電動(dòng)汽車充電電池性能退化的原因分析及解決方案

　電池的性能退化一方面是使用和老化的自然結(jié)果，另一方面則由于缺乏維護(hù)、苛刻的使用環(huán)境以及不良的充電操作等等加速其劣化。下面將探討充電電池各種難以克服的問題、其原因及彌補(bǔ)這些問題的方法。
　　高的自放電率
　　各種電池都存在自放電，但使用不當(dāng)會(huì)促使這種狀態(tài)的發(fā)展。自放電率呈漸近線規(guī)律，最高的放電率出現(xiàn)在剛充電之后，然后逐漸減小。
　　鎳基電池表現(xiàn)出較高的自放電率。在正常環(huán)境溫度下，新的鎳鎘電池充電后，在第一個(gè)24h期間其電高量約減少10%。此后，自放電率穩(wěn)定至每個(gè)月約10%。通常溫度較高，其放電率也增大。一般的準(zhǔn)則是：溫度每升高10℃自放電率增大1倍。鎳金屬氫化物電池的自放電率比鎳鎘電池約大30%。
　　鎳基電池經(jīng)過數(shù)百次循環(huán)后其自放電率也增大，電池的極板開始膨脹從而更緊密地?cái)D壓電極之間的隔膜，形成金屬樹枝狀晶體，這是結(jié)晶體生長(zhǎng)的結(jié)果（記憶效應(yīng)），從而損壞了電池隔膜，增大了自放電率。如果鎳基電池在24h的自放電達(dá)30%時(shí)，應(yīng)予棄用。
　　鎳離子電池在充電后的第一個(gè)24h的自放電率為5%。此后下降至每月1%-2%，電池的安全保護(hù)電路增加約3%。高的循環(huán)次數(shù)和老化對(duì)鋰基電池的自放電率沒有影響。鉛酸電池的自放電率約每月5%或者每年50%，重復(fù)性的深度循環(huán)充放電則使自放電增大。
　　電池自放電的百分率可用電池分析儀加以測(cè)定，但此程序需要數(shù)小時(shí)。測(cè)得的電池內(nèi)阻?？煞从畴姵氐膬?nèi)阻是否過高。此參數(shù)可用阻抗計(jì)測(cè)量或用電池分析儀的歐姆測(cè)試程序。
　　電池的匹配
　　即使采用了現(xiàn)代化的生產(chǎn)制造技術(shù)，電池的容量也不可能準(zhǔn)確預(yù)測(cè)，尤其是對(duì)鎳基電池。制造過程中，將每個(gè)電池以其容量的大小加以檢測(cè)并分類。高容量“A”類電池通常以優(yōu)質(zhì)級(jí)價(jià)格按特殊用途電池出售;中等容量“B”類電池應(yīng)用于工業(yè)和商業(yè)產(chǎn)品;低端“C”類電池則以廉價(jià)出售。通過循環(huán)充放電并不能改善低端類別電池的容量。購(gòu)買低價(jià)的可充電電池所得的是低電池容量。
　　在以多個(gè)電池組成的電池組中，電池的匹配應(yīng)控制在±2.5%以內(nèi)。在組成電池個(gè)數(shù)多的電池組中，以及需輸出大負(fù)載電流和在低溫下工作的電池組，需要更嚴(yán)格的電池容差控制。在一個(gè)新的電池組中的各個(gè)電池如果稍有小的失配，在經(jīng)過數(shù)次充電循環(huán)后，將能互相平衡自行適應(yīng)。電池之間能否很好地平衡適應(yīng)，關(guān)係到電池組是否具有較長(zhǎng)的使用壽命。
　　為何電池的匹配如此重要？這是因?yàn)橐粋€(gè)“弱”電池含有的容量較小，它比“強(qiáng)”電池更快地放充電。這種放電過程的不平衡導(dǎo)致“弱”電池在放電經(jīng)過低電壓時(shí)，電池極性會(huì)反轉(zhuǎn)。在充電時(shí)“弱”電池在被充過程中首先進(jìn)入發(fā)熱過充狀態(tài)，而此時(shí)較強(qiáng)的電池仍能正常地接受充電并不發(fā)熱。在這兩種情況下“弱”電池處于不利的狀態(tài)，使它變得更“弱”而導(dǎo)致嚴(yán)重的失配。
