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探析电动车用电池的配组问题
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众所周知,电动车动力电源的蓄电池,是在深度充放电条件下工作的,这就要求我们在生产中重视配组问题,否则,电池的使用寿命就会在2个月后逐渐终结。但是,由于对其中一些问题的忽视,部分电动车电池厂的产品质量在过去几年里一直得不到消费者的认可。本文针对目前配组方面存在的问题谈些个人看法,以期和同行探讨。

一、配组的含义

目前,人们对电动车电池配组的理解尚无形成一致意见。一般认为,所谓电动车电池的配组就是保证每组电池中单只电池的容量的一致性。我们认为,所谓的配组并不是单单容量一样那么简单,这里面除了容量一致外,容量的衰减速率、电池在充电态所表现的特性(如内阻、端电压等)、电池的其他充放电特性都是不可忽视的问题。例如:

两只电池虽然初容量相同,但是容量随循环衰减的速度不同,那么随电池的使用时间增加,容量的差异就会越来越大。

如果两只电池的内阻不同,则充电时的发热量就会有差异,内阻大的那只电池在充电时就会温度升高,温度的升高又促使密封反应效率增高,进而还会增加温度,这样就会引发耗水量的增加,甚至造成热失控等。这些又会进一步地促使两只电池间的差异。

总之,笔者认为,所谓的配组就是要保证一组电池中的每只电池的每单格的性能的一致性。而绝非仅仅容量一致。

二、配组的类型

多数厂家对电动车电池的配组从以下几个方面着手:

2.1极板重量的配组(也称配重)

通过控制正负极板的每单格重量来控制电池的容量。要求首先把极板的四边的毛边毛刺、多余的铅粉、极耳整理干净,选出变形的、厚度不均匀的、活物质脱落的等不合格产品,然后进行称重配重即重量配组。配重工艺各厂大同小异。极板重量的配组是整个配组的基础。

2.2容量配组

容量配组是将电池进行充放电激活后,放电,根据电池放电容量进行配组。这里要根据充放电设备的不同确定配组工艺。根据笔者的了解,目前电池厂根据自身的条件通常选择三种类型的设备:①采用普通的充放电机充放电,利用数字电压表手工测量电压进行配组;②利用普通的充放电机进行充放电,采用外配的电池巡检仪进行配组;③采用独立的充放电配组一体机进行充放电配组。方法①设备投资小,配组误差大;方法②配置了巡检仪,每路18只电池的巡检时间为4.5s左右,相对来说配组精度可以提高很多;方法③配组精度更高,因每只电池单独进行控制,充电时不会欠充和过充,放电过程中不会过放电,具有便于观察充放电过程中的问题,更有利于数据的记录和分析,但是设备投资比较高。

2.3电池静置电压配组(端电压配组)

电池静置后的端电压间接地反映了电池的某些性能,例如电压的高低反映了电解液的浓度;端电压的下降情况反映了电池的自放电情况等。因此保证电动车电池每组的端电压的一致也是保证其性能一致的一个主要因素。这项工作需根据环境温度确定静置时间(24~48h),温度低时静置时间要适当延长。

2.4电池充电态电压的配组

电池在串联充电时,通过每只电池的电流是一样的,但由于每只电池的特性(内阻、正负极电位、密封反应效率等)的不同,反映在电池两端的电压就不同。这个电压的高低通常和电池的电解液密度、电解液添加剂、极板活物质添加剂、隔板特性、铅合金成份、电池组装结构形式等因素有关。但监测这个电压比较难以掌握,所以多数厂家只把这项作为一个参考参数,并未进行真正实施。因为这个电压具有一定的离散性,它随充电电流的增大而增大;随充电时间的增加而提高。

三、配组中易忽视的问题

3.1配重的问题

极板配重的实质是要保证每组极板的活物质相符,这样才可以保证每组电池的每单格容量相等。这方面有以下几个问题需要认真对待:

①板栅的重量误差

电池厂配组时称量的是极板的重量,然而极板是由板栅和活物质组成的,如果极板厂在生产过程中对板栅的重量误差控制不好,电池厂的配组工作等于白做。因此电池厂对供货单位极板的板栅均匀性的检验应该纳入内部质量管理的一个重要部分(这方面多数电池厂往往忽视了)。

②极板含水量

不同极板厂家对极板的含水量这个指标规定可能不尽相同,但一般负极板含水量≤0.5%,正极板含水量≤1%。对于电动车电池极板来说,极板比较厚,在烘干条件不十分好的厂家,往往烘干室内的温度控制系统和循环风系统不够完善,这就造成极板的含水量往往超出实际所要求的范围。可怕的是,在没有循环风的烘干室内,往往不同位置的极板的含水量相差很大,我们对某厂检测的结果发现,不同位置的正极板含水量差很大,检测结果见表1。

类似这种情况对配组造成的影响已经很严重了。

③干荷电性能

同批极板的干荷电质量不一致,在电池的充电过程中有两方面问题:一是干荷电差的电池的负极板在充电过程中会有部分脱落;二是如果电池在生产过程中充电量不足,可能会造成容量配组的假象。

