鉅大LARGE | 點擊量：1639次 | 2019年03月15日
電動車電池失效報廢的原因是什么
電動車電池隨著使用時間的長短，自身硫化現象不可避免的存在。很多消費者不了解為什么電池用兩年就需要更換，是什么原因造成了電動車電池報廢？
與其它鉛酸蓄電池的使用環境不同，電動自行車電池的失效原因有其特殊性。電動自行車的電池的循環次數遠遠多后備電源類的電池。
例如，原郵電部[1994]763號電信網維護規程的規定，每年應以實際負荷做一次核對性放電試驗，放出容量的30％～40％。每3年做一次容量試驗，到使用6年以后，每年做一次容量試驗。這樣，電信的電池如果不是頻繁的出現停電，電池很少處于放電狀態。假定每年遇到4次停電，這樣，在10年間電池放電也就是40次，所以電池的深循環壽命定為80次。同時，電信系統的電池放電深度也就是按照30％～40％。
而電動自行車使用的電池依據標準，電池的壽命應該是按照70％標稱容量的放電要達到350次。這樣，電動自行車電池的放電深度和循環壽命遠遠超過電信系統的電池要求。另外，電動自行車電池要求在8小時以內完成充電。這樣，不得不提高充電的電壓值，超過了電池的大量析氣電壓2.42V而形成了較塊速度的失水。而電信系統的電池是完全沒有這樣高的充電電壓的。
同時，電動自行車電池的放電電流很大，就是巡航期間的放電電流也接近于0.5C放電，啟動的時候，放電電流會超過1C放電的。這樣，也在影響電池的使用壽命。由于電池特性的特殊要求，我們看到一些可以給特種供應鉛酸蓄電池的制造商也沒有步入電動自行車電池供應商的行列。一些規模可觀的電池制造商也逐步退出了電動自行車電池供應商的行列。而給電動自行車供貨的電池制造商除了沈陽松下以外，就沒有幾個成規模的電池制造商。雖然沈陽松下供應的電池的初期容量相對最低，按照行業標準檢驗，其容量在合格與不合格之間，但是，其壽命相對比較長。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
這樣，電動自行車使用的電池的性能要求與傳統的密封電池不同，失效模式與傳統的電池失效模式存在很大的差異。出現了一些過去少見的失效模式和失效比例。
一個主要的區別是放電率的差異。普通的閥控密封式鉛酸蓄電池的放電率多數是以10小時率或者20小時率來制定的，而電動自行車的電池都是以2小時率或者3小時率來制定的，這與電池的實際使用情況大體相當。所以，在供應電動自行車電池的初期，電池容量是最大的問題。為了提高電池的容量，各個電池制造商采取了多種方法。
以大量使用的10Ah電池為例，最典型的方法如下：
1、增加極板數量
把原設計的單格5片6片改為6片7片，7片8片，甚至8片9片。靠減薄極板厚度和隔板，增加極板數量來提高電池容量。
2、提高電池的硫酸比重
原來浮充電池的硫酸比重一般都在1.21~1.28之間，而電動自行車的電池的硫酸比重一般都在1.36～1.38左右。只有極少數的采用1.32的比重。
3、增加正極板活性物質用量
4、低溫固化，增加β氧化鉛的比例
一般密封電池為了實現氧循環，都要求做好負極過度。增加正極板活性物質用量，可以提高電池的容量，是以降低氧循環為代價的。通過這些主要措施，電池的初期容量滿足了電動自行車的容量要求，特別是改善了電池的大電流放電的特性，延長了電池大電流放電的壽命。但是，這些措施也制約著電池壽命。
一、電池失水問題
產生電池失水的一些原因主要如下：
