電動車充電電池使用中的問題及彌補方法

發佈日期: 2011 年 07 月 12 日 15:13 | 作者: | 分類: 綠能知識

電池的性能退化一方面是使用和老化的自然結果,另一方面則由於缺乏維護、苛刻的使用環境以及不良的充電操作等等加速其劣化。下面將探討充電電池各種難以克服的問題、其原因及彌補這些問題的方法。

高的自放電率

各種電池都存在自放電,但使用不當會促使這種狀態的發展。自放電率呈漸近線規律,最高的放電率出現在剛充電之後,然後逐漸減小。

鎳基電池表現出較高的自放電率。在正常環境溫度下,新的鎳鎘電池充電後,在第一個24h期間其電高 量約減少10%。此後,自放電率穩定至每個月約10%。通常溫度較高,其放電率也增大。一般的準則是:溫度每升高10℃自放電率增大1倍。鎳金屬氫化物電 池的自放電率比鎳鎘電池約大30%。

鎳基電池經過數百次循環後其自放電率也增大,電池的極板開始膨脹從而更緊密地擠壓電極之間的隔膜,形成金屬樹枝狀晶體,這是結晶體生長的結果(記憶效應),從而損壞了電池隔膜,增大了自放電率。如果鎳基電池在24h的自放電達30%時,應予棄用。

鎳離子電池在充電後的第一個24h的自放電率為5%。此後下降至每月1%-2%,電池的安全保護電路增加約3%。高的循環次數和老化對鋰基電池的自放電率沒有影響。鉛酸電池的自放電率約每月5%或者每年50%,重複性的深度循環充放電則使自放電增大。

電池自放電的百分率可用電池分析儀加以測定,但此程序需要數小時。測得的電池內阻常可反映電池的內阻是否過高。此參數可用阻抗計測量或用電池分析儀的歐姆測試程序。

電池的匹配

即使採用了現代化的生產製造技術,電池的容量也不可能準確預測,尤其是對鎳基電池。製造過程中,將 每個電池以其容量的大小加以檢測並分類。高容量「A」類電池通常以優質級價格按特殊用途電池出售;中等容量「B」類電池應用於工業和商業產品;低端「C」 類電池則以廉價出售。通過循環充放電並不能改善低端類別電池的容量。購買低價的可充電電池所得的是低電池容量。

在以多個電池組成的電池組中,電池的匹配應控制在±2.5%以內。在組成電池個數多的電池組中,以 及需輸出大負載電流和在低溫下工作的電池組,需要更嚴格的電池容差控制。在一個新的電池組中的各個電池如果稍有小的失配,在經過數次充電循環後,將能互相 平衡自行適應。電池之間能否很好地平衡適應,關係到電池組是否具有較長的使用壽命。

為何電池的匹配如此重要?這是因為一個「弱」電池含有的容量較小,它比「強」電池更快地放充電。這 种放電過程的不平衡導致「弱」電池在放電經過低電壓時,電池極性會反轉。在充電時「弱」電池在被充過程中首先進入發熱過充狀態,而此時較強的電池仍能正常 地接受充電並不發熱。在這兩種情況下「弱」電池處於不利的狀態,使它變得更「弱」而導致嚴重的失配。

優質電池比低質量電池的電容量更為一致也更為均衡。對高端大功率工具應選用高質量電池,因其在大負荷和極端的溫度環境下可有高的耐久性。雖付出高成本,然而其回報是電池組有更長的壽命。

鋰基電池從生產線上下來時其本質性能就匹配得很好。在電池組內部各單個電池需符合嚴格的容差是非常 重要的。電池組所有的電池必須在統一的時間之內達到充電滿量,而且在放電終結時達到同樣的門限電壓。電池組內置的保護電路應在電池出現不正常的工作狀態時 起到安全保護作用。

短路的電池

電池生產廠商常常無法解釋當電池還處於較新的狀態時,為何某些電池顯示出高的漏電率或者出現電氣短 路。其可疑的原因是電池在製造過程中可能混入了外來顆粒雜質。另一種是電極上的粗糙點造成對隔膜的損傷。因此對電池應改善其製造過程,這可大大地減少電池 的「早期失效率」(infant mortality)。

深度放電造成電池的極性反轉也會導致電池短路。如果鎳基電池在大電流放電至徹底放光時,這種狀態也可能出現。高的反向電流可造成永久性的電短路。另一種原因是由不可控的晶狀體的形成導致的隔膜損傷,這就是所謂的記憶效應。

採用瞬時大電流脈衝試圖修復短路的電池,其成功率極為有限。這種短路可能暫時被蒸發,但是對隔膜材 料的損傷依然存在。這種修復後的電池常表現有高的放電率並且短路還會再次出現。在一個已老化的電池組中更換某個短路電池並非可取。除非這個新電池在電池電 壓和容量上與電池組中的其它電池性能一樣是匹配的。

電解液的損耗

電池雖然都是密封的,但在其使用壽命期間會損失一些電解液,特別是如果由於粗心不適當充電產生過大 的氣體壓力以致出現氣體排放。一旦出現氣體排放,在鎳基電池上的彈簧加壓的排氣密封墊可能難以完好地再封閉,從而造成密封墊周圍淀積起白色粉末,電解液的 損耗最終將降低電池容量。

滲透或是在氣閥調節的鉛酸電池(VRCA)中電解液的損耗是一個久已存在的問題。其原因是過充以及在高溫下工作造成的。用加水補充電解液的損耗成效是有限的,雖然可以部分地恢覆電池容量,但電池的性能將不甚可靠。

如果正確地充電,鋰離子電池應不產生氣體以致出現排氣的問題。但是鋰離子電池在某些條件下也會產生內部壓力。某些電池內部配置——電路開關,當電池壓力達到某個臨界值時,該開關可切斷電流。另外有些電池則設計成一種可控的方式或打開安全隔膜以釋放氣體。

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