論系統(tǒng)方法解決電動自行車用蓄電池的壽命問題
        ——石家莊開發(fā)區(qū)科大智能機(jī)器研究所 倪德慷
  本人在對電動車電瓶的研究過程中發(fā)現(xiàn),影響電動自行車用鉛酸蓄電池的因素很多,歸鈉起來有以下幾點(diǎn):

一.蓄電池本身質(zhì)量

  蓄電池本身質(zhì)量是由板柵合金配方、板柵結(jié)構(gòu)、外殼內(nèi)部結(jié)構(gòu)、電解液配方、活性物質(zhì)配方、添加劑、生產(chǎn)工藝等多種因素決定,也是影響蓄電池壽命的主要因素.

二.組成蓄電池組的蓄電池的不一致性

  不一致性包括兩種形式,一種為氣質(zhì)性不均衡,是指組成電池組的蓄電池本身就存在容量偏差,另一種則為使用過程不均衡,是因為鉛酸蓄電池的離散性本來就高于其他種類的電池,在使用過程中,本來一致的電池也會變的不均衡.據(jù)我們觀察,不一致性是蓄電池組過早失效的一個重要原因.以36V電動車為例,在不均衡條件下,假如充電電壓限制為43.2V,這時并非每塊電池都是14.4V,有的尚未充滿有的已過充,同樣當(dāng)放電至終止電壓31.5V時,也并非每一塊電瓶都是10.5V,有的電池已然過放.在這種條件下反復(fù)使用,自然會大大降低蓄電池的使用壽命.不光是電動車,凡是需要蓄電池串聯(lián)使用的地方,就會有同樣的情況發(fā)生.

三.電動輪彀的質(zhì)量直接影響蓄電池的壽命

  因為國內(nèi)生產(chǎn)電動輪彀的企業(yè)眾多,魚龍混雜、良莠不齊,質(zhì)量較差、效率較低的電動輪彀對蓄電池的直接影響就是造成放電電流加大,特別是在起動、爬坡的情況下尤為嚴(yán)重,會造成蓄電池活性物質(zhì)受大電流沖擊而脫落,從而使蓄電池失效.

四.充電器的好壞對蓄電池壽命至關(guān)重要

  目前市場上流行的充電器,基本上就是一個開關(guān)電源或是在開關(guān)電源基礎(chǔ)上稍加改進(jìn)而成,最好也就能達(dá)到恒壓限流充電(先恒流,后恒壓,再浮充),價格在100-150元不等.用這種充電器有兩個至命傷,一是不可能做到不失水,從而使免維護(hù)電池變成了少維護(hù)電池,蓄電池需要定期維護(hù)才能保證壽命,給消費(fèi)者和供應(yīng)商都造成麻煩,二是不可能做到均衡充電(因為加上均衡充電成本要有一定幅度的提高,后面將會述及),也就不能解決由于蓄電池不一致性造成的蓄電池組過早失效的問題.
五.提高消費(fèi)者使用水平的重要性

  據(jù)我們了解,消費(fèi)者在使用過程中有幾個問題,對蓄電池壽命影響較大.1.充電不及時,以36V電動車為例,假如他一天只起十幾公里,那么往往三、四天才充一回電,或者趕上周末,第二天不用出門,即使電已用盡也不馬上充電,這樣極易造成不可逆硫酸鹽化.2.超重或上陡坡,這都會引起放電電流增大.3.過放電,雖然目前大多數(shù)電動車廠家都設(shè)有了欠壓保護(hù),但由于蓄電池在停止放電后靜滯一會兒會出現(xiàn)電壓回升現(xiàn)象,這時消費(fèi)者繼續(xù)使用無疑會造成過放電.

