電池是鉛酸蓄電池的改進(jìn)型，用膠體電解液代換硫酸電解液，在安全性、蓄電量、放電性能和使用壽命等方面都優(yōu)于閥控鉛酸蓄電池。鎳氫蓄電池和鋰離子蓄電池成本太高，價(jià)格昂貴，還沒有得到進(jìn)一步推廣使用。而鉛酸蓄電池由于性能可靠，生產(chǎn)工藝成熟，價(jià)格低廉，是目前業(yè)已商品化的可用于電動(dòng)汽車的電池之一。

1)蓄電池電池工作原理

鉛酸蓄電池的負(fù)極是海綿狀的鉛制成，正極是二氧化鉛制成，海綿狀的鉛和二氧化鉛均為活性物質(zhì)，在比重為1．28的硫酸水溶液(電解液)中進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)。

放電反應(yīng)：pb+pb02+2H2S04=2pbSO4+2H2O

充電反應(yīng)：2pbSO4+2H2O=pb+pbO2+2H2SO4

鉛酸蓄電池充電時(shí)，變成硫酸鉛的正負(fù)兩極的海綿狀的鉛，把固定在其中的硫酸成分釋放到電解液中，在電流用途下能重新生成正極的二氧化鉛和負(fù)極的海綿狀的鉛，電解液中的硫酸濃度不斷增大；反之，放電時(shí)，正極中的氧化鉛和負(fù)極板上的海綿狀的鉛與電解液中的硫酸發(fā)生反應(yīng)變成硫酸鉛，而電解液中的硫酸濃度漸漸降低。

2)電池的組合與重要構(gòu)件

鉛酸密封蓄電池由正、負(fù)極板、隔板和電解液、電池槽及連接條(或鉛零件)、接線端子和排氣閥等組成。一只蓄電池一般由3個(gè)單格(6V電池)或6個(gè)單格(12V電池)組合而成。

每個(gè)單格由若干片正極板與若干片負(fù)極板(負(fù)極板比正極板多一片)，間隔重疊而成，中間用超細(xì)玻璃纖維隔板隔離。數(shù)片正極板用鉛合金焊接在一起組成正極群，同樣數(shù)片負(fù)極板用鉛合金焊接在一起組成負(fù)極群，正、負(fù)兩極群都裝于電池槽內(nèi)組成單體蓄電池。單體電池之間用鉛零件或連接條從單格之間的電池槽隔板頂端(或穿孔或穿壁焊)以串聯(lián)形式連在一起。電池槽蓋用密封膠粘結(jié)。首尾單格作引出端子，引出正負(fù)極。

極板是蓄電池的核心部件，被譽(yù)為蓄電池的“心臟”。極板硫化是蓄電池常見的故障，也是電池?fù)p壞的重要因素之一。隔板被譽(yù)為蓄電池“第三電極”。它用以隔離正、負(fù)極，防止短路。作為電解液的載體，它能夠吸收大量電解液，起到離子良好擴(kuò)散(離子導(dǎo)電)的用途。對密封蓄電池而言，隔板還作為正極板出現(xiàn)氧氣到達(dá)負(fù)極板的“通道”，使其順利地建立氧循環(huán)，減少水損失。采用超細(xì)玻璃纖維是讓隔板式蓄電池實(shí)現(xiàn)免維護(hù)的關(guān)鍵。電解液重要由蒸餾水與硫酸組成，配以一些添加劑混合而成。重要用途：一是參與電化學(xué)反應(yīng)，是蓄電池活性物質(zhì)之一；二是起導(dǎo)電用途，蓄電池使用時(shí)通過電解液中離子遷移，起到導(dǎo)電用途，使電化學(xué)反應(yīng)得以順利進(jìn)行。

2蓄電池充放電問題及其危害

電動(dòng)汽車電池一般一年左右就要更換新電池，對電動(dòng)汽車用戶來說是一個(gè)比較重的負(fù)擔(dān)。正常使用蓄電池的充放電循環(huán)可達(dá)300次以上，而實(shí)際使用過程中往往發(fā)現(xiàn)蓄電池的壽命遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于這個(gè)充放電循環(huán)次數(shù)。蓄電池的一個(gè)工作循環(huán)為充電與放電過程，因此，充放電過程對蓄電池壽命起著至關(guān)重要的影響。

