4-《初哥電動車充電技術研究之一:電動車用鉛酸電池簡介》

初哥電動車修理維修 發佈 2022-08-15T10:19:52.056028+00:00

《初哥電動車充電技術研究之一:電動車用鉛酸電池簡介》全文共分兩期分別發表於《電子報》2021年38、39期,全文大約7200字,圖片版如上,PDF電子版請聯繫《電子報》社購買,進入報社公眾號,找到第38、39期導讀,文中有電子版購買方式。


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以下為文字版,全文約9600字,在已發表的文章上面略有修改,大體內容並無差異,描述更加詳細而已。


初哥電動車充電技術研究之一:電動車用鉛酸蓄電池簡介

作者:鍾偉初

作者簡介:鍾偉初,2007年計算機科學與技術本科畢業, 2017-2020年專職從事電動自行車、電動三輪車修理研究工作,期間積累了豐富的一線經驗,2020年11月創辦廣東初哥大老世科技有限公司,繼續從事電動車相關技術研究工作。


本文所稱電動車包括電動自行車、電動摩托車和電動三輪車,所稱電池除特別說明外,均指電動車用鉛酸蓄電池。文中涉及的電池技術標準、參數等均為電動車行業專用,不適用於其他類型的電池,也不適用於其他領域所用的鉛酸蓄電池。


電動車已經成為老百姓最常用的代步工具,電動車主要由電機、控制器、電池、充電器四大部件組成動力系統。電池為可循環充放電的鉛酸蓄電池,電機、控制器、電池均為直流電(英文簡稱DC),充電器將220V交流電轉換成直流電,把電能儲存到電池裡面,為電動車騎行工作提供動力。

鉛酸蓄電池,生產維護成本都比較合理,安全性、實用性經得起時間考驗,性價比高,回收再利用價值高,因此,其主流地位不會輕易被鋰電池取代。研究利用好電動車用鉛酸蓄電池,具有很高的經濟效益、社會效益和生態效益。


下面介紹電動車電池的基本知識:

一、電動車電池屬性簡介(鉛酸蓄電池的一種)

車輛使用的鉛酸蓄電池主要有兩種:

一種是啟動型電池,顧名思義,這種電池主要用於汽車、摩托車點火啟動,以及維持全車的電路、控制系統工作。這種電池一般為富液型電池,即能看到流動的電解液,這樣的設計主要有四個特點:1.瞬間及短時放電電流特別大——點火啟動車輛。2.樁頭(接線柱)大、極板大——承載大電流。3.適應隨時在線充電——車子啟動後一直充電。4.體積大——有利於容納電解液和滿足散熱要求。啟動型電池雖然放電電流可以很大,但容量設計並不大,不能持續為電動車提供動力,而且體積過大,因此不適用於電動車。

另一種是動力型電池,顧名思義,這種電池主要為電動車提供動力以及維持全車電路、控制系統工作。這種電池一般為貧液型電池,即看不到流動的電解液。其主要特點有三:1.容量較大,且能以較大電流持續放電,根據型號不同,常規的最大放電電流為15A~45A。2.體積和重量要適中,以控制空間以及整車重量。3.樁頭較小,因此無法承載很大的電流,否則會縮短電池壽命甚至損壞電池,因此不能用來作為車輛的啟動電池。

電動車電池既然屬於鉛酸蓄電池,其特點和特性跟普通鉛酸電池是一樣的,例如充放電均會受到環境溫度影響,充電過程中會失水,而失水是決定電池壽命的關鍵因素,雖然目前都是免維護電池,但有一定基礎和經驗,還是可以對電池進行維護保養的,這個暫不討論,以後再詳細介紹。


二、電動車電池的基本規格參數簡介

每隻電池有正負兩個極(又稱樁頭、接線柱),電動車電池的樁頭有兩種:螺栓式(擰螺絲)和焊線式(烙鐵焊接)。焊線式一般只在額定容量為12AH的電池上面使用,由於焊線式的樁頭容易斷裂,給安裝和售後造成很多困擾,目前12AH電池也廣泛使用螺栓式了。從技術角度來看,焊線式連接牢固可靠,螺栓式可能出現螺絲沒擰緊的情況。從操作角度來看,螺栓式更方便易用,樁頭更耐用。

