電動汽車充電電池性能退化的原因及彌補方法
發布時間:2011-07-28
中心議題:
- 充電電池高的自放電率
- 充電電池的匹配
- 短路的電池
- 電解液的損耗
電池的性能退化一方麵是使用和老化的自然結果,另一方麵則由於缺乏維護、苛刻的使用環境以及不良的充電操作等等加速其劣化。下麵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(ge)種(zhong)電(dian)池(chi)都(dou)存(cun)在(zai)自(zi)放(fang)電(dian),但(dan)使(shi)用(yong)不(bu)當(dang)會(hui)促(cu)使(shi)這(zhe)種(zhong)狀(zhuang)態(tai)的(de)發(fa)展(zhan)。自(zi)放(fang)電(dian)率(lv)呈(cheng)漸(jian)近(jin)線(xian)規(gui)律(lv),最(zui)高(gao)的(de)放(fang)電(dian)率(lv)出(chu)現(xian)在(zai)剛(gang)充(chong)電(dian)之(zhi)後(hou),然(ran)後(hou)逐(zhu)漸(jian)減(jian)小(xiao)。
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(nie)基(ji)電(dian)池(chi)經(jing)過(guo)數(shu)百(bai)次(ci)循(xun)環(huan)後(hou)其(qi)自(zi)放(fang)電(dian)率(lv)也(ye)增(zeng)大(da),電(dian)池(chi)的(de)極(ji)板(ban)開(kai)始(shi)膨(peng)脹(zhang)從(cong)而(er)更(geng)緊(jin)密(mi)地(di)擠(ji)壓(ya)電(dian)極(ji)之(zhi)間(jian)的(de)隔(ge)膜(mo),形(xing)成(cheng)金(jin)屬(shu)樹(shu)枝(zhi)狀(zhuang)晶(jing)體(ti),這(zhe)是(shi)結(jie)晶(jing)體(ti)生(sheng)長(chang)的(de)結(jie)果(guo)(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(dian)池(chi)自(zi)放(fang)電(dian)的(de)百(bai)分(fen)率(lv)可(ke)用(yong)電(dian)池(chi)分(fen)析(xi)儀(yi)加(jia)以(yi)測(ce)定(ding),但(dan)此(ci)程(cheng)序(xu)需(xu)要(yao)數(shu)小(xiao)時(shi)。測(ce)得(de)的(de)電(dian)池(chi)內(nei)阻(zu)常(chang)可(ke)反(fan)映(ying)電(dian)池(chi)的(de)內(nei)阻(zu)是(shi)否(fou)過(guo)高(gao)。此(ci)參(can)數(shu)可(ke)用(yong)阻(zu)抗(kang)計(ji)測(ce)量(liang)或(huo)用(yong)電(dian)池(chi)分(fen)析(xi)儀(yi)的(de)歐(ou)姆(mu)測(ce)試(shi)程(cheng)序(xu)。
電池的匹配
即ji使shi采cai用yong了le現xian代dai化hua的de生sheng產chan製zhi造zao技ji術shu,電dian池chi的de容rong量liang也ye不bu可ke能neng準zhun確que預yu測ce,尤you其qi是shi對dui鎳nie基ji電dian池chi。製zhi造zao過guo程cheng中zhong,將jiang每mei個ge電dian池chi以yi其qi容rong量liang的de大da小xiao加jia以yi檢jian測ce並bing分fen類lei。高gao容rong量liang“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,電池的匹配應控製在±2.5%以yi內nei。在zai組zu成cheng電dian池chi個ge數shu多duo的de電dian池chi組zu中zhong,以yi及ji需xu輸shu出chu大da負fu載zai電dian流liu和he在zai低di溫wen下xia工gong作zuo的de電dian池chi組zu,需xu要yao更geng嚴yan格ge的de電dian池chi容rong差cha控kong製zhi。在zai一yi個ge新xin的de電dian池chi組zu中zhong的de各ge個ge電dian池chi如ru果guo稍shao有you小xiao的de失shi配pei,在zai經jing過guo數shu次ci充chong電dian循xun環huan後hou,將jiang能neng互hu相xiang平ping衡heng自zi行xing適shi應ying。電dian池chi之zhi間jian能neng否fou很hen好hao地di平ping衡heng適shi應ying,關guan係係到dao電dian池chi組zu是shi否fou具ju有you較jiao長chang的de使shi用yong壽shou命ming。
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。這種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。
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優(you)質(zhi)電(dian)池(chi)比(bi)低(di)質(zhi)量(liang)電(dian)池(chi)的(de)電(dian)容(rong)量(liang)更(geng)為(wei)一(yi)致(zhi)也(ye)更(geng)為(wei)均(jun)衡(heng)。對(dui)高(gao)端(duan)大(da)功(gong)率(lv)工(gong)具(ju)應(ying)選(xuan)用(yong)高(gao)質(zhi)量(liang)電(dian)池(chi),因(yin)其(qi)在(zai)大(da)負(fu)荷(he)和(he)極(ji)端(duan)的(de)溫(wen)度(du)環(huan)境(jing)下(xia)可(ke)有(you)高(gao)的(de)耐(nai)久(jiu)性(xing)。雖(sui)付(fu)出(chu)高(gao)成(cheng)本(ben),然(ran)而(er)其(qi)回(hui)報(bao)是(shi)電(dian)池(chi)組(zu)有(you)更(geng)長(chang)的(de)壽(shou)命(ming)。
