电动自行车铅酸善电池的维护

摘要：提高铅酸电池的使用寿命，除需要对生产技术要素进行改进外，电池的维护和修复也是一个很重要的环节，有效的电池维护和修复方法有助于延长电池寿命。本文描述了电动车铅酸蓄电池工作原理及寿命的定义，分析了电动自行车电池充放电过程中的问题，提出了延长电池使用寿命的方法，介绍一些日常的维护方法以及现有修复仪器的使用情况。
关键词：电动自行车；铅酸蓄电池；维护

0 引言
车载能源系统是电动车商业化的主要障碍，无论是现在还是可以预见的将来，电动车发展的大多数重要方面都会与开发不同种类的能源有关。电动车的车载能源包括蓄电池、燃料电池、超级电容和飞轮等多个种类。而由于蓄电池的技术成熟性和经济性，蓄电池在现在和将来很长一段时间内，都将成为电动车的主要车载能源。长期以来，电动自行车蓄电池存在的主要问题就是使用寿命短，往往达不到正常的使用期限便不能使用了。从国内外电动自行车蓄电池使用情况看，发现它们除了有制造材料和生产工艺方面的问题，更多的却是使用过程中充放电不当所造成的。本文主要针对铅酸蓄电池充电和放电不当对蓄电池使用寿命的影响问题进行分析，提出一些对用户在使用过程中有助于延长电池寿命的维护方法，以及相关的修复仪器的使用情况。

1 电动车铅酸蓄电池
目前能够被电动自行车采用的有以下四种动力蓄电池，即阀控铅酸免维护蓄电池、胶体铅酸蓄电池、镍氢蓄电池和锂离子蓄电池。胶体铅酸蓄电池是铅酸蓄电池的改进型，用胶体电解液代换硫酸电解液，在安全性、蓄电量、放电性能和使用寿命等方面都优于阀控铅酸蓄电池。镍氢蓄电池和锂离子蓄电池成本太高，价格昂贵，还没有得到进一步推广使用。而铅酸蓄电池由于性能可靠，生产工艺成熟，价格低廉，是目前业已商品化的可用于电动车的电池之一。
1)蓄电池电池工作原理
铅酸蓄电池的负极是海绵状的铅制成，正极是二氧化铅制成，海绵状的铅和二氧化铅均为活性物质，在比重为1．28的硫酸水溶液(电解液)中进行电化学反应。
放电反应：Pb+Pb02+2H2S04=2PbSO4+2H2O
充电反应：2PbSO4+2H2O=Pb+PbO2+2H2SO4
铅酸蓄电池充电时，变成硫酸铅的正负两极的海绵状的铅，把固定在其中的硫酸成分释放到电解液中，在电流作用下能重新生成正极的二氧化铅和负极的海绵状的铅，电解液中的硫酸浓度不断增大；反之，放电时，正极中的氧化铅和负极板上的海绵状的铅与电解液中的硫酸发生反应变成硫酸铅，而电解液中的硫酸浓度渐渐降低。
2)电池的组合与主要构件
铅酸密封蓄电池由正、负极板、隔板和电解液、电池槽及连接条(或铅零件)、接线端子和排气阀等组成。一只蓄电池一般由3个单格(6V电池)或6个单格(12V电池)组合而成。
每个单格由若干片正极板与若干片负极板(负极板比正极板多一片)，间隔重叠而成，中间用超细玻璃纤维隔板隔离。数片正极板用铅合金焊接在一起组成正极群，同样数片负极板用铅合金焊接在一起组成负极群，正、负两极群都装于电池槽内组成单体蓄电池。单体电池之间用铅零件或连接条从单格之间的电池槽隔板顶端(或穿孔或穿壁焊)以串联形式连在一起。电池槽盖用密封胶粘结。首尾单格作引出端子，引出正负极。
极板是蓄电池的核心部件，被誉为蓄电池的“心脏”。极板硫化是铅蓄电池常见的故障，也是电池损坏的主要因素之一。隔板被誉为蓄电池“第三电极”。它用以隔离正、负极，防止短路。作为电解液的载体，它能够吸收大量电解液，起到离子良好扩散(离子导电)的作用。对密封蓄电池而言，隔板还作为正极板产生氧气到达负极板的“通道”，使其顺利地建立氧循环，减少水损失。采用超细玻璃纤维是让隔板式蓄电池实现免维护的关键。电解液主要由蒸馏水与硫酸组成，配以一些添加剂混合而成。主要作用：一是参与电化学反应，是蓄电池活性物质之一；二是起导电作用，蓄电池使用时通过电解液中离子迁移，起到导电作用，使电化学反应得以顺利进行。

2 蓄电池充放电问题及其危害
电动车电池一般一年左右就要更换新电池，对电动车用户来说是一个比较重的负担。正常使用蓄电池的充放电循环可达300次以上，而实际使用过程中往往发现蓄电池的寿命远远低于这个充放电循环次数。蓄电池的一个工作循环为充电与放电过程，因此，充放电过程对蓄电池寿命起着至关重要的影响。
1)充电不足和过充电
当铅酸蓄电池充电不足时，正负两极板的硫酸铅不能完全转化变成海绵状铅和氧化铅，部分硫酸铅得不到及时还原而残留在极板上，残留的硫酸铅又会析出并在极板上重新结晶。如果长期充电不足，则会造成硫酸铅结晶，使极板硫化，电池品质变劣、寿命降低。
反之如果电池过充，负极产生的氧气量大于负极的吸附能力，使得蓄电池内压增大，导致气体外溢，电解液减少，还可能导致活性物质软化或脱落，活性物质因脱落而减少，使蓄电池容量下降，当极板上活性物质减少到一定的程度后，蓄电池便不能发挥作用，电池寿命大大缩短。当前许多电动自动车的电池，使用一年甚至几个月，大量电池就出现失水胀肚的报废原凶，归根结底，大都是严重地过充电导致热失控造成的。
2)大电流放电与过放电
蓄电池放电过程中主要的损坏因素有两个：一是大电流放电。一般的铅酸电池最大放电电流为12A，而电动自行车选用胶体电池，所以最大放电电流更小。电动自行车在采用电起动时，蓄电池属于大电流放电，这时极板表面快速生成一层硫酸铅，它隔绝了电解液与深层中的活性物质发生反应，使蓄电池内阻增大、电压降低，速率提高，不能发挥出应有的效能。如果驾驶人员常连续使用电起动，使得蓄电池更进一步过度地大电流放电。这样造成短时间内生成大量的硫酸铅，体积过分膨胀，对活性物质的结合力下降，使极板变形、弯曲，加速活性物质脱落，直至极板断裂损坏。二是过放电，过放电可加剧板栅腐蚀，在板栅活性物质界面产生高电阻层，并引起正极活性物质软化脱落，使电池放电容量迅速下降，促使电池早期失效。