3.2电解液量对配组的影响

对于电动车电池来说,电池槽的容量有限,考虑到电池寿命原因,极板设计一般都厚,因此从一般来说电池的活物质量相对于硫酸的量来说是过量的。换句话来说,电池的容量主要由硫酸的数量来决定。这样如果我们在电池加酸的过程中没有严格控制每单格的加酸量,则就会出现电池每格容量的差异。这就是现在的过量加酸法的弊端。我们采取的办法是:严格控制加酸量(由真空加酸机加酸),同时有合理而严格的充放电工艺相配套,加酸时一次性由加酸机加够数量,电池上同样加加酸壶(也称富液壶)但不再加酸,加加酸壶的目的是防止电池在充电时电解液的溢出。同时根据一年四季气温的变化适当调整充放电工艺,确保电池在整个充放电工艺结束后,电池内电解液的饱和度。通过我们的实际操作,电池的均匀性提高很多。

3.3温度对配组的影响

温度对配组的影响可分为充电时和放电时两个方面。充电时,电池的充电接受能力与温度关系很大,特别是在恒压充电情况下,电池的充电电流随温度的增加而增加,即使是恒流充电,电池内的电化学反应也随温度的升高而反应效率提高。放电时,放电容量(或时间)与温度的关系符合下式规律:

C25=Ct/1+0.009(t-25)

这就要求我们在配组时,不同时间段进行充放电的电池最好不要在一起配组,即便在一起配,也要把温度的因素考虑进去。通常可以把不同时间段(环境温度不一样)的电池的放电时间统一换算到25℃时的时间。

3.4设备对配组的影响

设备对配组的影响分两方面:一是设备本身精度对配组的影响,例如现在市场上出售的配组巡检仪(有的叫配组机)巡检一路电池(通常为18只)的时间1.5~5s不等,电压测量精度也不同;二是设备外部布线引起的误差,以一台24路充放电机为例,这24路与机器的远近有差别,有些可能每路的连线规格也不同,这就引起线路压降的差异。

3.5不同批次的极板的性能差异

极板生产是一个极其复杂的物理化学反应过程,极板的特性与这些过程有着密切的关系。例如:极板生产中的合膏温度、固化条件(温度、湿度、时间、室内温度湿度的均匀度等)、化成工艺、化成时的环境温度等在每一批次里都可能有操作上的或者非操作上的误差,这些误差必然造成极板的每批次的性能误差。因此我们的配组尽量要做到每批次的极板在一起配组。

3.6工艺与设备的协调

要生产出好的产品首先是工艺技术,其次是设备和过程控制,这是做好产品的基本条件,一般厂家都很重视。但是怎么做到好的工艺技术和设备的协调,这是很主要也是很难并且容易被忽视的。应该说好的工艺来自车间一线,技术人员或工程师在办公室里永远编不出完美的生产工艺。编出的工艺到车间去验证,往往会发现很多问题,比如不易操作的问题、设备跟不上的问题等,这时就要经过修改,修改后再拿到车间去验证,如此反复多次这个工艺就会比较完善。这就要求我们的技术人员不能老是坐在办公室里纸上谈兵,要理论结合实际。

例如充放电工艺与设备,简单的充放电机只有恒流充电和恒流放电两种模式,这就要求我们在设置充电工艺时尽量采取多阶段的设置,以尽量提高充电效率,但同时如果阶段之间不能自动转换,又要考虑工人操作的问题,必须进行兼顾。功能比较全、功率余量大的充电机,在设置充电工艺时,往往前期电流设置的都很大,阶段转换往往以电池电压为条件,中后阶段往往又多采取恒压充电,这种情况就要考虑到电池的温度了,如果电池在温度比较高的环境中,又没有什么散热措施的话,前面大电流的充电会带来电池温升,温度的增高又会影响中后期恒压阶段的电流迟迟不降,这又会使电池的温度进一步提高,耗水增加,甚至造成更严重的后果。

再如放电,我们知道电动助力车电池一般在生产中每路18只电池,串联放电,每只电池两端引线巡检,设置电池放电终止时的电压按照每只电池平均电压10.5V,18只电池总的电压为:18×10.5=189V,工艺中就设置189V终止,结果当电池放电终止时巡检仪检测的结果是每只电池的电压都超过11.20V。这就是工艺和设备的一个典型的没有协调好的问题,原因是从电池到充放电机连接的电线的压降比较大,而这个电压降机器检测不到。放电时,满足下等式:

U1+U2+U3+……+U18=U+(Ur1+Ur2)(1)

式中:U1—U18分别是电池1—18的端电压,U是充放电机检测到的电压,Ur1+Ur2是线路电阻R1和R2在放电时所产生的电压降。变换上式则:

U=(U1+U2+U3+……+U18)-(Ur1-Ur2)(2)

由式2看出,充放电机所检测的电压不是电池的放电电压,而是放电电压和线路压降的差值。由于线路的压降与线路的电阻和放电电流成正比,因此,放电电流越大这种现象就越明显。这就是制定工艺时忽略的问题。

上面的问题同样存在于充电阶段,充电时同样充电电流会在线路电阻(R1+R2)上产生电压降。这里不再赘述。

四、结语

通过以上分析我们知道,电动助力车电池的生产过程中影响配组精度的因素很多,有材料的因素、有设备的因素、还有环境条件的因素等,有的是现在可以解决的,有的还需要我们进一步地去研究可行的措施。(end)
文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者,请点击此处) (5/30/2010)
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