【doc】 长寿命电动自行车电池研究

【doc】 长寿命电动自行车电池研究 长寿命电动自行车电池研究 ELECTRICBICYClE 长寿命电动自行车电池研究 口柳厚田周彦葆杨春晓何开年(复旦大学化学系) 摘要:为了延长电动自行车的使用寿命,做了实验研究:试验电池均采用涂膏式极板,铅膏中 含有一定量的FD型复合添加剂和少量高活性磺化导电纤维.正极板栅合金为低钙及含Sn量稍 高的Pb—Ca-Sn等五元合金.负极板栅为低Sn的f)b—Ca—Sn—Al合金.通过容量和循环寿命实验 证明:通过以上技术使电池的初始比能量达到2h率36.8Wh/kg;在适当限制初始比能量,改 进电极板配方及制造工艺的条件下,可将电池深循环延长至700次以上,使电动自行车电池在 小于180w电机配套的条件下具有1.5,2年的使用寿命. 关键词:电动自行车;阀控式铅酸蓄电池:板栅合金;电解液;比能量;循环寿命 1前言 近5年来,电动自行车市场得到了前所未有的发 展.然而,几年来发展电动自行车的实践明,电池 寿命仍制约着电动自行车的发展.虽然,在性能价格 比,安全可靠性和高,低温性能上,阀控式铅酸蓄电 池目前还占有明显优势,使其在近年的电动自行车配 套率在95%以上.但由于电池性能的良莠不齐,尤其 是深充放循环寿命的不理想,仍极大地影响着电动车 市场的发展潜力.通过近几年的努力,本课组自 1995年开始就致力于延长电池的循环寿命的研究,终 于使电池的深充放循环寿命得到了显着的延长,从而 为电动自行车市场研制出具有更长使用寿命的阀控式 电池. 2实验 供试验用的长寿命阀控式铅酸电池为当前电动自 行车,电动摩托车上广泛使用的12VlOAh,12V17 国家自然科学基金(No.20173013)资助项目. ?第10期2005,10 Ah和12V20Ah3种规格.在上述电池中,根据目前 市场最大配套,又选定12VlOAh电池作为长寿 命电池的研究重点. 试验电池均采用涂膏式极板,铅膏中含有一定量 的FD型复合添加剂和少量高活性磺化导电纤维.正 极板栅合金为低钙及含sn量稍高的Pb-Ca—Sn等五元 合金.负极板栅为低sn的Pb-Ca—Sn—Al合金.生极 板经槽外化成,洗涤并干燥后,采用AGM隔板装配成 12V电池.12VlOAh电池每单格内含有13片极板 (其中6片为正极板,7片为负极板).含不同添加剂 的电解液密度约1.32,1.35g/cm.,电解液中含有少 量可有效抑制微品短路和极板硫酸盐化的添加剂或配 制成含此种添加剂的亚胶体形态.加酸后的电池平均 重量约4.4kg.12V17Ah电池每单格含有9片极板 (其中4片为正极板,5片为负极板).电解液密度与 12VlOAh电池相同,电池的平均重量约6.2kg.12 V30Ah电池除极板较12V17Ah的高出14mm之外, 其余结构与l2V17Ah相同,电池的平均重量约7 kg.电池的整体结构依型号不同采用2×3或l×6的 单格排列方式.电池外壳为ABS注塑而成,内部单格 电池之间的连接为跨焊方式. 3结果与讨论 3.1电池的容量特性 图1示出了采用F—I型新技术制造的电池与常规 Pb—ca—Sn电池的性能比较.由图中可见,电池的初始 放电性能明显超过常规电池.依不同放电终止电压时 所测得电池的初始容量可求得电池以2h率放电的初 始比能量,当电池的放电终止电压为l0.5V时,采 用F—I型配方制造的电池,其平均重量比能量可达36 Wh/kg以上.若以9.6V为放电终止电压,则其重量 比能量可达36.4,37.7Wh/kg,与本课题组送检电池 并经上海市质检所测得的36.8Wh/kg的比能量值十 分接近. 13,5-F—I型技术 …,?常规电池 lJ.U-. 12,5?. >.?. \12.0?.. 11,5.? . . . . 11.0. .. 