1)充電不足和過充電

當(dāng)鉛酸蓄電池充電不足時(shí)，正負(fù)兩極板的硫酸鉛不能完全轉(zhuǎn)化變成海綿狀鉛和氧化鉛，部分硫酸鉛得不到及時(shí)還原而殘留在極板上，殘留的硫酸鉛又會(huì)析出并在極板上重新結(jié)晶。假如長期充電不足，則會(huì)造成硫酸鉛結(jié)晶，使極板硫化，電池品質(zhì)變劣、壽命降低。

反之假如電池過充，負(fù)極出現(xiàn)的氧氣量大于負(fù)極的吸附能力，使得蓄電池內(nèi)壓增大，導(dǎo)致氣體外溢，電解液減少，還可能導(dǎo)致活性物質(zhì)軟化或脫落，活性物質(zhì)因脫落而減少，使蓄電池容量下降，當(dāng)極板上活性物質(zhì)減少到一定的程度后，蓄電池便不能發(fā)揮用途，電池壽命大大縮短。當(dāng)前許多電動(dòng)自動(dòng)車的電池，使用一年甚至幾個(gè)月，大量電池就出現(xiàn)失水脹肚的報(bào)廢原兇，歸根結(jié)底，大都是嚴(yán)重地過充電導(dǎo)致熱失控造成的。

2)大電流放電與過放電

蓄電池放電過程中重要的損壞因素有兩個(gè)：一是大電流放電。一般的鉛酸電池最大放電電流為12A，而電動(dòng)自行車選用膠體電池，所以最大放電電流更小。電動(dòng)自行車在采用電起動(dòng)時(shí)，蓄電池屬于大電流放電，這時(shí)極板表面快速生成一層硫酸鉛，它隔絕了電解液與深層中的活性物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，使蓄電池內(nèi)阻增大、電壓降低，速率提高，不能發(fā)揮出應(yīng)有的效能。假如駕駛?cè)藛T常持續(xù)使用電起動(dòng)，使得蓄電池更進(jìn)一步過度地大電流放電。這樣造成短時(shí)間內(nèi)生成大量的硫酸鉛，體積過分膨脹，對活性物質(zhì)的結(jié)合力下降，使極板變形、彎曲，加速活性物質(zhì)脫落，直至極板斷裂損壞。二是過放電，過放電可加劇板柵腐蝕，在板柵活性物質(zhì)界面出現(xiàn)高電阻層，并引起正極活性物質(zhì)軟化脫落，使電池放電容量迅速下降，促使電池早期失效。

3蓄電池的運(yùn)行維護(hù)

1)蓄電池正確維護(hù)

蓄電池的壽命重要是由其內(nèi)在質(zhì)量決定的。蓄電池在一定意義上是可以通過修復(fù)來延長使用壽命，但這是有條件的。正常的蓄電池，若能有良好的使用維護(hù)，就能充分發(fā)揮蓄電池潛力，達(dá)到應(yīng)有的使用壽命；否則，不但不能充分發(fā)揮蓄電池潛力，而且使用壽命也會(huì)明顯縮短。

(1)要及時(shí)充電

蓄電池放電時(shí)就開始了鹽化反應(yīng)(硫化反應(yīng))，及時(shí)充電可以將具有活性的硫酸鉛及時(shí)轉(zhuǎn)化為活性的海綿狀的鉛和二氧化鉛，若放置12小時(shí)以上，活性的硫酸鉛就會(huì)再次結(jié)晶成為較大晶體顆粒，成為不可逆鹽化(硫化)。假如每次騎行都要及時(shí)充電，使電池處于淺循環(huán)狀態(tài)，會(huì)延長電池的使用壽命。遇到電池系統(tǒng)有兩只電池端電壓低于2．18V，或電池放電量在20％以上或擱置停用時(shí)間超過3個(gè)月，或全浮充電運(yùn)行達(dá)6個(gè)月等情況，應(yīng)及時(shí)對電池進(jìn)行充電。

