电动自行车阀控铅酸蓄电池的现状和展望

(Technical service center, Technical Commission of Electrically Operated Motorcars, China Electrotechnical Society)

Abstract: The achievement, problem and improvement direcTIon of VRLA battery for electric bicycles were introduced.

蓄电池是电动自行车的动力，是影响电动自行车功用的要害部件，也是约束电动自行车展开的要害。为习惯电动自行车的需求，电动自行车用蓄电池展开很快。尽管现在市场上的电动自行车95%以上用阀控铅酸蓄电池，但多家公司正在活跃研制并推出电动自行车用的锂离子蓄电池，整车厂也活跃推出用锂离子蓄电池的电动自行车，锂离子蓄电池用于电动自行车的呼声很高，阀控铅酸蓄电池的优势方位遭到应战。因而，电动自行车用阀控铅酸蓄电池应怎么展开？是出产电动自行车用阀控铅酸蓄电池的厂家和电动自行车业界遍及关怀的问题。本文介绍电动自行车用阀控铅酸蓄电池展开现状、存在问题和改进展开的方向。

1. 突破性展开

铅酸蓄电池已有100多年的前史，在100多年中一向不断地在改进进步，有的是革命性的腾跃式进步。我国的电动自行车用阀控铅酸蓄电池水平十年来也有很大改进，其间DZM-10型电池进步尤为显着，首要表现为：

（1）初容量和比能量大幅进步

1997年时，国内的电动自行车用阀控铅酸蓄电池2小时率（5A）放电容量达不到或只能牵强到达10Ah，2小时率下的比能量达不到30Wh/kg，上海市当地规范《电力助动车专用蓄电池》（DB31/202-1997）中，对铅酸蓄电池比能量要求是5小时率到达30Wh/kg。

现在，经过改进和发掘潜力，经过在电池外形尺寸不变的状况下略加高极板，使2小时率（5A）放电容量到达14Ah以上（进步约40%），比能量可到达35-37Wh/kg（进步20%）。

（2）寿数功用有显着的进步

1999年时，按“全充全放”式2小时率（5A）放电，容量降到8Ah（80%）为寿数结尾的循环寿数实验，只需少量厂家（约5%）的电池循环寿数可到达260-280次循环，放出的总容量约为2700Ah，相应累计行进路程约为10800公里（按4公里/ Ah核算），可保用一年。大多数厂家的电池循环寿数达不到要求，运用寿数只需3-5个月。

现在，电池可以保用一年的厂家数目显着增加。咱们检测到的电池组最高的循环寿数逾越600次，放出总容量为6151Ah，相应累计行进路程约24600公里。假如深循环寿数目标为250次或放出的总容量为2250Ah，相应累计行进路程为9000公里的电池组可确保运用一年，那么按折算，这样的电池组可运用二年以上。

（3）前期容量衰减现象有改进

前期容量衰减是电动自行车用阀控铅酸蓄电池存在的遍及现象。咱们在总结多年实验经历的基础上，提出了衡量前期容量衰减（PCL-1）功用的目标，以查核蓄电池的前期容量衰减状况，即第1-50次循环的放电容量（25℃下）衰减应小于10%。

1999年时，50次循环内容量衰减在10%以内的电池很少，正极为Pb-Ca-Sn-Al 合金的电池前期容量衰减现象尤为严峻，50次循环内容量衰减在20-30%。

现在，50次循环后的容量衰减在10%以内的电池显着增加，约占被测样本的80%。并且正极为Pb-Ca-Sn-Al合金的电池，经过改进配方和工艺，也都能到达衡量前期容量衰减功用目标的要求。这说明前期容量衰减问题已可以处理。

（4）无镉电池整体功用优于有镉电池

现在市场上运用的电动自行车阀控铅酸蓄电池，按其选用的正极板栅铅合金分类，可分为用Pb-Sb-Cd合金的有镉电池和用Pb-Ca-Sn-Al合金的无镉电池(相对于前者称其为绿色电池)。

1999年时，无镉电池前期容量衰减现象严峻，“全充全放”的深循环寿数功用较差，只需少量有实力的厂家选用国外先进设备和工艺出产的电池前期容量衰减和深循环寿数功用可以到达要求。因而，在中、小型厂家出产的电池大多数是有镉电池。

现在，选用国内的先进配方和工艺，在中、小型厂家靠国内设备制作的无镉电池，前期容量衰减和深循环寿数功用现已可以到达要求。并且，深循环寿数功用有新的、突破性展开。咱们在测评中发现无镉电池的深循环寿数可以到达或逾越400次循环，放出总容量为4500Ah，相应累计行进路程约18000公里。最高的深循环寿数逾越600次，放出总容量为6151Ah，相应累计行进路程约24600公里。

比较而言，含镉电池的深循环寿数功用逊于无镉电池。依据咱们测评过的几十个厂家出产的DZM-10型含镉电池样品计算，深循环寿数在240-280次循环之间，很少逾越300次循环；放出总容量为2500-3000Ah；相应累计行进路程为10000-12000公里，因而，确保运用期只需一年。