鋰li基ji電dian池chi從cong生sheng產chan線xian上shang下xia來lai時shi其qi本ben質zhi性xing能neng就jiu匹pi配pei得de很hen好hao。在zai電dian池chi組zu內nei部bu各ge單dan個ge電dian池chi需xu符fu合he嚴yan格ge的de容rong差cha是shi非fei常chang重zhong要yao的de。電dian池chi組zu所suo有you的de電dian池chi必bi須xu在zai統tong一yi的de時shi間jian之zhi內nei達da到dao充chong電dian滿man量liang,而er且qie在zai放fang電dian終zhong結jie時shi達da到dao同tong樣yang的de門men限xian電dian壓ya。電dian池chi組zu內nei置zhi的de保bao護hu電dian路lu應ying在zai電dian池chi出chu現xian不bu正zheng常chang的de工gong作zuo狀zhuang態tai時shi起qi到dao安an全quan保bao護hu作zuo用yong。
短路的電池
電dian池chi生sheng產chan廠chang商shang常chang常chang無wu法fa解jie釋shi當dang電dian池chi還hai處chu於yu較jiao新xin的de狀zhuang態tai時shi,為wei何he某mou些xie電dian池chi顯xian示shi出chu高gao的de漏lou電dian率lv或huo者zhe出chu現xian電dian氣qi短duan路lu。其qi可ke疑yi的de原yuan因yin是shi電dian池chi在zai製zhi造zao過guo程cheng中zhong可ke能neng混hun入ru了le外wai來lai顆ke粒li雜za質zhi。另ling一yi種zhong是shi電dian極ji上shang的de粗cu糙cao點dian造zao成cheng對dui隔ge膜mo的de損sun傷shang。因yin此ci對dui電dian池chi應ying改gai善shan其qi製zhi造zao過guo程cheng,這zhe可ke大da大da地di減jian少shao電dian池chi的de“早期失效率”(infant mortality)。
深(shen)度(du)放(fang)電(dian)造(zao)成(cheng)電(dian)池(chi)的(de)極(ji)性(xing)反(fan)轉(zhuan)也(ye)會(hui)導(dao)致(zhi)電(dian)池(chi)短(duan)路(lu)。如(ru)果(guo)鎳(nie)基(ji)電(dian)池(chi)在(zai)大(da)電(dian)流(liu)放(fang)電(dian)至(zhi)徹(che)底(di)放(fang)光(guang)時(shi),這(zhe)種(zhong)狀(zhuang)態(tai)也(ye)可(ke)能(neng)出(chu)現(xian)。高(gao)的(de)反(fan)向(xiang)電(dian)流(liu)可(ke)造(zao)成(cheng)永(yong)久(jiu)性(xing)的(de)電(dian)短(duan)路(lu)。另(ling)一(yi)種(zhong)原(yuan)因(yin)是(shi)由(you)不(bu)可(ke)控(kong)的(de)晶(jing)狀(zhuang)體(ti)的(de)形(xing)成(cheng)導(dao)致(zhi)的(de)隔(ge)膜(mo)損(sun)傷(shang),這(zhe)就(jiu)是(shi)所(suo)謂(wei)的(de)記(ji)憶(yi)效(xiao)應(ying)。
采cai用yong瞬shun時shi大da電dian流liu脈mai衝chong試shi圖tu修xiu復復短duan路lu的de電dian池chi,其qi成cheng功gong率lv極ji為wei有you限xian。這zhe種zhong短duan路lu可ke能neng暫zan時shi被bei蒸zheng發fa,但dan是shi對dui隔ge膜mo材cai料liao的de損sun傷shang依yi然ran存cun在zai。這zhe種zhong修xiu復復後hou的de電dian池chi常chang表biao現xian有you高gao的de放fang電dian率lv並bing且qie短duan路lu還hai會hui再zai次ci出chu現xian。在zai一yi個ge已yi老lao化hua的de電dian池chi組zu中zhong更geng換huan某mou個ge短duan路lu電dian池chi並bing非fei可ke取qu。除chu非fei這zhe個ge新xin電dian池chi在zai電dian池chi電dian壓ya和he容rong量liang上shang與yu電dian池chi組zu中zhong的de其qi它ta電dian池chi性xing能neng一yi樣yang是shi匹pi配pei的de。
電解液的損耗
dianchisuirandoushimifengde,danzaiqishiyongshoumingqijianhuisunshiyixiedianjieye,tebieshiruguoyouyucuxinbushidangchongdianchanshengguodadeqitiyaliyizhichuxianqitipaifang。yidanchuxianqitipaifang,zainiejidianchishangdedanhuangjiayadepaiqimifengdiankenengnanyiwanhaodizaifengbi,congerzaochengmifengdianzhouweidianjiqibaisefenmo,dianjieyedesunhaozuizhongjiangjiangdidianchirongliang。
滲透或是在氣閥調節的鉛酸電池(VRCA)中zhong電dian解jie液ye的de損sun耗hao是shi一yi個ge久jiu已yi存cun在zai的de問wen題ti。其qi原yuan因yin是shi過guo充chong以yi及ji在zai高gao溫wen下xia工gong作zuo造zao成cheng的de。用yong加jia水shui補bu充chong電dian解jie液ye的de損sun耗hao成cheng效xiao是shi有you限xian的de,雖sui然ran可ke以yi部bu分fen地di恢hui覆fu電dian池chi容rong量liang,但dan電dian池chi的de性xing能neng將jiang不bu甚shen可ke靠kao。
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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