鉛酸蓄電池的規格參數有很多,常規參數有四個:1.格數,即單格的數量。2.額定電壓:單位為伏,英文符號為V。3.額定容量:單位為安培小時,簡稱安時,英語符號為AH(Ampere-Hour)。4.倍率:小時倍率(英文為hour,簡稱hr),容量倍率(英文為Capacity,簡稱C)。

充電時涉及的參數有:最高充電電壓,最大充電電流,轉燈電流(又稱轉折電流),浮充電壓等。

放電時涉及的參數有:空載電壓、負載電壓、放電電流、放電截止電壓、放出電量、放電時間等。

另外還有環境溫度(常規參數為環境溫度25℃時得出的數據)、體積、功能用途、重量等參數。

每隻鉛酸蓄電池內部都由數個單格串聯組成,同規格電池串聯後,電壓疊加,容量不變,同規格電池並聯後容量疊加,電壓不變。每個單格額定電壓為2V,目前各個領域常用的鉛酸蓄電池以6V(3個單格乘以2V=6V,一隻6V電池可以理解成由3個2V蓄電池串聯而成)、12V(6個單格乘以2V=12V)兩種規格居多,電動車用電池主要有12V、16V(8個單格乘以2V=16V)兩種規格,而更高電壓級別的電池,實際上是由數隻同規格(同廠家同批准,額定電壓、額定容量相同)的電池串聯而成的。容量則有多種規格,容量越大,體積越大,重量也越大。

電動車基於體積、重量、速度、功率、性能、功能以及安全性、穩定性等考量,需要使用多隻電池串聯成較高電壓的電池組才能正常工作,且必須為同規格的原裝原組電池。新舊電池不能混用,不同規格的電池不能混用,不同廠家、不同批次的電池也不能混用,以確保安全。


三、電動車電池型號規格參數及命名簡介

電動車電池型號規格較多,業界主要有兩種命名方式:整車廠和電動車充電器採用通俗命名(如48V20AH電動車,裝配48V20AH電池,配套48V20AH充電器),而電池生產廠家則採用學名(如6-DZF-20電池),電池上面的絲印以及外包裝均採用學名。

1.通俗命名(根據額定電壓、額定容量命名)

電動車單只電池額定電壓主要有12V、16V兩種,額定容量有12AH,20AH,32AH,45AH等多種規格,多隻同規格的電池串聯成電池組後則有36V、48V、60V、64V、72V、80V等多種規格。

因此由額定電壓、額定容量、串聯電池只數組合衍生出來的電池組規格就更多了。如最經典最常見的48V20AH電池組,由4隻12V20AH電池串聯而成(同規格電池串聯後,電壓疊加:12V乘以4隻=48V,容量不變:20AH)。

2.學名(即廠家命名,根據電池格數、用途、額定容量命名)

電動車電池主要有6格(電池額定電壓為12V)、8格(電池額定電壓為16V)兩種,額定容量跟通俗命名一樣。電動車電池全稱應為電動助力車用閥控式鉛酸蓄電池(或者叫動力型免維護鉛酸蓄電池)。目前最新的規格型號主要有兩大類:6-DZF-xx,8-DZF-xx,其中xx為容量,單位AH。如6-DZF-20電池,6表示6格,即額定電壓為12V,DZF代表電動(D)助力車(Z)用閥控式(F)鉛酸蓄電池,20為額定容量20AH。一隻12V20AH電池為一個獨立的整體,其內部有6個2V20AH單格,因此,一隻12V20AH電池,其內部結構可以理解成由6隻2V20AH電池串聯成一個整體。

蓄電池在充電過程中,隨著電化學反應的進行,會產生一部分氣體(這其中有水份、酸霧等物質) ,這樣就會導致電池內部的壓力增大,當壓力大到一定程度時,就需要排放出來,否則電池可能會被撐破。因此每個單格都設計有一個橡膠閥(12V電池有6個閥),當電池內壓增加時,就會頂起橡膠閥,排放氣體,因此叫做閥控式蓄電池,也可以理解成安全閥。

