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电动自行车用VRLA蓄电池设计 深圳市雄韬电源科技有限公司 衣守忠、汪浩波 摘要：电动自行车产业的发展，对配套的VRl^蓄电池提出了比较苛刻的要求；在充电条件(充电参 数)不理想、振动大、温度范围广(-30℃—40℃)的条件下，要求蓄电池具有放电容量离、深放电(≥ 80％)循环寿命长，可快速充电等特性。本文针对电动自行车对VRLA蓄电池的实际要求，提出了改进 VRLA蓄电池性能的方法。通过测定放电过程中正、负极板镉电位的变化，确定正、负极活性物质的 最佳用量。在设计上，采用负极活性物质限容原则，提高蓄电池的循环寿命。为改进负极板的耐循环 性能，对负极活性物质配方作了改进。 电动自行车行业的发展为、rIcLA蓄电池提供了一个良好的机遇，同时也提出了挑战。为保证性能 和使用寿命，VRLA蓄电池一般对使用条件的要求比较苛刻，如恒压充电；理想工作温度25℃左右； 当环境温度与理想工作温度偏差较大时，要求对充电电压进行温度补偿；适合浅放电、放电循环次数 少的备用电源等等。但是，电动自行车配套的V甩A蓄电池使用条件比较恶劣：深循环(8傩)；充电 条件不良，厂家为降低成本，充电线路尽量简化；环境温度范围广，冬季可低至一30℃，夏季高达40 ℃；振动强烈等等。在如此苛刻的使用条件下要求蓄电池具有深循环、寿命长、放电容量大、充电迅 速或在充电不足状态下使用等。因此，必须针对电动自行车的使用条件、对VRLA蓄电池进行优化设 计，提高vRL^性能，i茼足电动自行车发展的需要。以下是我公司在开发电动自行车vRLA蓄电池中重 点考虑的几个因素。 1．电池结构t在有限的空间内追求高放电容量是电动自行车厂家和vRL^厂家的共同愿望。为增 加极板高度，采用如图l的改进结构；去掉对焊件，电池单格问靠汇流排直接跨接。其优点是：①增 加极板高度8％以上；②减小内阻，提高蓄电池大电流放电性能。因此，在标准12V7AII蓄电池外形 尺寸不变的基础上，可以设计、生产12v9AH蓄电池。 汇流排 踌接 图1：结构改进 2．正极板厚度；对循环寿命失效的蓄电池解剖发现，正极活性物质软化是电池寿命终止的主要原 因，即使在60℃高温下进行循环寿命试验的蓄电池，板栅也未见异常腐蚀(见图2：常温和60℃高 温条件下蓄电池循环寿命比较)。因此，电动宜行车使用的蓄电池，在设计时不需过分关注板栅的腐 蚀问题，换言之，正极板也可以采用薄型极板，以提高蓄电池放电性能。从市售产品的解削数据看， 电动自行车配套的蓄电池正极板厚度在2．o～2．5m范围的占主导地位。 0 O 容量 n¨蛐如加印如 100 200 300 循环次数 图2：温度对循环寿命的影响 3．正扳橱合金。对于深循环用途的VRLA蓄电池，采用的扳栅合金必须能够减缓“无锑效应” 的影响。我公司在多年试验的基础上，开发出Pb-ca-Sn_x_Al五元合金，经试验检测和用户实际使用， 都验证了该合金的优良循环性能。 4．负极扳设计；对于深循环蓄电池，值得给予关注的是负极板的性能。在最初开发电动白行车 电池时，采用的负极配方同标准VRLA蓄电池一样，试验中发现负极板容量衰减较快(见图3)。说明 在循环使用中，负极活性物质的收缩或称为“钝化”的现象很严重，特别是，设计中采用负极限容原 则，负极活性物质处于深循环使用状态，更加剧了负极性能的衰减。从Hamond公司的资料”也可以 看到，深循环蓄电池用负极添加剂的配方与其他类型蓄电池有很大不同(见表1)。经配方改进后， 负极板衰减问题得到解决(图3)。因此，在设计中必须根据具体的用途设计蓄电池结构和选择配方， 并要研究各个部件的影响。 5．活性物震量设计： 电动自行车配套的蓄电池一般要求5A放电，正负极活性物质的计算不能再依据额定容量进行， 而必须以5A放电的工作电流要求的放电时间来确定活物质量。 放电容量为7．5AH。 为确定5A放电条件下，所需正、负极活性物质量、酸量，我们首先利用现有的几个极板型号组 装蓄电池，进行5^放电性能试验