電動自行車電池隨機(jī)性ＰＣＬ現(xiàn)象的研究

　　電動自行車電池的使用壽命應(yīng)該達(dá)到多少時間，根據(jù)統(tǒng)計資料全國電動自行車電池的平均壽命在10～11個月之間，但是按國家標(biāo)準(zhǔn)電動自行車電池的理論壽命都應(yīng)該在一年半以上。在實(shí)際用戶的使用中同品牌的電池最短壽命只有3個月，究其原因電動自行車廠家說是電池質(zhì)量不穩(wěn)定；而電池廠家說是用戶使用方法不當(dāng)；用戶講是電動自行車的技術(shù)還沒有過關(guān)。這一問題已經(jīng)成為中國電動自行車的發(fā)展歷史上引起市場(Rialto)幾次大起大落的關(guān)鍵因素之一，電池行業(yè)對這一問題進(jìn)行的研究很多，實(shí)際成果較少。至今市場(Rialto)上很多指導(dǎo)性的理論帶有很強(qiáng)的片面性，有一些甚至是錯誤的。根據(jù)中國礦業(yè)大學(xué)電動車電池超長壽命研究中心連續(xù)3年的跟蹤研究和大量的電化學(xué)分析，我們將電動自行車特有的“隨機(jī)性早期容量衰竭”現(xiàn)象的研究結(jié)果分述如下：

　　1、隨機(jī)性早期容量衰竭產(chǎn)生的原因
　　閥控式免維護(hù)鉛酸電池的早期容量衰竭問題，是免維護(hù)鉛酸電池出現(xiàn)后的一種特殊的電池故障，國內(nèi)對于這一問題的深入研究進(jìn)行的不多。由于中國生產(chǎn)和使用富液式鉛酸電池的歷史很長，這一行業(yè)中使用和維護(hù)人員中絕大多數(shù)人認(rèn)為鉛酸電池的技術(shù)簡單，他們對于這種電池的使用性能和維護(hù)方法已經(jīng)完全掌握了。在中國的電動自行車生產(chǎn)企業(yè)中，主管電池工作的技術(shù)人員多數(shù)都曾經(jīng)從事過富液式鉛酸電池的生產(chǎn)、使用或維護(hù)工作。他們認(rèn)為富液式鉛酸電池和免維護(hù)鉛酸電池同屬于鉛酸電池系列，使用維護(hù)中可采用同樣的方法，因此，幾乎所有的電動自行車企業(yè)在售車時對用戶都宣傳“電池充電越勤，電池壽命越長”，甚至一些商家和維修人員對用戶講，“沒事時，你就把電充上，這樣對電池只有好處，沒有壞處”。根據(jù)統(tǒng)計資料，在每個城市的電動自行車用戶群中約有1/3的用戶每天騎行路程很短(每天5-10km)，這些用戶多數(shù)都采用電動自行車廠家傳授的“勤充電”充電方法，因此這些用戶的電動自行車電池除了30min/d左右騎行時間其余時間大部分都在充電。這一條件出現(xiàn)的隨機(jī)性就構(gòu)成了這一失效現(xiàn)象出現(xiàn)的隨機(jī)性，這是一種電動自行車電池特有的早期容量衰竭現(xiàn)象。

