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电动车电池简介

2011-11-22 08:55 来源: 我的有色网

现在的电动车上绝大多数装的是铅酸蓄电池,因为铅酸蓄电池成本低,性价比高。1860年,法国的普朗泰发明出用铅做电极的电池。这种电池的独特之处是,当电池使用一段使电压下降时,可以给它通以反向电流,使电池电压回升。因为这种电池能充电,可以反复使用,所以称它为“铅酸蓄电池”。

电动车四大种类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。

铅酸蓄电池

目前市场上能够大量提供的是铅酸蓄电池,铅酸蓄电池已经有130年的历史了,可以说是使用最多的蓄电池。它的性能可靠,生产工艺成熟,价格也较低。目前已商品化的电动自行车的绝大多数是使用的密封式铅酸蓄电池,使用中不需要补充水分,免维护。其主要化学反应是:PbO2+2H2SO4+Pb←充电、放电→PhSO4+2H2O+PhSO4铅酸蓄电池充电时变成硫酸铅的阴阳两极的海绵状铅把固定在其中的硫酸成分释放到电解液中,分别变成海绵状铅和氧化铅,电解液中的硫酸浓度不断变大;反之放电时阳极中的氧化铅和阴极板上的海绵状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不断降低。当铅酸蓄电池充电不足时,阴阳两极板的硫酸铅不能完全转化变成海绵状铅和氧化铅,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;反之如果电池过度充电,阳极产生的氧气量大于阴极的吸附能力,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,电池寿命大大缩短。铅酸蓄电池重量比能量为28-40Wh/Kg,体积比能量64-72Wh/I,太重、太大,而提供的电能较少,使用寿命较短,作为电动自行车的动力电源一般只能够使用一年左右,若是性能差或使用不当的只有二、三个月。此外,铅酸蓄电池还有深度放电能力和低温放电能力较差,不能快速充电(但是近来在铅酸蓄电池的快速充电的研究方面已有些进展)等缺点。铅酸蓄电池的改进型——胶体铅酸蓄电池,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较普通铅酸蓄电池有改善。但是总而言之,从长远看,铅酸蓄电池在电动车上的利用前景不佳。报废的铅酸蓄电池因废弃会造成二次污染,这也是有些地方政府不肯支持电动自行车大量上路的重要原因之一。

胶体铅酸蓄电池

胶体蓄电池是对液态电解质的普通铅酸蓄电池的改进。它采用凝胶状电解质,内部无游离的液体存在,在同等体积下电解质容量大,热容量大,热消散能力强,能避免一般蓄电池易产生的热失控现象;电解质浓度低,对极板腐蚀弱;浓度均匀,不存在酸分层的现象。上述改进使其在多项重要性能优于阀控式铅酸免维护蓄电池,例如:使用性能稳定,可靠性高,使用寿命长,对环境温度的适应能力(高、低温)强,承受长时间放电能力、循环放电能力、深度放电及大电流放电能力强,有过充电及过放电自我保护,电池在100%放电后仍可继续接在负载上,在几周内充电仍可恢复至原容量等等优点。

镍氢蓄电池(Ni-MH)

镍氢蓄电池是九十年代涌现出的电池家族中新秀,发展迅猛。Ni-MH电池的电极反应为:正极:Ni(OH)2+OH-=NiOOH+H20+e-负极:M+H2O+e=MHab+OH-Ni(OH)2+M=NiOOH+MHab它和镍镉蓄电池同属碱性蓄电池,只是以吸藏氢气的合金材料(mh)取代镍镉蓄电池中的负极材料镉cd、电动势仍为1.32v。它具备镍镉蓄电池的所有优异特性,而且能量密度还高于镍镉蓄电池。主要优点是:比能量高(一次充电可行使的距离长);比功率高,在大电流工作时也能平稳放电(加速爬坡能力好);低温放电性能好;循环寿命长;安全可靠,免维护;无记忆效应;对环境不存在任何污染问题,可再生利用,符合持续发展的理念。但是,Ni-MH蓄电池成本太高,价格昂贵。