1、為了滿足電池在8小時以內充滿電，所以在三段式恒壓限流充電中，不得不通過恒壓值，達到折合單格電池電壓為2.47V～2.49V。這樣，大大超過電池正極板析氧電壓的2.35V和負極板析氫電壓的2.42V。一些充電器制造商的產品為了降低充電時間的指示，提高了恒壓轉浮充的電流，而使得充電指示充滿電以后，還沒有充滿電，就靠提高浮充電壓來彌補。這樣，很多充電器的浮充電壓超過單格電壓2.35V，這樣在浮充階段還在大量析氧。而電池的氧循環又不好，這樣在浮充階段也在不斷的排氣。
2、一些電池制造商沒有找到好的板柵合金，仍然采用低銻合金，這樣，比鉛鈣系列的板柵合金析氣電位低，電池出氣量大，失水相對嚴重。
3、增加極板和增加正極板活性物質用量以后，負極過渡不足，氧循環下降，充電過程中正極板的氧氣來不及被負極板吸收，而產生失水。
4、一些電池的開閥壓偏低，容易排氣，同時電池內部的氧分壓低，降低了氧循環能力，增加了析氣量。
5、由于電池的硫酸比重相對高了很多，所以，電池的硫化也相對嚴重。電池放電以后到第二天充電以前，硫酸比重高的電池的硫化明顯。這樣，更加降低了負極板氧循環的能力。而失水以后的電池，失去的主要是水，留下了硫酸的成分，相當于進一步提高了硫酸的比重，這樣就使電池更加容易硫化。所以，電池的硫化加重了失水，失水又加重了硫化。
為了克服電池的失水，一些電池制造商采取了不少措施。在板柵合金方面，一些電池制造商采用了多種方式，去掉了低銻合金而采用鉛鈣錫鋁合金。提高了電池析氣電壓。同時，緩解了鉛鈣合金的析鈣問題，克服了鉛鈣合金的早期容量損失的意外容量下降。同時，還要解決大電流放電特性下降的問題。
令人遺憾的是，山東某電池制造商采用特種技術，做出了銅網電池，試驗結果證明，其各項參數都非常優秀，但是，可能因為成本問題，沒有見到他們大批量生產和推廣。一些電池制造商改進了電池塑料模具的結構尺寸，增加了電池的開閥壓，降低了電池開閥壓的離散性，改善了氧循環。最重要的一個進步就是采用抗失水的膠體電池結構，大大的改善了氧循環。同時，也出現了膠體電池容易熱失控的故障。為了緩解電池的失水和熱失控，一些電池制造商要求充電器制造商降低恒壓值。但是，簡單的降低恒壓值，沒有降低恒壓轉浮充的電流，電池難免發生欠充電累積，形成電池容量下降。
有創意的是一些電池制造商面臨著電池失水，采取了一些措施，在全國設立了補水站，電池也為補水改進了結構。利用修舊利舊，使平均8個月的電池壽命延長到平均13個月。
為了改善膠體電池的熱失控，最近市場上開始見到一些“半膠體電池”，就是在灌酸的后期，在電池上面再增加膠體。這樣，相當于給普通的AGM隔板電池增加了一層彈性的氣密隔離，增加了隔板之間的氣體壓力，改善了氧循環。同時，比膠體電池的局部壓力小，平均壓力不小。這樣克服了局部高氣壓，緩解了氧循環產生局部高熱。
其結果是：氧循環好于普通AGM隔板電池，熱失控低于膠體電池，而材料成本也低于膠體電池。
二、電池硫化問題
在解剖失效電池中，單純硫化失效的電池不是很多，但是，幾乎所有的電池都不同程度的存在著硫化。一些電池在做70%的1C充電和60％的2C放電中，由于采用連續大電流循環，破壞了電池生成大硫酸鉛結晶的條件，所以可能看不到硫化對電池的破壞。如果試驗中途停頓，電池硫化的問題就會顯現。
由于電池重量大，一些用戶經常采取電池經過多次使用放完電才再次充電，這樣電池放電以后沒有及時充電，電池的硫化就比較嚴重。另外，電池的硫酸比重比較高，也是硫化的重要因素。而電池的硫化，破壞了負極板氧循環的能力，形成更加容易失水。這樣，電池的硫酸比重更加高，導致更加容易硫化。
