充电方式对低速电动汽车用铅酸电池性能的影响讲义.doc

充电方式对低速电动汽车用铅酸电池性能的影响 闫智刚 摘要：本文根据铅酸电池正负极充电时的反应机理提出了一种新的充电方式使得电池的100%DOD循环寿命达到次通过正负极的扫描电镜照片可以看出新的充电方式有利于形成均匀紧密的正极活性物质与界面结构有利于保护负极活性物质较小的颗粒和较大的活性表面积从而提高了电池的容量与循环寿命 前言 我国国民经济的快速发展促进了人们物质生活水平的提高，与此同时人们对生活质量越来越重视。从环保角度来看，燃油车辆的增加大大加重了城市的环境污染，因此如何解决城市的环境污染和交通问题已经成为城市发展中急需解决的重要难题，同时能源危机的出现也威胁着人类的进一步发展，因此开发清洁轻便的交通工具达到限制和取代燃油车辆成为人们十分关注的问题，而开发电动车辆则是解决这个问题的有效方法。从我国国情和人们的消费水平出发，在众多电动车辆中优先发展低速电动汽车具有广阔的发展前景。低速电动车（也叫微型、小型、短途乘用车、轻型电动车）主要分为两种，一种是速度在35－50公里/小时，主要为旅游观光车、警务车、环卫车、平板车、货运车、高尔夫车；另外一种速度在60－80公里/小时（不能上高速公路），被成为微型电动轿车，用于城镇的代步、出租车等。2011年全国微型电动车的销量在10万辆左右，其中出口约2万辆， 2014年全国低速电动汽车销量可达30万辆规模。铅酸蓄电池以其高功率、高性能价格比、原材料丰富和回收利用率高等优点，成为目前低速电动汽车的首选电源[1]。　 由于低速电动汽车用蓄电池以中等电流长时间持续放电为主，间或以大电流放电，用于起动、加速和爬坡，因此电池组经常在深循环状态下工作。然而阀控式铅酸蓄电池的深循环寿命很低，本人对一些失效的电动汽车车用6V200A h电池的解剖发现，电池的失效原因并非由于板栅的腐蚀，而是由于负板的硫酸盐化，电解液的干涸和正极活性物质的软化与脱落联合造成的，这些因素都与过高的氧循环效率有关。阀控铅酸电池通常的充电方式为恒压限流，充电后期充电电流很小，过充量为5％－20％，在电池使用的初期由于隔板的饱和度较高，氧循环效率相对较低，因此这种充电方式还是很有效的，但由于气体的析出，板栅的腐蚀以及电解液从隔板到极板的重新分布等原因造成隔膜中电解液和水分的损失，从而隔板中空孔的数量增加，氧循环效率增加。氧循环消耗了大量的过充电电流和过充电电量，当消耗的电量超过电池的过充电量的百分数时，电池将处于欠充的状态，放电时容量衰减很快。因此本文提出一种新的充电方式，并研究了此充电方式对电池循环寿命及正负极性能的影响。 充电方式提出的依据 1.1 负极的充电反应 充电时负极的反应为： PbSO4＋2e－ Pb＋SO42－，φ0＝0.3586V 负极上氧还原的反应为：4H＋＋O2＋ 4e－ 2H2O， φ0＝1.229V 由于氧还原反应的标准电极电位比负极反应的标准电极电位正得多，因此在有显著的氧还原反应存在的前提下，负极不可能完全充足，因而新的充电方式要充分保证负极的极化。 随着电池循环次数的增加，隔膜的饱和度下降，氧循环效率增加，氧循环消耗了大量的过充电电流和过充电电量，当消耗的电量超过电池的过充电量的百分数时，电池将处于欠充的状态，因此充电后期应采用较大的充电电流，一方面用于氧还原的反应，一方面用于负极活性物质的转化[2]。 1.2 充电时正极的反应 D. Pavlov提出了二氧化铅形成的晶体－凝胶理论，正极充电时的反应机理为[3]： H2SO4 diffusion (1) SO42－ ＋ 2H＋ H2SO4 (2) PbSO4 Pb2＋ ＋ SO42－ e－ PbO2 skeleton (3) Pb2＋ Pb4＋ ＋ 2e－ 2H＋ (4) Pb4＋ ＋ 4H2O Pb(OH)4 ＋ 4H＋ H2O (5) [Pb(OH)4]m [PbO(OH)2]m ＋ mH2O (6) m[PbO(OH)2]m－k [PbO2]k ＋ kH2O