锂离子电池

锂是世界最轻的金属,构成电池时,输出电压近4v。锂离子电池是1990年由日本索尼公司首先推向市场的新型高能蓄电池。其优点是比能量高,是当前比能量最高的蓄电池。已经在便携式信息产品中获得推广应用。1995年,索尼公司又开发成功用于电动车的锂离子蓄电池,共分两种类型:一种是用于纯电动车(EV)容量为100Ah的圆柱形单体电池,称为高能型锂离子蓄电池;另一种是用于混合动力车(HEV),容量为22Ah,8只串联成电池模块,但其输出功率为前者的2.7倍,称为高功率型锂离子电池。高能型电池已于1996年装在日产汽车公司开发的第一辆锂离子电动汽车上(日产Al-traEV),在北京第一届国际电动车展览会上展出。该车一次充电可行驶200km,最高时速120Km/h。锂离子电池被普遍认为具有如下的优点:比能量大;比功率高;自放电小;无记忆效应;循环特性好;可快速放电,且效率高;工作温度范围宽;无环境污染等,因此有望进入21世纪最好的动力电源行列。预计在2006~2012年期间,当锂离子电池进一步发展时,MH/Ni蓄电池的市场份额将缩小。锂离子市场份额将会扩大。目前也已经有采用锂离子蓄电池的电动自行车产品出售。由于镍氢蓄电池和锂离子蓄电池是绿色蓄电池,不会因废弃造成二次污染,容易被政府环保部门接受,并且有较好的出口前景,目前虽然价格比较贵,仍有较大降价空间,应该大力提倡。

编辑本段铅蓄电池原理图

铅蓄电池

铅蓄电池(SealedRechargeableBattery):常用的充电电池除了锂电池之外,铅酸电池也是非常重要的一个电池统。但其体积和重量一直无法获得有效的改善,因此目前最常见还是使用在汽车、摩托车发动之上。铅酸电池最大的改良,则是新近采用高效率氧气重组技术完成水份再生,藉此达到完全密封不需加水的目的,而制成的“免加水电池”其寿命可长达4年(单一极板电压2V)。

特点

铅蓄电池的优点是放电时电动势较稳定,缺点是比能量(单位重量所蓄电能)小,对环境腐蚀性强。铅蓄电池的工作电压平稳、使用温度及使用电流范围宽、能充放电数百个循环、贮存性能好(尤其适于干式荷电贮存)、造价较低,因而应用广泛。

工作原理

铅蓄电池由正极板群、负极板群、电解液和容器等组成。充电后的正极板是棕褐色的二氧化铅(PbO2),负极板是灰色的绒状铅(Pb),当两极板放置在浓度为27%~37%的硫酸(H2SO4)水溶液中时,极板的铅和硫酸发生化学反应,二价的铅正离子(Pb2+)转移到电解液中,在负极板上留下两个电子(2e-)。由于正负电荷的引力,铅正离子聚集在负极板的周围,而正极板在电解液中水分子作用下有少量的二氧化铅(PbO2)渗入电解液,其中两价的氧离子和水化合,使二氧化铅分子变成可离解的一种不稳定的物质——氢氧化铅〔Pb(OH4〕)。氢氧化铅由4价的铅正离子(Pb4+)和4个氢氧根〔4(OH)-〕组成。4价的铅正离子(Pb4+)留在正极板上,使正极板带正电。由于负极板带负电,因而两极板间就产生了一定的电位差,这就是电池的电动势。当接通外电路,电流即由正极流向负极。在放电过程中,负极板上的电子不断经外电路流向正极板,这时在电解液内部因硫酸分子电离成氢正离子(H+)和硫酸根负离子(SO42-),在离子电场力作用下,两种离子分别向正负极移动,硫酸根负离子到达负极板后与铅正离子结合成硫酸铅((PbSO4)。在正极板上,由于电子自外电路流入,而与4价的铅正离子(Pb4+)化合成2价的铅正离子(Pb2+),并立即与正极板附近的硫酸根负离子结合成硫酸铅附着在正极上。随着蓄电池的放电,正负极板都受到硫化,同时电解液中的硫酸逐渐减少,而水分增多,从而导致电解液的比重下降在实际使用中,可以通过测定电解液的比重来确定蓄电池的放电程度。在正常使用情况下,铅蓄电池不宜放电过度,否则将使和活性物质混在一起的细小硫酸铅晶体结成较大的体,这不仅增加了极板的电阻,而且在充电时很难使它再还原,直接影响蓄池的容量和寿命。铅蓄电池充电是放电的逆过程。铅酸蓄电池充、放电化学反应的原理方程式如下:正极:PbO2+2e+SO42-+4H+==PbSO4+2H2O负极:Pb-2e+SO42-==PbSO4总反应:PbO2+2H2SO4+Pb==2PbSO4+2H2O


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