对占市场份额60%以上的电动简便摩托车选用的DZM-20型电池，有镉电池的状况更差，寿数功用远低于无镉电池，更不尽人意，状况更严峻。近年来，咱们测评过的样本共10个。10个样本中，6个样本的无镉电池循环寿数为200次循环左右或放出总容量约4200Ah；4个样本的有镉电池循环寿数为23-98次循环，都不到100次循环。

正如沈阳蓄电池研讨所副所长伊晓波先生在2009年3月的世界铅锌安排高峰论坛上宣布的《我国铅酸蓄电池职业展开概述》所述：“我国自主创新式产品—电动自行车蓄电池为代表的深循环动力电池制作技能在某些方面已逾越欧美、日韩等先进工业国家技能，处于世界领先水平”。正是这些突破性的展开，阀控铅酸蓄电池在电动自行车中所占份额坚持在95%以上；电动自行车用阀控铅酸蓄电池的总量（KWh数）已逾越轿车起动用的阀控铅酸蓄电池，成为铅酸蓄电池中总量榜首的产品。因而，咱们以为：即便锂离子蓄电池在电动自行车上完成了商业化，阀控铅酸蓄电池将坚持它在电动自行车上应有的方位，很难被彻底替代。

2. 存在问题

当然，在面对严峻应战的局势下，咱们要看到我国电动自行车用阀控铅酸蓄电池展开中存在的问题。据咱们近十年来对上百个样本进行的测验评价和调查，首要问题有：

（1）质量良莠不齐严峻，展开水平不平衡，合格率低。我国出产电动自行车用阀控铅酸蓄电池的厂家许多，数量达几百家，水平良莠不齐。据2007年春和12月受国家质检总局托付姑苏化学电源研讨所和国家自行车产品质量监督查验中心对电动自行车阀控铅酸蓄电池产品进行了监督检查检测，检测项目是2小时率容量、-10℃下的低温容量、过充电功用，合格率约为七成和74.3%。可见，在没有对寿数功用检测的状况下，合格率不算高。据咱们近十年得到的数据，可以安稳到达寿数功用目标的电动自行车阀控铅酸蓄电池成组产品不逾越50%。这与因蓄电池寿数达不到要求而对电动自行车阀控铅酸蓄电池产品的投诉和引起的胶葛占60-70%的状况是共同的。质量是企业的生命。寿数是蓄电池质量的中心。没有对寿数功用的检测应是不完好的检测，其成果不能正确反映市场上的产品质量状况。

（2）有镉电池份额太高。现在市场上出售的电池80-90%是有镉电池产品，并且有些本来出产无镉电池的厂家退回到出产有镉电池。这种状况与欧盟法则、国家产业政策都是各走各路的，增加了国家有关部分对电动自行车阀控铅酸蓄电池环境维护问题的贰言，希望能引起有关企业的警惕。2008年新公布的《电动助力车用铅酸蓄电池》国家规范（GB/T7403.1～2-2008）对有镉电池和无镉电池要求用“含镉”和“无镉”进行标志，该规范虽未清晰制止有镉电池，但约束倾向是显着的。表现国家产业政策的《产品结构调整目录》2007年版将含镉板栅的铅酸蓄电池列入筛选类。2008年头，国家环保总局将极板含镉类铅酸蓄电池列入榜首批“高污染、高环境危险”（简称“双高”）产品名录。据2009年3月24日的《新民晚报》上报导，《2008年度浙江省食物安全状况陈述》（白皮书）称，“食物中重金属铅、镉等超支状况日渐严峻，可能与种饲养环境被污染有关”。因而，咱们呼吁：国家有关部分要赶紧推进含镉电池向无镉电池的改变；蓄电池出产厂家要自觉自律地逐渐不必含镉的合金；整车出产厂家要自觉自律地逐渐选用无镉电池；有关组织要活跃宣扬和推行长寿数的无镉电池的技能。

（3）DZM-20型电池寿数功用差。据咱们近年测评中得到的数据，按“全充全放”的循环寿数，无镉电池在200次左右，放出总容量约4100Ah，很少逾越250次或放出总容量逾越4500Ah；有镉电池状况更差，都不到100次循环，在25-98次循环之间；都不能确保运用一年。

（4）铅价高、本钱进步。十年来铅价最高时上升约十倍，使电池本钱和价格进步，与其它电池的性价比距离缩小，竞争力下降。

3. 改进展开的方向

根据严峻应战的局势和存在问题，更要注重对电动自行车用阀控铅酸蓄电池的进一步研讨和改进进步。对改进进步的方向，有许多人提出展开新式的阀控铅酸蓄电池，如圆柱形电池、双极性电池、铅布电池等。但笔者以为，比较实践和实际的研制作业重点是：在现有成果的基础上，针对存在的问题，进步功用、降低本钱，进步性价比，改进与环境友好程度，建立电池体系观念。详细的改进进步方向如下：