　　優(yōu)質(zhì)電池比低質(zhì)量電池的電容量更為一致也更為均衡。對(duì)高端大功率工具應(yīng)選用高質(zhì)量電池，因其在大負(fù)荷和極端的溫度環(huán)境下可有高的耐久性。雖付出高成本，然而其回報(bào)是電池組有更長(zhǎng)的壽命。
　　鋰基電池從生產(chǎn)線上下來時(shí)其本質(zhì)性能就匹配得很好。在電池組內(nèi)部各單個(gè)電池需符合嚴(yán)格的容差是非常重要的。電池組所有的電池必須在統(tǒng)一的時(shí)間之內(nèi)達(dá)到充電滿量，而且在放電終結(jié)時(shí)達(dá)到同樣的門限電壓。電池組內(nèi)置的保護(hù)電路應(yīng)在電池出現(xiàn)不正常的工作狀態(tài)時(shí)起到安全保護(hù)作用。
　　短路的電池
　　電池生產(chǎn)廠商常常無法解釋當(dāng)電池還處于較新的狀態(tài)時(shí)，為何某些電池顯示出高的漏電率或者出現(xiàn)電氣短路。其可疑的原因是電池在制造過程中可能混入了外來顆粒雜質(zhì)。另一種是電極上的粗糙點(diǎn)造成對(duì)隔膜的損傷。因此對(duì)電池應(yīng)改善其制造過程，這可大大地減少電池的“早期失效率”（infant mortality）。
　　深度放電造成電池的極性反轉(zhuǎn)也會(huì)導(dǎo)致電池短路。如果鎳基電池在大電流放電至徹底放光時(shí)，這種狀態(tài)也可能出現(xiàn)。高的反向電流可造成永久性的電短路。另一種原因是由不可控的晶狀體的形成導(dǎo)致的隔膜損傷，這就是所謂的記憶效應(yīng)。
　　采用瞬時(shí)大電流脈沖試圖修復(fù)短路的電池，其成功率極為有限。這種短路可能暫時(shí)被蒸發(fā)，但是對(duì)隔膜材料的損傷依然存在。這種修復(fù)后的電池常表現(xiàn)有高的放電率并且短路還會(huì)再次出現(xiàn)。在一個(gè)已老化的電池組中更換某個(gè)短路電池并非可取。除非這個(gè)新電池在電池電壓和容量上與電池組中的其它電池性能一樣是匹配的。
　　電解液的損耗
　　電池雖然都是密封的，但在其使用壽命期間會(huì)損失一些電解液，特別是如果由于粗心不適當(dāng)充電產(chǎn)生過大的氣體壓力以致出現(xiàn)氣體排放。一旦出現(xiàn)氣體排放，在鎳基電池上的彈簧加壓的排氣密封墊可能難以完好地再封閉，從而造成密封墊周圍淀積起白色粉末，電解液的損耗最終將降低電池容量。
　　滲透或是在氣閥調(diào)節(jié)的鉛酸電池（VRCA）中電解液的損耗是一個(gè)久已存在的問題。其原因是過充以及在高溫下工作造成的。用加水補(bǔ)充電解液的損耗成效是有限的，雖然可以部分地恢覆電池容量，但電池的性能將不甚可靠。
　　如果正確地充電，鋰離子電池應(yīng)不產(chǎn)生氣體以致出現(xiàn)排氣的問題。但是鋰離子電池在某些條件下也會(huì)產(chǎn)生內(nèi)部壓力。某些電池內(nèi)部配置——電路開關(guān)，當(dāng)電池壓力達(dá)到某個(gè)臨界值時(shí)，該開關(guān)可切斷電流。另外有些電池則設(shè)計(jì)成一種可控的方式或打開安全隔膜以釋放氣體。
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