　　2、隨機(jī)性早期容量衰竭的隧道效應(yīng)
　　研究發(fā)現(xiàn)一組正常的電池極板，要充入和放出全部電容量，必須保證極板表層到深層的化學(xué)通道的暢通，其孔隙通道的微觀幾何尺寸越大，孔隙越多，放出的容量就越高，電流就大。而這個條件一旦被破壞，容量就會降低，電流會減小，即使是新電池也不例外。電化學(xué)分析表明，即使正負(fù)極板全部轉(zhuǎn)化成了氧化鉛和二氧化鉛，其容量依舊會大幅度降低，這種狀態(tài)是—種典型的早期容量衰竭的特征。
　　經(jīng)過連續(xù)的跟蹤研究，我們發(fā)現(xiàn)了一種特殊的氧化鉛和二氧化鉛形成結(jié)構(gòu)。
　　通過電化學(xué)分析表明，由于很多用戶一天只有30～60min左右騎行時間，其余時間都在充電。電池極板50％～70％左右的氧化鉛常年不參與工作，但是每次電池充電時的氧化還原反應(yīng)的游離產(chǎn)物都會對電池極板的深層通道產(chǎn)生沉積，經(jīng)過數(shù)百次的連續(xù)沉積，極板的深層通道便被堵塞了，電池容量就僅剩下經(jīng)常使用的那一部分了，同時由于極板常年處于臨界高壓過充狀態(tài)，因此氧化鉛和二氧化鉛產(chǎn)生嚴(yán)重的晶格變異并形成大量β型氧化鉛結(jié)構(gòu)，造成了充足電就是放不出來的現(xiàn)象。
　　免維護(hù)鉛酸電池的通道效應(yīng)是我們在電池的超長壽命研究中提出的一個電池故障新概念，在國內(nèi)幾個著名電動自行車品牌電池的壽命實(shí)驗(yàn)已經(jīng)得到了驗(yàn)證。在實(shí)驗(yàn)中有一種與電池傳統(tǒng)使用理論完全相反的現(xiàn)象。按國際通行的免維

　　護(hù)鉛酸電池使用理論，電動自行車電池充電越勤，則電池壽命越長，淺放電30％就充電，電池壽命應(yīng)該可達(dá)到1300次，但大量的實(shí)驗(yàn)證明結(jié)果恰恰相反，電動自行車電池淺放勤充，不僅不能延長電池壽命，反而會大幅度降低電池的正常壽命，例如：在一組短程用戶群中，他們每天行駛路程在3～8km以內(nèi)，每天騎行后，立即充電，結(jié)果平均不到5個月，電池容量幾乎衰竭至40％～50％。而一些用戶騎行時電池不見到黃燈不充電，每次累計放電量達(dá)到85％左右才充電，電池用了接近4年了還能跑二十幾千米。

　　3、電池隨機(jī)性早期容量衰竭的特定生成條件
　　根據(jù)我們近兩年連續(xù)跟蹤研究：電動自行車使用的免維護(hù)密封鉛酸電池的早期容量衰竭有著特殊的隨機(jī)生成條件，即：
　　(1)這種現(xiàn)象95％以上發(fā)生在那些嚴(yán)格按電動自行車廠家講授的使用方法對電池進(jìn)行充電的用戶身上。
　　(2)這種現(xiàn)象在每天騎行路程越短、每天充電次數(shù)越多、充電時間越長的用戶中發(fā)生概率越高，容量衰竭的程度越嚴(yán)重。
　　(3)研究發(fā)現(xiàn)這些用戶的電池極板60％～80％左右的活性物質(zhì)常年不參與工作，而這部分的活性物質(zhì)卻常年處于14.9V的臨界高電壓狀態(tài)。
　　(4)這種現(xiàn)象絕大部分發(fā)生在那些一個小時內(nèi)就可以把電池充足，其余時間充電器都是以小電流對電池進(jìn)行充電，而充電器對電池保護(hù)性充電時單只電池的電壓能夠穩(wěn)定在14.7V以上的用戶身上。
　　(5)每天騎車時間較長，電池放電超過60％的用戶幾乎不發(fā)生這種現(xiàn)象。
　　(6)每周多次騎行，電池累計放電超過70％再充電的用戶也不發(fā)生這種電池故障。
(7)每天電池使用后正常充電，但每一周或每兩周把電用完一次(用到容量的90％)這種用戶不發(fā)生電池的早期容量衰竭問題。