所以，電池硫化的程度可能不同，但是對電池的壽命影響也是不可忽略的。
三、漏酸問題
在電池密封和排氣閥沒有問題的時候，也會出現漏液。很多電池在灌酸以后，電池處于富液狀態，電池沒有氧循環。靠電池處于開口狀態的三充二放把多于的電解液排出。硫酸比重再次提高。在蓋排氣閥的時候，電解液沒有吸光，還存在游離酸。即時把游離酸吸光，電池還是處在“準貧液”狀態。
隔板中的電解液相對要多一些。而隔板中稍多的電解液影響氧循環，這樣，對新電池進行充電的時候，排氣量比較大，代出的硫酸比較多。形成“漏酸”。而膠體電池前50～100個循環，電池處于富液到貧液的轉換期，排氣比較嚴重，排氣代出膠體微粒形成了“漏酸”。
四、正極板軟化問題
正極板活性物質的有效成分是氧化鉛，氧化鉛分α－PbO2和β－PbO2，其中，α－PbO2是活性物質的骨架，容量比較小；β－PbO2依附α－PbO2構成的骨架上面，其荷電能力比α－PbO2強很多。
氧化鉛放電放電以后輸出硫酸鉛，充電時硫酸鉛生產氧化鉛。而充電的時候，在強酸環境中只能夠生成β－PbO2。所以電池深放電以后，一旦具有骨架作用的α－PbO2參與放電生成硫酸鉛以后，就再也不能夠恢復成為α－PbO2，而充電只能生成β－PbO2。正極板軟化就出現了。正極板一旦出現軟化，起到支持作用的多孔結構被破壞了，正極板的多孔被電池極板的壓力壓實了，就降低了參與反應的真實面積，電池容量就下降了。
這樣，防止過放電就是控制正極板軟化的重要措施。而這個靠的是控制器的欠壓保護。如果欠壓保護電壓過低，電池就會出現過放電，一些α－PbO2參與放電，就會出現正極板軟化。
放電的時候，如果連續放電電流比較大，深層的β－PbO2來不及參與放電反應，外層的α－PbO2就要參與放電反應，這樣，也會形成正極板軟化。所以控制器中的限流參數也浮充重要。電摩的放電電流相對比較大，差不多在1C左右放電，加上放電深度相對比較深，所以非常容易產生正極板軟化。
每次放電，或多或少的總要有一點點α－PbO2參與反應。所以，一個正常使用的電池，在不失水也不硫化，也沒有過放電的情況下，電池的壽命就取決于正極板軟化。
五、電池均衡問題
電池不均衡主要有2中表現形式，其一是某單只電池容量低，其二是電池荷電容量低。第二種情況是說該電池的容量并不抵，但是該電池沒有充滿電。
第一種情況是該電池放電的時候，提前反應電壓下降的快，充電的時候電壓上升也快。第二種情況是充電荷放電電池的電壓都低。
其縮短電池壽命的原因如下：
1、充電時電壓高的電池會增加失水，電壓低的電池會欠充電；
2、放電的時候，電壓低的會出現過放電，形成電池正極板軟化。
這樣，容量低的電池在每次放電的時候放電深度比其他電池深度深，所以正極板軟化的快。二充電電壓高的失水，充電電壓低的欠充電。如果一只電池荷電少，就存在充電少，放電深的問題。這樣該電池就會同時產生正極板軟化荷硫化的問題。
產生電池不均衡的原因如下：
1、對串連電池組的組配不好，存在著容量差和開路電壓差，這是原始就有誤差的問題；
2、電池開閥壓有差別，失水不同，形成后天電池的容量差；
3、電池的自放電不同，逐步形成荷電容量的差異；
4、失水不同，形成電池實際的硫酸比重不同，形成開路電壓差；
5、電池壽命差，在后期反應一只電池容量下降，影響其他電池的正常狀態。