電池廠家只給單只電池命名,包裝箱再標明電池數量(單位:只)。因此電動車整車廠、電池批發零售、充電器、銷售修理等行業均採用通俗命名。


四、電池廠家生產檢測標準簡介

生產的電池容量是否達標,裝車使用後的電池容量是否有衰減,目前業界主要採用恆流放電測量法。即通過專門的儀器,給電池加上負載,讓電池以設定的恆定電流持續放電,直至電池容量放盡時統計放電時間和放出電量的多少來判斷電池的真實容量。除此以外的其他方法都只能作為參考,無法準確真實檢測出電池的真實容量。

額定電壓為12V的電池,正負極兩端電壓並非恆定在12V不變,電量越足電壓越高,電量越少電壓越低。單只12V電池充滿電靜置數小時後,空載電壓一般在13.3V左右。電池如果存放,則由於自放電,電壓會逐漸下降,長時間存放電池會硫化失效,無法充電。電池如果負載工作,則電壓會從13.3V左右持續下降,當電壓下降到10.5V(負載電壓)時,行業標準定義為電池電量用盡,此時電池不能繼續負載工作,應及時充電,否則過放電可能導致電池損壞。根據我們的實踐經驗,當電池空載電壓約等於額定電壓時,電池剩餘電量約為50%左右。

1.電池放電檢測標準簡介

第二大部分已經介紹了額定電壓和額定容量,現在介紹小時倍率和容量倍率。目前電動車電池主要採用2小時倍率(2hr)和3小時倍率(3hr)兩種標準,額定容量12AH~20AH的電池採用2hr,32AH~45AH及以上的採用3hr。小時倍率決定放電電流設定值,這個值主要關係到電池的放電容量檢測結果數據,放電電流設定值越大,放出電量(容量)會比額定容量小(放電時間會縮短),反之會比額定容量大(放電時間會延長)。

其實電池廠家應該在標明電池型號的同時,標上小時倍率,有些小廠會將45AH電池標成「60AH(10hr)」的情況,也就是說,電池的標準容量應為45AH(3hr),廠家故意標成60AH,後面加上10hr,存在虛標的嫌疑。

如12V20AH(2hr)電池,檢測它的實際容量,行業標準是這樣的:充滿電的12V20AH電池,以恆定10A電流持續放電,放到截止電壓10.5V時停止放電,放出的總電量(容量)達到20AH以上,小時倍率可以理解成放電時間,即放電時間達到2小時(120分鐘)以上為容量達標。

因此檢測電池容量主要有三個參數:放電電流、放電時間和放出電量。

(1)放電電流的計算方法:放電電流=額定容量除以小時倍率=額定容量乘以

電動車12V20AH(2hr)電池,為2小時倍率標準(其他行業用途的電池一般為5~20小時倍率),表示額定容量為20AH的電池,電量要在2小時放完,那麼每小時(H)就要放掉10AH的電量,因此放電電流應恆定在10A(10A=20AH除以2hr=20AH乘以 ,又稱為0.5C,即0.5容量倍率)。

同理,12V45AH(3hr)電池,為3小時倍率,因此放電電流應為15A(45AH除以3hr=15A),放電到10.5V時停止放電,放電時間應為3小時(180分鐘)以上,放出電量應在45AH以上,方為容量達標。

(2)放電截止電壓的計算方法

電池單格額定電壓為2V,當負載電壓下降到1.75V時,表示電量用盡,因此12V電池的放電截止為1.75V乘以6格=10.5V。同理,16V電池的放電截止電壓應為1.75V乘以8格=14V。

2.電池充電檢測標準簡介

判斷電池電量用盡比較簡單,要判斷電池電量充滿則比較複雜。因為無論是電池生產檢測,還是電動車實際騎行過程中,要判斷電池電量的消耗,只需要監測實時電壓值即可,而充電則至少要監測實時電壓值和實時電流值。

目前鉛酸電池均採用三階段充電法,即恆流段、恆壓段和浮充段(又稱涓流段),主要涉及參數有:最大充電電流、最高充電電壓(又稱高恆壓)、轉燈電流(又稱轉折電流)、浮充電壓(又稱低恆壓)等。

(1)相關參數的計算方法

額定電壓為2V的電池單格的最高充電電壓應限制在2.45V以下,則12V電池的最高充電電壓為14.7V左右(2.45V乘以6格=14.7V),同理,16V電池的最高充電電壓為19.6V左右(2.45V乘以8格=19.6V)。