山_ 1O,5 9.5 9.0 020406080100120140160 放电时间/rain 图1以不同技术生产的12V10Ah电池的放电性能比较 (放电电流5A) 3.2充放循环寿命 3.2.1电池按70%DOD充放时的循环寿命 按照F—I型工艺制造的电池,虽然具有较高的 初始容量和较大的比能量,但电池在循环充放中容量 下降较快,深循环寿命较短.为此,我们在FII型 技市与开发 JISHUYUKAIFA 电池中削减了电池的初始容量,以降低电池的循环放 电深度.按照电动自行车用密封铅酸蓄电池的部颁标 准(JB/T10262—2001),将12Vl0Ah电池模拟实车 行驶,以恒压l6V,限流1.5A充电5.6h,5A恒 流放电1.4h为循环周期(即2h率放电70%oDOD) 进行循环充放,测得F—IIB型电池具有7l8次的循环 寿命(见图2),是常规Pb—ca—Sn合金电池寿命(平 13,0 12,5 >l2,0 11,5 - 母】 割11,0 母)l05 9,5 9,0 一…FIIB型技术 ? F—IIA型技术 一 常规电池 nIlIi…ll…llll,Iin.1:-. 0100200300400500600700800 循环次数/次 图212V12Ah电池按70~/6oDOD充放时的循环寿命 (放电电流.5A) 均350次)的2倍以上.而与F—IIA型(非胶状电解 液)的电池相比,其寿命亦有较明显的提高. 3.2.2电池按100%DOD充放时的循环寿命 分别采用F—IIA,F—IIB型工艺及常规技术研制 了3种类型的12V10Ah电池,电池以14.6,14.8V 恒压,1.5A限流充电9.5h,5A恒流放电至l0.5 V为循环周期(即2h率放电100%D0D)进行放电寿 命试验(见图3).图中曲线表明:采用F—IIB型技术 后的电池,在100%DOD的全充放条件下,电池循环 至735次,仍具有64min的放电容量.这一结果表 明,在适当限制初始容量并合理选用FD复合添加剂 和亚胶体的电动自行车电池,即使在上述的深循环条 件下,亦具有可能运行1.5,2a以上的使用寿命. 3.2.3电池的快速等效循环寿命 自电动自行车普及以来,电动自行车制造商为快 10 ?2O05.’’— 鱼登 [ \ 唰 OAh电池应以20A(>2倍率)电流放电 18min(相当于以2C的电流放电至60DOD),再以 10A(1倍率)电流充电42min.此种大电流快速充, 放电对电池性能要求极为严格.由于充,放电流大, 电池发热严重,失水快,很容易损坏.显然,该法的 检测结果与电池的实际深充放能力并没有平行关系,但 > \ -F—IIB型技术 ? FIIA型技术 ‘ 常规电池 0100200300400500600 循环次数/次 图4采用不同技术制成的电池的快速等效循环寿命比较 (放电电流5A) ?第10期2005.10 作为电动车厂家短期快速评价电池性能,仍具有一定的 参考价值.图4示出了采用FIIA技术,F—IIB技术以 及常规型的电池的快速充放寿命对比曲线.由图中可 见,采用F—IIA技术的电池,其快速充放循环达到519 次,显着优于FIIB技术型和常规PbcaSn合金电池, 这可能与不同种类电解液的离子电导性能有关. 上述研究结果充分表明,在电池制造中采用了上 述几项新技术之后,完全可将电动自行车电池的使用 寿命延长至1.5,2a. 上述电动自行车电池所具有较长深循环寿命,可 能与下列因素有关: (1)高活性正极FD型复合添加剂的使用及改进 后的正负极配方对提高电极活性物质利用率和减少循 环中容量的衰减具有重要的作用; (2)低钙正极板栅的使用有助于降低腐蚀膜的生 长速度和膜阻抗; (3)和膏中采用P—GB添加剂可增强活性物质颗 粒间和活性物质与板栅间的结合能力; (4)正确选择铅膏的视密度,含酸量,极板固化温 湿度,电池的加酸量,以及正负极活性物质的比例,对[标签:快照]