（1）进步寿数及其安稳性。质量是企业的生命，寿数是蓄电池质量的中心。现在，能安稳到达寿数功用目标的产品份额不高，其原因比较杂乱，有技能上和办理上的要素。有的厂家还没有把握制作长寿数电池的技能；有的厂家虽根本把握了制作长寿数电池的技能，但在办理水平上存在严峻缺点，寿数功用不安稳，常常有电池呈现微短路而提早失效。可见，要研讨和把握制作长寿数电池的技能、改进电池结构、进步办理水平。为了电动自行车用蓄电池的健康展开，为对用户担任，咱们主张国家质检部分要加强对蓄电池寿数的定时质量监督检查检测，使广阔整体单位和用户了解蓄电池寿数功用合格率水平，使蓄电池厂家愈加注重自己产品的寿数功用合格率水平。

（2）改进与环境友好程度。铅酸蓄电池已被带上有污染产品帽子，因而咱们更要改进与环境友好程度。详细办法是：

①首要，在产品挑选上要将有镉电池向无镉电池过渡，最终筛选有镉电池，使产品契合国家产业政策和国外有关法则；

②出产中自觉加强环保办理，改进与环境友好；

③自觉加强废电池收回，提供给契合国家准入条件的单位收回、处理，以进步收回功率，发挥铅的资源收回率高、可循环运用的优势，改进与环境友好。

（3）注重节省铅办法。十年来铅价最高上升约十倍，使铅占电池本钱约40%上升到约80%，赢利空间缩小，节省铅的含义严峻。要从电池规划、出产的全过程发掘节省铅的潜力。例如，相同功用的DZM-10型电池，最重的达4.5kg，最轻的只需4.1kg；负极板栅最轻的只需6g，最重的逾越12 g；节省铅的潜力很大。出产过程中削减铅的损耗，对降低本钱和改进环境都有优点，要选用节省铅的先进技能和从点滴做起。

（4）进步DZM-20型电池寿数功用。DZM-20型电池是电动简便摩托车选用的主力类型，电动简便摩托车在电动自行车市场上占60%以上，而现在DZM-20型电池寿数功用还不能满意确保运用一年的根本要求。因而，进步DZM-20型电池寿数功用火烧眉毛。

（5）建立电池体系观念，加强电池组的办理。

鉴于国内电动自行车是自发的、自下而上的、作为一种拼装产品展开起来的前史和布景；铅酸蓄电池的运用技能比较老练、安全性较好；电动自行车上电池的数量较少，只需2-4块12V电池等要素，对电动自行车阀控铅酸蓄电池的运用缺少电池体系的观念，对电池组办理体系的需求不火急。好像电动自行车用的阀控铅酸蓄电池组只需2-4块电池加上电池盒组成就行，没有必要像锂离子蓄电池组那样有一个电池办理体系。

实践上，电动车电池的运用不能只看作为几块电池的运用，而是一个电池体系。比如，潜艇是最大的电动车（船），潜艇运用的不仅仅几百块铅酸蓄电池，而是一个杂乱的电池体系。这体系要考虑的内容包含：电池组在潜艇上的适宜方位；电池的安置和方位状况；满意激烈的冲击、振荡要求的电池间的固定；电池间衔接方法及走向要考虑电流磁场的抵消和消除；电池组对地绝缘以及有电解液冒出或海水进入时的应急维护办法；电解液的拌和；电池的水冷却设备和管路；电池舱的通风和酸雾、氢气等有害气体过滤、检测和消除；电池的电流、电压、温度、液面等数据收集、贮存、显现和报警等等。

电动自行车虽是一种小型电动车，实践上现在的一盒电池也是一个简略的电池体系，它包含电池盒、电池、充放电接插件、稳妥元件等，相同也考虑安放的适宜方位、电池的安置和方位状况、电池间的固定等问题。仅仅本来没有从电池体系观念去活跃、自动、自觉地去考虑问题。

假如建立电池体系观念，咱们以为电动自行车的电池体系应该在上述简略体系基础上，要与现有控制器、充电器的功用整合，构成一个完好、合理的电池体系。这个体系应考虑：

①电池盒不能密封，要避免氢气堆集爆破；一起有通风通道和排积水通道。

②为充沛发挥蓄电池的潜能，避免误用或乱用蓄电池，体系中应有一个适宜阀控铅酸蓄电池特色的价廉、简略、有用的电池办理体系。这体系应具有如下功用：

a. 防短路、防过流和适宜限流功用；

b. 防过放电的适宜欠压维护；

c. 确保充电容量大于放电容量的充沛充电；

d. 避免导致电池严峻热失控而胀肚的过充电；

e. 对充电的恒压值有温度补偿功用；

f. 有记载充、放电容量和逾越限流的运转状况，并可贮存和调用；

g. 恰当的电池间均衡功用和电池激活功用。