要改進電池的不均衡問題，首先就要改善電池在制造期間的工藝一致性問題。這也是國內多數電池制造商的主要問題。例如，最好的電池制造商的板柵是采用壓鑄的，而國內相當多的電池制造商連鑄板機都沒有，還是手工澆鑄。
六、是熱失控
密封電池的最基本原理之一就是正極板析氧以后，氧氣直接到負極板，被負極板吸收而還原為水，考核電池這個技術指標的參數叫做“密封反應效率”，這種現象叫做“氧循環”。這樣，電池的失水很少，實現了“免維護”，就是免加水。為此，都要求負極板容量做的比正極板容量大一些，叫做負極過渡。
電池在充入電量達到70％以后，電池的極化電壓相對比較高，充電的副反應開始逐步增加。電解水開始了。
在充電的單格電壓達到2.35V以后，首先正極板析氧，在達到2.42V以后，負極板開始析氫。這時候充電的電能轉變為化學能減少，轉變為電解水的能量增加。充電過程的是否析氣取決于充電電壓，析氣量取決于達到析氣電壓以后的充電電流。
所以，在充電過程中，充電電壓在進入恒壓以后，電壓開始接近于最高，充電電流也保持限流值。這時候析氣量最大。在進入恒壓以后，充電電流應該逐步下降，析氣量也應該逐步下降。
充電本身是放熱反應，一般電池的熱設計是可以控制溫升的。在電池大量析氣以后，氧氣在負極板復合為水，發熱量遠遠大于充電時的發熱。密封電池希望負極板具有良好的氧循環能力，但是，氧循環也會產生發熱。所以，氧循環是一把雙刃劍，好處是減少了水損失，壞處是電池會發熱。如果電池發熱，在恒壓充電的條件下，氧循環電流也參與了充電電流，所以充電電流下降速率下降。而電池發熱，會引起充電電流下降速率降低，甚至會引起電流反升。而充電電流在電池發熱的作用下，一旦電流反升，又增加了發熱。這樣，充電電流一直會上升到限流值。電池發高熱，并且積累熱，一直到電池外殼發生熱軟化變形。而電池的熱變形時，內部氣壓高，所以呈現電池時鼓脹的。這就是電池熱失控而損壞電池。電池一旦出現嚴重鼓脹，漏酸和漏氣的問題也出現了，電池會出現急性失效。
誘發電池鼓脹的原因有很多。如果充電電壓高，析氣量大，會產生熱失控。如果某一組電池或者某一個單格電池發生嚴重落后，而充電的恒壓值不變，其他的單格電池也會出現充電電壓相對過高，也會產生熱失控問題。
七、電池異常故障
為了增加電池的容量，目前電動自行車電池的隔板相對比其他電池的隔板薄一些，負極板的硫酸鉛結晶長大，充電以后出現少量硫酸鉛遺留在隔板中，遺留在隔板中的硫酸鉛一旦被還原稱為鉛，積累多了，電池就會出現微短路。這種現象叫做“鉛枝搭橋”。產生這種微短路，輕的產生該單格電壓落后，嚴重的時候會出現單格短路。這種現象不僅僅出現在膠體電池中，在普通的AGM電池中也會出現。一旦出現電池的單格嚴重落后，電池還很容易出現熱失控現象。
還有就是極群組裝虛焊問題。容易產生虛焊的地方是極板。而每個電池的單格有15片極板，就是15個焊點，一個電池有6個單格，就有90個焊點，一組電池由4個電池組成，就要360個焊點。如果一個焊點存在虛焊，該單格容量就下降，進而該單格形成電池落后，形成整個電池都落后，電池就會形成嚴重的不均衡。就會使改組電池提前失效。如果虛焊率達到萬分之一，平均每37組電池就有一組電池存在這虛焊，這是絕對不能夠允許的。而鉛鈣合金的電池，在焊接的時候會析出鈣而掩蓋虛焊問題，這樣，很多電池制造商寧愿還采用低銻合金的板柵而沒有采用簡單的鉛鈣合金。
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