論系統(tǒng)方法解決電動(dòng)自行車(chē)用蓄電池的壽命問(wèn)題
        ——石家莊開(kāi)發(fā)區(qū)科大智能機(jī)器研究所 倪德慷
  本人在對(duì)電動(dòng)車(chē)電瓶的研究過(guò)程中發(fā)現(xiàn),影響電動(dòng)自行車(chē)用鉛酸蓄電池的因素很多,歸鈉起來(lái)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(guò)程不均衡,是因?yàn)殂U酸蓄電池的離散性本來(lái)就高于其他種類(lèi)的電池,在使用過(guò)程中,本來(lái)一致的電池也會(huì)變的不均衡.據(jù)我們觀察,不一致性是蓄電池組過(guò)早失效的一個(gè)重要原因.以36V電動(dòng)車(chē)為例,在不均衡條件下,假如充電電壓限制為43.2V,這時(shí)并非每塊電池都是14.4V,有的尚未充滿有的已過(guò)充,同樣當(dāng)放電至終止電壓31.5V時(shí),也并非每一塊電瓶都是10.5V,有的電池已然過(guò)放.在這種條件下反復(fù)使用,自然會(huì)大大降低蓄電池的使用壽命.不光是電動(dòng)車(chē),凡是需要蓄電池串聯(lián)使用的地方,就會(huì)有同樣的情況發(fā)生.

三.電動(dòng)輪彀的質(zhì)量直接影響蓄電池的壽命

  因?yàn)閲?guó)內(nèi)生產(chǎn)電動(dòng)輪彀的企業(yè)眾多,魚(yú)龍混雜、良莠不齊,質(zhì)量較差、效率較低的電動(dòng)輪彀對(duì)蓄電池的直接影響就是造成放電電流加大,特別是在起動(dòng)、爬坡的情況下尤為嚴(yán)重,會(huì)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(duì)蓄電池壽命至關(guān)重要

  目前市場(chǎng)上流行的充電器,基本上就是一個(gè)開(kāi)關(guān)電源或是在開(kāi)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(jià)格在100-150元不等.用這種充電器有兩個(gè)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?yàn)榧由暇獬潆姵杀疽幸欢ǚ鹊奶岣?后面將會(huì)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(guò)早失效的問(wèn)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(guò)程中有幾個(gè)問(wèn)題,對(duì)蓄電池壽命影響較大.1.充電不及時(shí),以36V電動(dòng)車(chē)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(mén),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(huì)引起放電電流增大.3.過(guò)放電,雖然目前大多數(shù)電動(dòng)車(chē)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(huì)兒會(huì)出現(xiàn)電壓回升現(xiàn)象,這時(shí)消費(fèi)者繼續(xù)使用無(wú)疑會(huì)造成過(guò)放電.

  綜上所述,電動(dòng)自行車(chē)用蓄電池的壽命是多種因素綜合作用的結(jié)果,那么問(wèn)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(jiān)決反對(duì)那種為了推銷(xiāo)自己的產(chǎn)品,不顧事實(shí)、夸大其詞、誤導(dǎo)消費(fèi)者的行為,而是認(rèn)為綜合性問(wèn)題要用系統(tǒng)方法解決,為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)我們做了如下工作:

一.對(duì)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(dòng)力電瓶和起動(dòng)電瓶在使用要求上完全不同,那么在設(shè)計(jì)動(dòng)力電瓶時(shí)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(zhuān)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(guò)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(shí)現(xiàn)不流動(dòng)電解液,使電池能以任何角度放置和充電.可能大家會(huì)懷疑我說(shuō)的這些,因?yàn)橐獙?shí)現(xiàn)這么大量的改進(jìn),其實(shí)驗(yàn)量相當(dāng)?shù)拇?短時(shí)間內(nèi)不可能完成.其實(shí)這得益于我們有一整套先進(jìn)的智能檢測(cè)設(shè)備,這些設(shè)備都是我們自行研制生產(chǎn)的,在我們開(kāi)始階段,是將所設(shè)想的二十多種方案做成樣品,同時(shí)在設(shè)備上做實(shí)驗(yàn),然后通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析,以及壽命終止電池的解剖,來(lái)篩選和優(yōu)化配方,設(shè)計(jì)出新的方案再進(jìn)行實(shí)驗(yàn),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(dòng)車(chē)專(zhuān)用蓄電池”標(biāo)準(zhǔn)測(cè)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(shí),5小時(shí)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?yàn)閺默F(xiàn)在取得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)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(dòng)自行車(chē)生產(chǎn)廠家已經(jīng)意識(shí)到配組的重要意義,所以向我們求購(gòu)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(lái)之后再加一個(gè)均衡配組工藝,增加了設(shè)備、工時(shí)、人員投入,從而增加了本來(lái)就很高的電動(dòng)車(chē)成本,所以我們對(duì)蓄電池生產(chǎn)過(guò)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(shí)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(shí)間通過(guò)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(shí),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(guò)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(kāi)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(cè)電瓶的開(kāi)路電壓是沒(méi)有意義的,單純比較幾個(gè)點(diǎn)的電壓變化和容量變化是片面的,對(duì)一批樣品手動(dòng)測(cè)電壓也會(huì)因時(shí)間間隔過(guò)長(zhǎng)而影響準(zhǔn)確性(充放電過(guò)程中電壓始終是不斷變化的,而相對(duì)穩(wěn)定的空載電壓又沒(méi)有任何意義),而蓄電池內(nèi)阻的測(cè)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?yàn)樾铍姵貎?nèi)阻本來(lái)就是一個(gè)動(dòng)態(tài)的參數(shù),會(huì)因通電電流的不同而產(chǎn)生變化,無(wú)法反映在電動(dòng)車(chē)使用過(guò)程中電瓶的綜合充放電性能.只有在對(duì)一批電池統(tǒng)一充放電的同時(shí)實(shí)時(shí)采樣,然后進(jìn)行比較才能夠真正實(shí)現(xiàn)蓄電池的均衡配組.