  綜上所述,電動自行車用蓄電池的壽命是多種因素綜合作用的結(jié)果,那么問題的解決也不可能是在單一學(xué)科的努力所能辦到的,本人堅決反對那種為了推銷自己的產(chǎn)品,不顧事實、夸大其詞、誤導(dǎo)消費(fèi)者的行為,而是認(rèn)為綜合性問題要用系統(tǒng)方法解決,為了實現(xiàn)這一目標(biāo)我們做了如下工作:

一.對蓄電池本身進(jìn)行改進(jìn)

  首先,應(yīng)該確定的一點(diǎn),就是動力電瓶和起動電瓶在使用要求上完全不同,那么在設(shè)計動力電瓶時一定要擺脫一些舊有觀念的束縛.我們從板柵結(jié)構(gòu)、板柵合金、鉛膏配方、電解液配方以及殼子內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行了全方位的改進(jìn),例如我們的正、負(fù)板柵使用的是新近研制的專用多元合金,一般蓄電池只有正、負(fù)兩種板柵結(jié)構(gòu),而我們的蓄電池里卻裝配了三種板柵,通過增加添加劑,使蓄電池容量不下降的情況下,電解液濃度得以降低,改變鉛膏配方,采用超細(xì)玻璃纖維氈做隔膜,從而提高電解液保持能力,實現(xiàn)不流動電解液,使電池能以任何角度放置和充電.可能大家會懷疑我說的這些,因為要實現(xiàn)這么大量的改進(jìn),其實驗量相當(dāng)?shù)拇?短時間內(nèi)不可能完成.其實這得益于我們有一整套先進(jìn)的智能檢測設(shè)備,這些設(shè)備都是我們自行研制生產(chǎn)的,在我們開始階段,是將所設(shè)想的二十多種方案做成樣品,同時在設(shè)備上做實驗,然后通過對實驗數(shù)據(jù)的分析,以及壽命終止電池的解剖,來篩選和優(yōu)化配方,設(shè)計出新的方案再進(jìn)行實驗,用這種方法進(jìn)行蓄電池研究,大大加快了研制步伐.目前篩選出的12V10Ah配方應(yīng)用上海標(biāo)準(zhǔn)DB31/202-1997“電力助動車專用蓄電池”標(biāo)準(zhǔn)測試,其充放循環(huán)可達(dá)千次以上,按本所自定標(biāo)準(zhǔn),即5A放電1.5小時,5小時率放電容量低于0.85C為失效(25± 2° C),其充放循環(huán)可達(dá)500次.我們的配方研制和篩選尚未停止,因為從現(xiàn)在取得的實驗數(shù)據(jù)來看,該種電池還有潛力可挖.

二.蓄電池出廠配組

  目前,許多電動自行車生產(chǎn)廠家已經(jīng)意識到配組的重要意義,所以向我們求購均衡配組設(shè)備,我們也應(yīng)廠家要求給他們生產(chǎn)了該設(shè)備,但我們認(rèn)為在蓄電池生產(chǎn)出來之后再加一個均衡配組工藝,增加了設(shè)備、工時、人員投入,從而增加了本來就很高的電動車成本,所以我們對蓄電池生產(chǎn)過程中的化成工藝進(jìn)行了改革,使得基本不增加設(shè)備投入的情況下實現(xiàn)均衡配組.具體方法如下:所謂均衡,本人認(rèn)為,應(yīng)該是指用相同方法充電至充電結(jié)束,電壓相同,在允許的電流和電壓范圍內(nèi),以相同時間通過相同電流(不論充放),其電壓變化量相同.達(dá)到上述要求的蓄電池在串聯(lián)使用時,可以保證組成電池組的電池其電壓始終一致,即使在使用過程中的產(chǎn)生些許偏離也屬正常,使用均衡充電方法即可糾偏,但如果一開始就不一致,使用均衡充電的效果就很有限了.

  由以上定義可以看出單純測電瓶的開路電壓是沒有意義的,單純比較幾個點(diǎn)的電壓變化和容量變化是片面的,對一批樣品手動測電壓也會因時間間隔過長而影響準(zhǔn)確性(充放電過程中電壓始終是不斷變化的,而相對穩(wěn)定的空載電壓又沒有任何意義),而蓄電池內(nèi)阻的測定只能比較蓄電池的優(yōu)劣卻不能保證相同品質(zhì)的蓄電池的一致性,這是因為蓄電池內(nèi)阻本來就是一個動態(tài)的參數(shù),會因通電電流的不同而產(chǎn)生變化,無法反映在電動車使用過程中電瓶的綜合充放電性能.只有在對一批電池統(tǒng)一充放電的同時實時采樣,然后進(jìn)行比較才能夠真正實現(xiàn)蓄電池的均衡配組.