(2)選擇與蓄電池匹配的充電器

充電器決定了對蓄電池的充電電流大小、充電的控制方式，直接影響蓄電池的壽命。蓄電池組的容量和電壓決定了充電的參數(shù)，所以，充電器應(yīng)采用充電參數(shù)與蓄電池特性匹配和有防止熱火、失控保護(hù)的充電器。確保電池可充滿，不會(huì)因欠充造成電池容量不正常的衰減，又要確保電池在全壽命期間不會(huì)因過充而出現(xiàn)熱失控。

(3)養(yǎng)成良好的騎行方法

首先，不要在無初速度狀態(tài)下直接電啟動(dòng)，騎行時(shí)，遇到爬坡，可以適當(dāng)加上人力騎行，切忌突然加速。因?yàn)樵谏鲜銮闆r下，瞬間電流可達(dá)到十幾安培，長時(shí)間大電流放電會(huì)加重鹽化，會(huì)因電池溫度過高形成失水、極板變形、活性物質(zhì)脫落等現(xiàn)象，使電池壽命縮短；騎行中應(yīng)根據(jù)路況巧妙利用滑行，盡量減少強(qiáng)行剎車和反復(fù)啟動(dòng)，這樣既可以節(jié)約能源，又可以延長蓄電池的使用壽命。滑行過程是不耗電的，就電池來說，偶爾讓它休息一下比較好，電池內(nèi)的兩種物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)電力。但是它們發(fā)生化學(xué)反應(yīng)時(shí)，其實(shí)是從一端流到另一端的。物質(zhì)在它們原始位置時(shí)的化學(xué)反應(yīng)是最大的，所以暫停供電時(shí)段就給這些成分一個(gè)均衡的機(jī)會(huì)。假如這些液態(tài)物質(zhì)回流到它們應(yīng)該處的位置，電池就能夠出現(xiàn)更大的電力。所以，用不同的騎行方法對電池的保護(hù)是有用的。此外，減小車身自重，去掉不必要的裝飾件，不要搭載重物。

(4)要盡量少深度放電

但也要定期深度放電用在汽車上的鉛酸蓄電池只是在點(diǎn)火時(shí)單向放電，點(diǎn)火后發(fā)電機(jī)會(huì)對電池自動(dòng)充電，不造成電池深度放電。而電動(dòng)自行車在騎行時(shí)不可能充電，經(jīng)常會(huì)超過60％的深度放電，深度放電時(shí)，硫酸鉛濃度新增，會(huì)在極板深處生成較多的硫酸鉛。但也有必要進(jìn)行定期深度放電，一般2個(gè)月進(jìn)行1～2次深度放電，對電池容量的提升是有益的。所謂深度放電是指在平坦路面上，正常負(fù)荷條件下騎行到第一次欠壓保護(hù)的完全放電，或者用放電儀進(jìn)行完全放電，也就是使每個(gè)單體電壓下降到1．75V。然后再給電動(dòng)汽車進(jìn)行完全充電，這樣會(huì)使電池容量略有提升。

(5)啟用電壓一溫度補(bǔ)償功能

蓄電池對溫度非常敏感，電池電壓與環(huán)境溫度有關(guān)，建議啟用電壓一溫度補(bǔ)償功能。單只電壓一溫度補(bǔ)償系數(shù)要視電池類型而差別，通常可取2～3．6mV／℃。

2)蓄電池修復(fù)儀器的使用

近年來，國內(nèi)的蓄電池各種各樣的脈沖修復(fù)儀多得讓人眼花繚亂，其功能也被說得天花亂墜。不同型號(hào)的儀表測量結(jié)果的差異性較大，由于各種測量儀的測量頻率、測量方法(相位差法、有效值法、調(diào)制解調(diào)法、比較法等等)和測量電流相差較大，使得使用不同的測量儀對同一塊電池的測量結(jié)果相差較大。造成用戶選擇儀表的困難，以及關(guān)于儀表測量結(jié)果的可信度的懷疑。

(1)可除硫充電器

可除硫充電器的工作原理：周期性地采用10％～20％的過充電的方法，還原電池的硫酸鉛結(jié)晶。可除硫充電器可以在充電時(shí)除硫，但會(huì)造成欠充或過充，也忽略了電池放電過程才是最重要的硫化過程這一事實(shí)。所以，效果并不理想，大部分用戶在具備電動(dòng)汽車配備的充電器后會(huì)放棄這種重復(fù)投資的除硫方式。