  為使上述設(shè)想在實(shí)際操作中得以實(shí)現(xiàn),我們自行研制成功專(zhuān)用智能化成設(shè)備和相關(guān)軟件,在原來(lái)電池化成工藝的基礎(chǔ)上,實(shí)現(xiàn)在化成過(guò)程中實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù),再由計(jì)算機(jī)自動(dòng)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(duì)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(gè)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(dòng)原有生產(chǎn)工藝路線,處理量大.2、操作簡(jiǎn)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(jì)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(gè)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(duì)蓄電池的特性了解太少所至.這是因?yàn)榧词挂粋€(gè)工廠出的產(chǎn)品,個(gè)體也會(huì)存在差異,即使經(jīng)過(guò)配組,那組和組之間也不一樣,而且蓄電池每一次充電時(shí)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(huì)有很大的變化,而且在使用過(guò)程中組成電池組的蓄電池也會(huì)出現(xiàn)走偏現(xiàn)象,諸如此類(lèi)的問(wèn)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(xiàng)功能,1.在充電過(guò)程中對(duì)蓄電池組進(jìn)行實(shí)時(shí)采樣,檢測(cè)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(duì)檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行分析,并做出反應(yīng),如什么時(shí)候進(jìn)行脈動(dòng)充電、什么時(shí)候加入負(fù)脈沖,加多大的負(fù)脈沖、什么時(shí)候啟動(dòng)均衡充電功能.3.判斷充電是否已滿,自動(dòng)停止充電.4.將整個(gè)充電過(guò)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(wú)明顯失水,真正做到免維護(hù).為了實(shí)現(xiàn)上述要求,我們對(duì)硬件電路進(jìn)行專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì),并且增加在蓄電池組串接點(diǎn)上采樣的功能,拿36V電動(dòng)車(chē)為例,用我們的充電器就需要4個(gè)引出點(diǎn),這樣才能做到實(shí)時(shí)檢測(cè)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(jì)算,使充電器可根據(jù)具體情況自行做出判斷和采取行動(dòng).增加這些功能,成本肯定會(huì)上升,這就要消費(fèi)者自己來(lái)分析是否合算了.本人認(rèn)為,充電器的壽命很長(zhǎng),個(gè)別元器件損壞也容易修理,而一次的投入可以有效延長(zhǎng)電池的使用壽命,從而降低電動(dòng)自行車(chē)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(dòng)自行車(chē)的使用者,還包括很多的電動(dòng)車(chē)的生產(chǎn)者和經(jīng)營(yíng)者,可以說(shuō),這些生產(chǎn)者和經(jīng)營(yíng)者這方面知識(shí)的欠缺是造成電動(dòng)自行車(chē)使用者誤操作的一個(gè)主要原因.

五.電動(dòng)車(chē)廠家的配件采購(gòu)原則

  本人認(rèn)為,廠家在選購(gòu)配件時(shí)應(yīng)堅(jiān)持的一個(gè)原則是性?xún)r(jià)比原則,可能有人會(huì)認(rèn)為我說(shuō)的是廢話,誰(shuí)不知道這個(gè)呢?其實(shí)不然,因?yàn)閮r(jià)格是容易判定的,但性能的判定是需要有相關(guān)知識(shí)做保證的,具體到電動(dòng)自行車(chē)配件,就還要增加綜合知識(shí)的運(yùn)用能力.否則就會(huì)出現(xiàn)好的車(chē)體、電池、控制器、充電器被一個(gè)次的電動(dòng)輪彀拖累的情況,這實(shí)際上是很不劃算的.電動(dòng)車(chē)是一個(gè)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(qǐng)業(yè)內(nèi)人士批評(píng)指正.相信在大家的共同努力下,我國(guó)的電動(dòng)車(chē)產(chǎn)業(yè)定會(huì)有一個(gè)大的法展.