  為使上述設(shè)想在實際操作中得以實現(xiàn),我們自行研制成功專用智能化成設(shè)備和相關(guān)軟件,在原來電池化成工藝的基礎(chǔ)上,實現(xiàn)在化成過程中實時采集數(shù)據(jù),再由計算機(jī)自動比較、配組.應(yīng)用此設(shè)備我們可以根據(jù)不同蓄電池的要求,確立化成工藝和采樣點(diǎn)的位置和數(shù)量,對均衡要求非常嚴(yán)格的蓄電池我們甚至可以做到每秒鐘采一個樣,由電腦進(jìn)行精密比較.該方法有以下幾點(diǎn)好處,1、設(shè)備投入小,不改動原有生產(chǎn)工藝路線,處理量大.2、操作簡便,采樣、比較全部由電腦完成.3、應(yīng)用范圍廣,可根據(jù)不同電池的要求自行設(shè)計化成參數(shù).4、結(jié)果準(zhǔn)確、可靠.

三.研制智能充電器(帶均衡充電功能)

  首先,需要確定什么叫智能,一般人認(rèn)為加一個CPU,編一段程序,確定第一步恒流充電電流多少,第二步限壓充電電流的變化模式就算智能了,本人認(rèn)為這是在打馬虎眼,或者是充電器的研制者對蓄電池的特性了解太少所至.這是因為即使一個工廠出的產(chǎn)品,個體也會存在差異,即使經(jīng)過配組,那組和組之間也不一樣,而且蓄電池每一次充電時的虧電程度不同,使用了一年和使用了半年的蓄電池其充電接受能力也會有很大的變化,而且在使用過程中組成電池組的蓄電池也會出現(xiàn)走偏現(xiàn)象,諸如此類的問題單憑分段式充電器能解決嗎?所以本人認(rèn)為真正的智能充電器起碼應(yīng)具備以下幾項功能,1.在充電過程中對蓄電池組進(jìn)行實時采樣,檢測其虧電程度、充電接受能力、和單只蓄電池電壓是否一致.2.對檢測結(jié)果進(jìn)行分析,并做出反應(yīng),如什么時候進(jìn)行脈動充電、什么時候加入負(fù)脈沖,加多大的負(fù)脈沖、什么時候啟動均衡充電功能.3.判斷充電是否已滿,自動停止充電.4.將整個充電過程控制在析氣點(diǎn)以下,使免維護(hù)電池在壽命期限內(nèi)(正常使用一年)無明顯失水,真正做到免維護(hù).為了實現(xiàn)上述要求,我們對硬件電路進(jìn)行專門設(shè)計,并且增加在蓄電池組串接點(diǎn)上采樣的功能,拿36V電動車為例,用我們的充電器就需要4個引出點(diǎn),這樣才能做到實時檢測每一塊電瓶的狀態(tài).另外增加了在軟件的編制上加入了很多相應(yīng)的計算,使充電器可根據(jù)具體情況自行做出判斷和采取行動.增加這些功能,成本肯定會上升,這就要消費(fèi)者自己來分析是否合算了.本人認(rèn)為,充電器的壽命很長,個別元器件損壞也容易修理,而一次的投入可以有效延長電池的使用壽命,從而降低電動自行車的年運(yùn)行費(fèi)用,是非常值得的.

四.培養(yǎng)消費(fèi)者

  這里的消費(fèi)者不單指電動自行車的使用者,還包括很多的電動車的生產(chǎn)者和經(jīng)營者,可以說,這些生產(chǎn)者和經(jīng)營者這方面知識的欠缺是造成電動自行車使用者誤操作的一個主要原因.

五.電動車廠家的配件采購原則

  本人認(rèn)為,廠家在選購配件時應(yīng)堅持的一個原則是性價比原則,可能有人會認(rèn)為我說的是廢話,誰不知道這個呢?其實不然,因為價格是容易判定的,但性能的判定是需要有相關(guān)知識做保證的,具體到電動自行車配件,就還要增加綜合知識的運(yùn)用能力.否則就會出現(xiàn)好的車體、電池、控制器、充電器被一個次的電動輪彀拖累的情況,這實際上是很不劃算的.電動車是一個新興的產(chǎn)業(yè),大家都處于摸索階段,本人的論述難免有謬誤、偏頗之處,肯請業(yè)內(nèi)人士批評指正.相信在大家的共同努力下,我國的電動車產(chǎn)業(yè)定會有一個大的法展.