(2)鉛酸蓄電延生器

據(jù)稱，只要將鉛酸蓄電延生器接在電池組上，靠電池組自身供電，可在充電、存放和放電時(shí)都能對電池有修復(fù)用途，可延長電池壽命一倍上，但經(jīng)過試驗(yàn)，效果并不明顯。

(3)蓄電池延壽修復(fù)器

利用電子的脈沖功能，通過設(shè)備發(fā)出電子脈沖波，持續(xù)清除極板上的硫酸結(jié)晶物，去除鉛酸蓄電池的硫化現(xiàn)象，并有效防止新的硫化結(jié)晶物的出現(xiàn)，從而使廢舊蓄電池恢復(fù)原動(dòng)力，實(shí)現(xiàn)鉛酸蓄電池再生。經(jīng)過近幾年的實(shí)踐驗(yàn)證，是一個(gè)行之有效、切實(shí)可行的方法。

蓄電池延壽修復(fù)器的工作原理：根據(jù)原子物理學(xué)和固體物理學(xué)的原理，硫離子具有5個(gè)不同的能級狀態(tài)，每一個(gè)特定的能級都有唯一的諧振頻率，處于亞穩(wěn)定能級狀態(tài)的離子會(huì)趨向或遷落到最穩(wěn)定的最低能級(共價(jià)鍵能級)，通過供應(yīng)給一定的能量阻止這種情況發(fā)生，使得被激活的分子遷移到更高的能級狀態(tài)，從而才能轉(zhuǎn)化為溶解于電解液的自由離子，參與電化學(xué)反應(yīng)。

蓄電池延壽修復(fù)器的用途：①通過持續(xù)充放特殊脈沖電流，把覆蓋電極板上的硫酸鉛沉淀物逐漸催化分解，且不會(huì)損傷電極板；②將硫酸鉛分解為鉛、二氧化鉛、水，還原在電解溶液中，還原蓄電池容量，延長使用壽命(剝離的硫酸鉛還原在電解液中)；③蓄電池在大電流放電或深度放電時(shí)，極板析氣會(huì)出現(xiàn)大量的氣泡，這些附在極板上的絕緣的氣泡使電極板有效面積減少，造成極板的不可逆損傷。蓄電池延壽修復(fù)器出現(xiàn)的特殊脈沖可以清除極板上的這些氣泡，保護(hù)了蓄電池電極板，非常有效地延長了蓄電池壽命。

家用的蓄電池延壽修復(fù)器是利用脈沖電波形對蓄電池進(jìn)行修復(fù)和維護(hù)的，是要長期使用的。蓄電池延壽修復(fù)器一般有二種方式接在蓄電池上(并聯(lián))。一種是有二個(gè)插頭，一個(gè)插頭插在電瓶充電接座上，另一個(gè)插頭與充電器插頭對接；另一種是有紅、黑二根接線，分別接在電瓶組的正、負(fù)極上。這種方式對安裝要求高些，要打開電瓶組的盒子，用電烙鐵將接線焊在正、負(fù)極上，再用雙面膠將蓄電池延壽修復(fù)器固定在電瓶組盒內(nèi)的空檔中。安裝好以后24小時(shí)工作，能更好地起到修復(fù)和維護(hù)蓄電池的用途。在實(shí)踐中證實(shí)：后一種方式更適合對電動(dòng)自行車蓄電池的修復(fù)和維護(hù)。

4結(jié)束語

上述蓄電池使用過程中充放電不當(dāng)對蓄電池所造成的破壞是不容忽視，它直接影響到蓄電池使用壽命。通過對鉛酸蓄電池充放電過程進(jìn)行分析，進(jìn)一步了解充放電不當(dāng)對蓄電池?fù)p壞的影響，提高用戶的維護(hù)意識(shí)。讓用戶自主加入到維護(hù)工作當(dāng)中來，對蓄電池的使用來說，無疑是可行的、有現(xiàn)實(shí)意義的。