電動(dòng)助力車電池配組探析

電動(dòng)助力車電池配組探析前言眾所周知，電動(dòng)助力車動(dòng)力電源的蓄電池，是在深度充放電條件下工作的，這就要求我們?cè)谏a(chǎn)中重視配組問題，否則，電池的使用壽命就會(huì)在2個(gè)月后逐漸終結(jié)。但是，由于對(duì)其中一些問題的忽視，部分電動(dòng)助力車電池廠的產(chǎn)品質(zhì)量在過去幾年里一直得不到消費(fèi)者的認(rèn)可。本文針對(duì)目前配組方面存在的問題談些個(gè)人看法，以期和同行探討。一、配組的含義目前，人們對(duì)電動(dòng)助力車電池配組的理解尚無形成一致意見。一般認(rèn)為，所謂電動(dòng)助力車電池的配組就是保證每組電池中單個(gè)電池的容量的一致性。我們認(rèn)為，所謂的配組并不是單單容量一樣那么簡(jiǎn)單，這里面除了容量一致外，容量的衰減速率、電池在充電態(tài)所表現(xiàn)的特性(如內(nèi)阻、端電壓等)、電池的其它充放電特性都是不可忽視的問題。例如：兩只電池雖然初容量相同，但是容量隨循環(huán)衰減的速度不同，那么隨電池的使用時(shí)間增加，容量的差異就會(huì)越來越大。如果兩只電池的內(nèi)阻不同，則充電時(shí)的發(fā)熱量就會(huì)有差異，內(nèi)阻大的那只電池在充電時(shí)就會(huì)溫度升高，溫度的升高又促使密封反應(yīng)效率增高，進(jìn)而還會(huì)增加溫度，這樣就會(huì)引發(fā)耗水量的增加，甚至造成熱失控等。這些又會(huì)進(jìn)一步地促使兩只電池間的差異?？傊?，筆者認(rèn)為，所謂的配組就是要保證一組電池中的每只電池的每單格的性能的一致性。而絕非僅僅容量一致。二、配組的類型多數(shù)廠家對(duì)電動(dòng)助力車電池的配組從以下幾個(gè)方面著手：1．極板重量的配組(也稱配重)通過控制正負(fù)極板的每單格重量來控制電池的容量。要求首先把極板的四邊的毛邊毛刺、多余的鉛粉、極耳整理干凈，選出變形的、厚度不均勻的、活物質(zhì)脫落的等不合格產(chǎn)品，然后進(jìn)行稱重配重即重量配組。配重工藝各廠大同小異。極板重量的配組是整個(gè)配組的基礎(chǔ)。2．容量配組容量配組是將電池進(jìn)行充放電激活后，放電，根據(jù)電池放電容量進(jìn)行配組。這里要根據(jù)充放電設(shè)備的不同確定配組工藝。根據(jù)筆者的了解，目前電池廠根據(jù)自身的條件通常選擇三種類型的設(shè)備：①采用普通的充放電機(jī)充放電，利用數(shù)字電壓表手工測(cè)量電壓進(jìn)行配組；②利用普通的充放電機(jī)進(jìn)行充放電，采用外配的電池巡檢儀進(jìn)行配組：③采用獨(dú)立的充放電配組一體機(jī)進(jìn)行充放電配組。方法①設(shè)備投資小，配組誤差大；方法②配置了巡檢儀，每路l8只電池的巡檢時(shí)間為4．5s左右，相對(duì)來說配組精度可以提高很多；方法③配組精度更高，因每只電池單獨(dú)進(jìn)行控制，充電時(shí)不會(huì)欠充和過充，放電過程中不會(huì)過放電，具有便于觀察充放電過程中的問題，更有利于數(shù)據(jù)的記錄和分析，但是設(shè)備投資比較高。3．電池靜置電壓配組(端電壓配組)電池靜置后的端電壓間接地反映了電池的某些性能，例如電壓的高低反映了電解液的濃度；端電壓的下降情況反映了電池的自放電情況等。因此保證電動(dòng)助力車電池每組的端電壓的一致也是保證其性能一致的一個(gè)主要因素。這項(xiàng)工作需根據(jù)環(huán)境溫度確定靜置時(shí)間(24—48h)，溫度低時(shí)靜置時(shí)間要適當(dāng)延長(zhǎng)。4．電池充電態(tài)電壓的配組電池在串聯(lián)充電時(shí)，通過每只電池的電流是一樣的，但由于每個(gè)電池的特性(內(nèi)阻、正負(fù)極電位、密封反應(yīng)效率等)的不同，反映在電池兩端的電壓就不同。這個(gè)電壓的高低通常和電池的電解液密度、電解液添加劑、極板活物質(zhì)添加劑、隔板特性、鉛合金成份、電池組裝結(jié)構(gòu)形式等因素有關(guān)。