　　4、電動自行車企業(yè)防御隨機(jī)性早期容量衰竭的措施
　　為有效防御隨機(jī)性早期容量衰竭的產(chǎn)生，實(shí)現(xiàn)電動自行車電池的超長壽命，我們總結(jié)大量實(shí)驗(yàn)室和現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)及企業(yè)電池裝車的平衡配合實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合部分電動自行車電池超長壽命用戶的使用經(jīng)驗(yàn)，我們歸納如下：
　　 (1)電動自行車企業(yè)要實(shí)現(xiàn)電池的超長壽命，必須選用質(zhì)量可靠的采用多元改進(jìn)的鉛合金的電動自行車動力電池，而不能選用普通型的免維護(hù)鉛酸電池，這兩種電池在使用初期性能相差不多，但后期差別極大；更不能因貪圖便宜，選用劣質(zhì)電池，否則將后患無窮，甚至導(dǎo)致電動自行車企業(yè)的最終瓦解。因?yàn)殡姵匾坏┏鰡栴}，用戶的結(jié)論是這種品牌的電動自行車質(zhì)量不行。
 　　(2)新車出廠時電池配對質(zhì)量至關(guān)重要，必須對臨裝車的所有電池進(jìn)行全充全放，記錄分時電流電壓，將每階段參數(shù)一致的電池分歸幾個大組，然后對歸入大組的電池進(jìn)行并聯(lián)小電流充電，大組電池充足后，靜置72h后，選擇靜止電壓最接近的電池，組對裝車。決不能因?yàn)槭切码姵囟�忽視了電池的容量配對。這樣可消除70％以上非平衡型的電池容量衰竭。
　　 (3)企業(yè)和商家應(yīng)告訴電動自行車的用戶，電動自行車電池每次使用時應(yīng)將電量用到總?cè)萘康?5％～90％時再充電，電池壽命為最長，但絕不可把電量放完。因?yàn)檫@樣使用，電池在整個壽命周期內(nèi)，表層極板和深層極板始終都參加工作，深層通道始終保持暢通，而且可以幾天充一次電，這樣就能大幅度減少電池的充電次數(shù)，高機(jī)率的降低了電池被充壞的可能性。而且可以有效防止隨機(jī)性早期容量衰竭的產(chǎn)生。
　　(4)企業(yè)應(yīng)在每個銷售電動自行車的城市建立一個電動自行車電池定期維護(hù)中心，對已銷售的電動自行車電池進(jìn)行定期維護(hù)，對用戶電池實(shí)行半年一次的定期電容量平衡、維護(hù)和修復(fù)。這件事由銷售商代理，既可提高商家的收入，又可免除企業(yè)的后顧之憂，會取得很好效果。因?yàn)榘肽暌淮蔚木S護(hù)能把電池的故障消滅在萌芽狀態(tài)下，使電池壽命會大幅度提高。

　　5、結(jié)論
　　(1)電動自行車使用的免維護(hù)密封鉛酸電池，其電化學(xué)性能、使用性能、存放性能、充放電性能與富液式的鉛酸電池有很大的區(qū)別，不能沿用“勤用勤充”的富液式鉛酸電池的使用維護(hù)理論，否則就會引發(fā)不該出現(xiàn)的電池早期容量衰竭問題。
　　(2)電動自行車出現(xiàn)的免維護(hù)密封鉛酸電池的早期容量衰竭問題，是可以避免的，主要通過充放電規(guī)律的改變和使用方法來調(diào)整。
　　(3)電動自行車企業(yè)和商家對用戶宣傳的那種“電池充電越勤，使用壽命越長”的方法是富液式電池的使用方法，其理論是片面的，在1／3用戶使用條件下是錯誤的，這種方法不僅不能提高電池壽命，反而會因此引發(fā)早期容量衰竭問題，使電池壽命大幅度降低。
　　(4)要實(shí)現(xiàn)電動自行車電池的正常壽命和超長壽命，電動自行車企業(yè)就應(yīng)該在各大城市建立用戶電池維修中心，對用戶的電池進(jìn)行定期的維修和使用指導(dǎo)。（本文僅代表作者個人觀點(diǎn)）