最大充電電流I=(0.12~0.15)乘以容量,簡稱0.12~0.15C(0.12~0.15倍容量),12V20AH電池的最大充電電流=0.12乘以20至0.15乘以20之間,即2.4A~3A,常規一般為2.5A~3A電流。

鉛酸蓄電池的充電和放電是兩個不同的電化學反應,其特性決定了充電電流不能像放電電流那麼大,因此電池的充電時間為8-10小時左右。

轉燈電流,是電池充電過程中,充電器從恆壓段進入浮充段的唯一判斷依據(轉折點,故此稱轉折電流),當充電電流下降到轉燈電流值以下,充電器從紅燈轉為綠燈(形象的說法叫轉燈電流)。

轉燈電流≈0.24乘以最大充電電流I,即最大充電電流的0.24倍,因此,容量為20AH的電池,轉燈電流約為0.57A-0.72A,常規一般為0.55A~0.65A。

單格的浮充電壓為2.3V左右,則12V電池的浮充電壓為13.8V左右(2.3V乘以6格=13.8V),同理,16V電池的浮充電壓為18.4V左右(2.3V乘以8格=18.4V)


(2)三階段充電器充電過程簡介(以12V20AH電池為例)



12V鉛酸電池三階段充電曲線圖


單只12V20AH電池在電量用盡之後,電壓會從10.5V回升到11V以上,一般不超過12V,此時使用配套充電器給電池充電,充電器紅燈點亮,風扇轉動,開始恆流段充電。由於電池處於虧電狀態,充電器會以最大充電電流3A對電池進行充電,電壓會逐漸上升,當充電電壓上升到14.7V時,恆流段結束,進入恆壓段(鎖定14.7V不能再上升,否則會損壞電池),隨著電量不斷飽和,電流會逐步下降,當電流下降到轉燈電流設定值(約0.65A)以下時,充電器進入浮充段,紅燈轉綠燈,風扇停止轉動(浮充段功率較小,因此被動散熱即可),充電電壓自動下降到13.8V左右,並以小電流浮充,一般為0.2-0.4A。由於浮充段補充的電量非常有限,可以忽略不計,所以此時可以認為電池已經充滿電,充電器已經結束充電了。

浮充,是用略高於電池的端電壓,由少量電流來補償充電,會根據電池的充電飽和度動態調節,如果電池沒有完全充滿,則可以在浮充段補充,如果已經充滿了,則浮充段的電流接近0,不會對電池進行強充猛灌,浮充段能安全有效地達到不欠充不過充的目的。

市面上所售的電池充放修一體機(電池容量測試儀),通常在結束恆壓段轉燈後不再輸出小電流補充電,並沒有浮充段,因此筆者推斷電池廠很可能也採用相同的做法省略了浮充段,如果推斷屬實,其轉燈電流值的設定必定會偏低,以確保電池在恆壓段即完全充滿電,不需要依靠浮充段補充電,其目的在於節省時間。

因此筆者認為整車配套的充電器在設計上應該保留一定餘量,不能照搬電池廠生產檢測的參數,因為電池裝車後有足夠的時間用來浮充,沒必要在恆壓段就把電量充滿,照搬電池廠參數容易造成電池過充縮短壽命。以後我們會有專門文章作詳細介紹。


五、電池裝車後的工作過程簡介

多隻電池串聯後組成較高電壓的電池組(必須為原裝原組電池),其充放電的參數仍以單只電池的參數為基準。這裡以48V20AH電池組為例。

1.電流輸出大小(相當於放電過程)、欠壓(即放電截止電壓)均由控制器負責。

電動車騎行工作(相當於電池放電),電池輸出電流的大小由控制器決定,控制器實時監測電壓電流的大小及變化。裝配48V20AH電池組的電動車,對應的電機規格常規為48V 500W~800W,控制器為48V12管(限流30A~33A左右),也就是說電池最大輸出電流可達到30A左右,遠比容量檢測放電電流要大,欠壓值一般為41V~42V(單只電池截止電壓10.5V乘以4隻電池=42V),當騎行負載電壓低於42V時,控制器認為電池電量已用盡,會停止輸出電流(或以小電流輸出),以防止電池過放電損壞。需要充電後才能繼續使用。