但監(jiān)測(cè)這個(gè)電壓比較難以掌握，所以多數(shù)廠家只把這項(xiàng)作為一個(gè)參考參數(shù)，并未進(jìn)行真正實(shí)施。因?yàn)檫@個(gè)電壓具有一定的離散性，它隨充電電流的增大而增大；隨充電時(shí)間的增加而提高。三、配組中易忽視的問題1．配重的問題極板配重的實(shí)質(zhì)是要保證每組極板的活物質(zhì)相等，這樣刁1可以保證每組電池的每單格容量相等。這方面有以下幾個(gè)問題需要認(rèn)真對(duì)待：板柵的重量誤差電池廠配組時(shí)稱量的是極板的重量，然而極板是由板柵和活物質(zhì)組成的，如果極板廠在生產(chǎn)過程中對(duì)板柵的重量誤差控制不好，電池廠的配組工作等于白做。因此電池廠對(duì)供貨單位極板的板柵均勻性的檢驗(yàn)應(yīng)該納入內(nèi)部質(zhì)量管理的一個(gè)重要部分(這方面多數(shù)電池廠往往忽視了)。極板含水量不同極板廠家對(duì)極板的含水量這個(gè)指標(biāo)規(guī)定可能不盡相同，但一般負(fù)極板含水量≤0．5％，正極板含水量≤1％。對(duì)于電動(dòng)助力車極板來說，極板比較厚，在烘干條件不十分好的廠家，往往烘干室內(nèi)的溫度控制系統(tǒng)和循環(huán)風(fēng)系統(tǒng)不夠完善，這就造成極板的含水量往往超出實(shí)際所要求的范圍?？膳碌氖?，在沒有循環(huán)風(fēng)的烘干室內(nèi)，往往不同位置的極板的含水量相差很大，我們對(duì)某廠檢測(cè)的結(jié)果發(fā)現(xiàn)，不同位置的正極板含水量差很大，檢測(cè)結(jié)果見附表l表：某廠烘干室不同位置極板烘干情況檢測(cè)(10Ah正極板)附表52：極板烘干情況極板位置上1上2中間下l下2烘干室烘干后重量(g)4241.541.54342.5實(shí)驗(yàn)室烘箱烘干后重量(g)41.941.341.241.541.1水分含量(％)0.24％0.48％0.72％3.49％3.29％類似這種情況對(duì)配組造成的影響已經(jīng)很嚴(yán)重了。干荷電性能

同批極板的干荷電質(zhì)量不一致，在電池的充電過程中有兩方面問題：一、干荷電差的電池的負(fù)極板在充電過程中會(huì)有部分脫落；二、如果電池在生產(chǎn)過程中充電量不足，可能會(huì)造成容量配組的假象。2．電解液數(shù)量對(duì)配組的影響對(duì)于電動(dòng)助力車電池來說，外殼的容量有限，考慮到電池壽命原因，極板設(shè)計(jì)一般都厚，因此從一般來說電池的活物質(zhì)量相對(duì)于硫酸的量來說是過量的。換句話來說，電池的容量主要由硫酸的數(shù)量來決定。這樣如果我們?cè)陔姵丶铀岬倪^程中沒有嚴(yán)格控制每單格的加酸量，則就會(huì)出現(xiàn)電池每格容量的差異。這就是現(xiàn)在的過量加酸法的弊端。我們采取的辦法是：嚴(yán)格控制加酸數(shù)量(由真空加酸機(jī)加酸)，同時(shí)有合理而嚴(yán)格的充放電工藝相配套，加酸時(shí)一次性由加酸機(jī)加夠數(shù)量，電池上同樣加加酸壺(也稱富液壺)但不再加酸，加加酸壺的目的是防止電池在充電時(shí)電解液的溢出。同時(shí)根據(jù)一年四季氣溫的變化適當(dāng)調(diào)整充放電工藝，確保電池在整個(gè)充放電工藝結(jié)束后，電池內(nèi)電解液的飽和度。通過我們的實(shí)際操作，電池的均勻性提高很多。3．溫度對(duì)配組的影響溫度對(duì)配組的影響可分為充電時(shí)和放電時(shí)兩個(gè)方面。充電時(shí)，電池的充電接受能力與溫度關(guān)系很大，特別是在恒壓充電情況下，電池的充電電流隨溫度的增加而增加，即使是恒流充電，電池內(nèi)的電化學(xué)反應(yīng)也隨溫度的提高而反應(yīng)效率提高。放電時(shí)，放電容量(或時(shí)間)與溫度的關(guān)系符合下式規(guī)律：C：5-C。／l+0．009(t一25)這就要求我們?cè)谂浣M時(shí)，不同時(shí)間段進(jìn)行充放電的電池最好不要在一起配組，即便在一起配，也要把溫度的因素考慮進(jìn)去。通?？