2.剩餘電量估算。

儀表上面的電量表,實際上是一個電壓表,電量不斷消耗電壓就會不斷下降,以此來估算顯示剩餘電量。48V電池組充滿電靜置數小時後,空載電壓約為53.5V,工作過程中負載電壓將會由53.5V逐漸下降到截止電壓(欠壓)42V左右,電量表通過監測這個範圍的電壓值粗略判斷剩餘電量,因此有一定誤差,用戶還需根據實際使用經驗才能較為準確地判斷剩餘電量。

由於電動車存在靜止和騎行兩種狀態,所以有空載和負載兩個電壓值,常規電量表不對車輛的工作狀況作檢測判斷,顯示的都是實時電壓;剛開始電量較足時,騎行時仍顯示滿電狀態,當用掉一些電量後,靜止時(空載電壓)可能仍顯示滿電,而騎行時(負載電壓)電量指示會下降,此時才是真實的剩餘電量,因此剩餘電量應以騎行時的電量指示為準。

3.電池組充電簡介

電池組充電跟單只電池充電都是採用三階段充電器,基本參數仍然是以單只電池的參數為基準。

基於成本、使用難易等因素考量,目前電動車採取的是電池串聯成電池組後整組充電方式進行充電,並非對每隻電池單獨進行充電,也沒有針對單只電池的監測、均衡系統,這個是影響電池壽命以及充電安全的重要因素。不同規格的充電器,不能通用,因此電動車必須使用配套的充電器,否則會損壞電池甚至引發意外。

以48V20AH電池組為例,48V20AH電池組要使用配套的48V20AH充電器,串聯電池組的最大充電電流跟單只12V20AH電池的最大充電電流一致(因為串聯後電壓疊加,容量不變),約2.5A~3A,電池組的最高充電電壓為單只電池的最高充電電壓乘以電池只數,即14.7V乘以4,約為58.5V~59V,常規充電器設計的轉燈電流跟單只電池的轉燈電流一致,約為0.55A~0.65A。因此,判斷電動車電池組是否充滿的參數只有一個——轉燈電流。

同理,60V12AH的充電器基本參數為:最大充電電流=0.12~0.15乘以容量12AH=1.44A~1.8A,常規約為1.5A~1.8A,最高充電電壓=14.7V乘以5隻=73.5V,常規約為73V~73.5V,轉燈電流約為0.36A~0-43A,常規約為0.45A。其他規格的電池組依相應參數計算即可。

充電器是根據新電池的理想狀態設計的,常規充電器其所有參數一經設定出廠後保持變態,而電池會受季節溫度影響,容量會逐漸衰減,不可能一直保持新電池的狀態,因此對於電池來說,充電器就顯得霸道不夠智能了。相當於一刀切,所以問題多多。


六、電動車電池壽命、失效及充電安全事故簡介

1.電動車電池壽命簡介

用戶一般用年來描述電池的使用壽命,這個比較籠統,不能作為判斷電池質量好壞以及電池壽命的依據,應以充放電循環次數來計算。

一次充電加一次放電,稱為一個循環,單只電池的設計使用壽命可達500個循環以上,而串聯成電池組後,約為300~500個循環,也就說電池組經過300~500次充放電後,會逐漸老化,充滿電後行駛里程會逐漸縮短,當容量衰減到一定程度時,就要更換新電池組了。為了安全起見,不論多少只電池失效,哪怕只壞了一隻電池,也必須整組更換,以確保安全,畢竟生命財產安全應時刻放在第一位。

從理論上計算,假設用戶充一次電能騎行40公里,該用戶每天都騎行40公里左右,那麼每天都要充一次電,按300~500個循環計算,一組電池的壽命,大致是一年多,如果騎行里程沒那麼多,兩天或者三天充一次,用年份來計算,則電池的壽命有2~3年,依此類推。因此,按循環來計算,就大概知道電池的質量和壽命了,如果電動車裝有較為準確的里程表,行駛總里程來也可作為衡量電池質量和壽命的參數。