梢园巡煌瑫r(shí)間段(環(huán)境溫度不一樣)的電池的放電時(shí)間統(tǒng)一換算到25℃時(shí)的時(shí)間。4．設(shè)備對(duì)配組的影響設(shè)備對(duì)配組的影響分兩方面：一是設(shè)備本身精度對(duì)配組的影響，例如現(xiàn)在市場(chǎng)上出售的配組巡檢儀(有的叫配組機(jī))巡檢一路電池(通常為18只)的時(shí)間1．5秒一5秒不等，電壓測(cè)量精度也不同：二是設(shè)備外部布線引起的誤差，以一臺(tái)24路充放電機(jī)為例，這24路與機(jī)器的遠(yuǎn)近有差別，有些可能每路的連線規(guī)格也不同，這就引起線路壓降的差異。5．不同批次的極板的性能差異極板生產(chǎn)是一個(gè)極其復(fù)雜的物理化學(xué)反應(yīng)過程，極板的特性與這些過程有著密切的關(guān)系。例如：極板生產(chǎn)中的合膏溫度、固化條件(溫度、濕度、時(shí)間、室內(nèi)溫度濕度的均勻度等)、化成工藝、化成時(shí)的環(huán)境溫度等在每一批次里都可能有操作上的或者非操作上的誤差，這些誤差必然造成極板的每批次的性能誤差。因此我們的配組盡量要做到每批次的極板在一起配組。6．工藝與設(shè)備的協(xié)調(diào)要生產(chǎn)出好的產(chǎn)品首先是工藝技術(shù)，其次是設(shè)備和過程控制，這是做好產(chǎn)品的基本條件，一般廠家都很重視。但是怎么做到好的工藝技術(shù)和設(shè)備的協(xié)調(diào)，這是很主要也是很難并且容易被忽視的。應(yīng)該說好的工藝來自車間一線，技術(shù)人員或工程師在辦

公室里永遠(yuǎn)編不出完美的生產(chǎn)工藝。編出的工藝到車間去驗(yàn)證，往往會(huì)發(fā)現(xiàn)很多問題，比如不易操作的問題、設(shè)備跟不上的問題等不足，這時(shí)就要經(jīng)過修改，修改后再拿到車間去驗(yàn)證，如此反復(fù)多次這個(gè)工藝就會(huì)比較完善。這就要求我們的技術(shù)人員不能老是坐在辦公室里紙上談兵，要理論結(jié)合實(shí)際。例如充放電工藝與設(shè)備，簡(jiǎn)單的充放電機(jī)只有恒流充電和恒流放電兩種模式，這就要求我們?cè)谠O(shè)置充電工藝時(shí)盡量采取多階段的設(shè)置，以盡量提高充電效率，但同時(shí)如果階段之間不能自動(dòng)轉(zhuǎn)換，又要考慮工人操作的問題，必須進(jìn)行兼顧。功能比較全、功率余量大的充電機(jī)，在設(shè)置充電工藝時(shí)，往往前期電流設(shè)置的都很大，階段轉(zhuǎn)換往往以電池電壓為條件，中后階段往往又多采取恒壓充電，這種情況就要考慮到電池的溫度了，如果電池在溫度比較高的環(huán)境中，又沒有什么散熱措施的話，前面大電流的充電會(huì)帶來電池溫升，溫度的增高又會(huì)影響中后期恒壓階段的電流遲遲不降，這又會(huì)使電池的溫度進(jìn)一步提高，耗水增加，甚至造成更嚴(yán)重的后果。再如放電，我們知道電動(dòng)助力車電池一般在生產(chǎn)中每路l8只電池，串連放電，每只電池兩端引線巡檢，設(shè)置電池放電終止時(shí)的電壓按照每只電池平均電壓l0．5v，18只電池總的電壓為：18X10．5=189V，工藝中就設(shè)置189V終止，結(jié)果當(dāng)電池放電終止時(shí)巡檢儀檢測(cè)的結(jié)果是每只電池的電壓都超過ll．20V。這就是工藝和設(shè)備的一個(gè)典型的沒有協(xié)調(diào)好的問題，原因是從電池到充放電機(jī)連接的電線的壓降比較大，而這個(gè)電壓降機(jī)器檢測(cè)不到。如下圖所示i由上圖可知：放電時(shí)，滿足下等式：U1十U2+U：j+……+U18=U+(U，l+U，2)(I)上式中：U。一U。。分別是電池卜l8的端電壓，U是充放電機(jī)檢測(cè)到的電壓，U，。+U。：是線路電阻R。和R：在放電時(shí)所產(chǎn)生的電壓降。變換上式則：U=(U．+U：+U。+……+U1。)一(U，。+U，：)(II)由式Il看出，充放電機(jī)所檢測(cè)的電壓不是電池的放電電壓，而是放電電壓和線路壓降的差值。由于線路的壓降與線路的電阻和放電電流成正比，因此，放電電流