2. 電動車電池失效簡介

根據我們多年的經驗總結,在用戶正常使用的情況下,電動車電池失效主要有兩種類型:一種是呈拋物線式的容量衰減(失水),表現為里程逐漸縮短,從新電池的幾十公里到只能騎行幾公里,另一種是前期呈現拋物線式容量衰減、後期呈斷崖式的損壞(熱失控),從容量逐漸衰減到突然失效無法使用。後者所占的比例有逐年上升的趨勢。

(1)電池失水簡介

電動車電池雖然為貧液型蓄電池,但其內部是有電解液的,這其中有一部分是水。每次充電都會有微量的失水,這個失水對電池壽命影響很大。正常的電池老化,容量衰減直到失效報廢,可以理解成電解液逐漸乾涸。雖然電動車電池是免維護的,基於安全因素考慮,其生命周期是不允許普通用戶補水的,但如果有專業級的補水維護保養,要延長電池壽命也是可以的,只不過這個涉及到的問題太多,非專業人士切勿自己動手。基於成本等原因,電池廠家也很難針對用戶提供電池維護保養服務,其他領域如通信基站UPS電池維護保養則比較常見。因此,電動車電池屬於易耗品。

(2)電池一致性、單只落後、熱失控簡介

電池屬於產品,排除產品質量及非正常使用外,影響產品壽命的因素很多――電動車整車設計製造、充電器、充電使用環境、季節氣候、用戶使用習慣等。鉛酸電池受環境溫度影響較大,夏天溫度太高,冬天溫度太低,對電池都是嚴峻的考驗,跟用戶使用習慣也有一定影響,例如快遞車、送貨車每天頻繁充電使用,電池基本上全天候24小時不休息,再加上串聯充電比單只電池充電要考慮的因素更多。這些都是非理想狀態下的情況,是必須被重視的情況。

在正常使用的情況下,對電池壽命起著很大決定作用的主要是充電器,這是業界所公認的,也是電動車從設計、生產、銷售、使用到修理各個環節最容易忽視的。

串聯充電無法兼顧每一個電池的狀況,整車設計也沒有針對單只電池採取任何有效的保護措施,連最基本的過熱保護都沒有。這個固然有電動車的先天不足,但後天可調的,我們並沒有去調,值得深思。

我們知道單只12V電池的最高充電電壓是14.7V,雖然電動車充電器設計的最高充電電壓平均到每隻電池上面的都不會超過14.7V的,但這只是絕對理想條件下的狀態。隨著電池電量的飽和,個別電池電壓超過15V是不可避免的。

出現這種情況的原因,是由串聯充電的特性所決定的,串聯充電,每隻電池的電流是一樣的,但電壓肯定有偏差的,這個電壓的偏差,在充電的後期更加明顯。每個電池出廠時雖然都是達標的,但個體總是存在差異的,例如電壓、容量肯定有些許的差異,這個差異稱為一致性,差異越小,則一致性越好,反之,一致性越差。

隨著充放電循環次數的增加,這個差異會逐漸變大,個別電池容量衰減明顯大於其他電池,業界稱為「單只落後」。比方說48V20AH電池組,有一隻電池的容量已經衰減到17AH左右,其他三隻電池的容量仍在20AH左右,那麼容量只有17AH的電池,被稱為單只落後電池。

簡單來說,同一組電池當中,肯定有些電池先充滿,有些電池後充滿,哪怕相差只有幾分鐘,先充滿的電池繼續充電,電壓升高就會比較快,因此先充滿的電池,每次都被過充,失水自然就更多,初期電池水份充足,即使過充,發熱量也不高,短時間內不會損壞。

隨時時間的推移,單只落後的電池因失水比其他電池多,容量衰減也比其他電池快,因此每次充電它都先充滿,當其他電池電壓可能剛剛才達到14V左右時,單只落後的電池電壓已經超過15V甚至更高了,電壓過高加上持續過充,電池就會開始明顯發熱,當電池表面溫度超過50度時(我們粗略得到的數據,未必精確),電池就會出現熱失控現象。

熱失控是指鉛酸電池在充電時,電流和溫度均升高且互相促進的現象,熱失控一般發生在恆壓段的後期。正常情況下,電池在充電過程中發熱並不明顯,產生的熱量可以忽略不計,而電壓過高、過充都會導致電池發熱,電解液溫度也會隨之升高,電解液活性隨之增強,相當於給電池吃了興奮劑,進入失控狀態。

我們知道,進入恆壓段後,電池的充電電流應該是持續下降的。而電池熱失控,會導致充電電流下降變慢、無法下降、甚至不降反升。電流不降反升,又會導致電池發熱量增加,溫度和電流互相促進,溫度持續升高,進入可怕的死循環,充電器會認為電池一直處於未充滿的狀態,不但不會主動結束充電,還會持續為電池提供源源不斷的電能,最終引發意外。

一致性差,出現單只落後,業界普遍認為這是電池壽命不盡如人意的主要原因,大眾都在埋怨電池質量大不如前。根據我們的研究,隨著電池生產製造工藝的不斷改進,電池的質量以及一致性應該越來越好才對,一致性差只是現象,並非本質。隨著電池輕量化以及環保工藝等的改變,電池的抗過充能力大不如前,這才是導致一致性差的根本原因,以後我們將會有相關文章作詳細介紹。

3.充電安全事故簡介

(1)電池熱失控引發的事故

我們知道,三階段充電器,判斷電池充滿的唯一標準是恆壓段充電電流持續下降到轉燈電流值以下,充電器才會轉綠燈,進入浮充階段,只有進入了浮充階段,充電器才會結束充電,才是安全的。電池出現熱失控,單只電池發熱,會牽連到整組電池發熱,單只電池電流不下降,甚至不降反升,會導致整組電池充電電流無法下降,結果就是充電器永遠不會停止充電。其早期表現是往往充了一夜電,第二天使用時發現充電器並沒有轉綠燈,仍然在繼續充電,出現這種情況,必須對整車特別是電池和充電器進行檢測,安全隱患排除前不能繼續使用,否則極易發生意外。

由於整組電池持續過充,橡膠閥會排出大量氣體甚至流出電解液,電池內部極板不堪重負,會膨脹變形,加上外殼為塑料,會軟化變形,導致單只、整組電池鼓包變形,此時如果沒有人為強制停止充電,電池可能就會炸裂,再混合排放出來的氣體,可能瞬間起火,後果不堪設想。

(2)電線短路引發的事故

即使電池沒有出現熱失控等異常情況,如果電動車在設計製造方面有缺陷,例如布線設計保護不合理,在實際使用中電線被碰撞磨損,或者安裝不當,散熱不佳導致線皮熔化,或者使用的線材質量不過關,電池在充放電過程中,會使電線老化甚至掉皮;或者在維修過程中有安全隱患,如電線的連接僅使用膠布,沒有按安全標準使用插件件或採用焊接並加熱縮管絕緣保護等可靠措施;或者人為去掉過流保險裝置、去掉過載保護空氣開關等;或者被老鼠撕咬線束等,一旦電線掉皮,膠布脫落,出現碰線短路時,可能就會瞬間起火,引燃車輛,引起火災事故。這個就是電動車起火安全事故不一定發生在充電過程中,也可能出現在騎行過程中的原因。

因此單憑一個轉燈電流參數來判斷電池是否充滿顯然不夠,要避免過充更加力不從心。目前業界和政府相關部門,對於電池充電安全隱患的管理和整治,都主要集中在充電器身上,而忽視或者不重視整車設計製造層面沒有給電池安裝過熱保護措施的事實。

充電器設計應保留一定餘量,不能照搬電池廠的參數,增加電池過熱保護措施,雙管齊下,必定能讓電動車更加安全。希望業界及政府相關部門儘快重視起來。


電動車作為廣大人民群眾環保出行的重要工具,本身存著一些缺陷和問題,政府也在不斷加大管理力度。如何保證電池正常壽命、延長電池壽命,節約資源,造福老百姓,增加安全保護機制,減少意外事故的發生,至關重要。科研工作者們,應當在優化充電控制技術以及提高整車安全性方面多下功夫。

後續會有更多文章介紹我們的研究實踐經驗,敬請期待。

(限於篇幅及作者水平有限,文中錯誤在所難免,敬請讀者批評指正。)

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2021-07-13T08:21:12.694177+00:00

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