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201年4月中国制造业信息化一第40卷第7期
动力铅酸电池的发展现状及其使用寿命的研究进展
李伟,胡勇
(武汉理工大学现代汽车零部件技术湖北省重点实验室,湖北武汉430070)
摘要:介绍了铅酸电池的种类,祥细分析了水平铅酸电池、卷式电池、双极性铅酸电池使用发展的
情况,指出了各类铅酸的优点和不足,并提出了提高铅酸电池使用寿命的几种方法。
关键词:铅酸电池;寿命;双极性
中图分类号:U465.9文献标识码:A文章编号:1672-1616(201107-0070-03
铅酸电池具有性价比高、大容量、高功率、长寿电池的耐震动能力,同时确保电池在使用寿命周期
命、安全可靠等优点,成为目前产量最大,用途最广内保持恒定的组装压力。
的一种蓄电池。铅酸电池销售额占全球蓄电池销
水平电池的主要不足是深循环寿命低,研究者
售额的30%以上。
正在积极开发提高水平电池循环寿命的方法。水
铅酸电池在全球都具有巨大的市场。电动汽平电池是如今铅酸蓄电池中发展比较好的,随着水
车保有量在我国呈逐年快速增长的趋势,与其相应平电池寿命的提高,必将会在很大程度上提高其作
的动力蓄电池的需求量的増长非常快,1997年我为电动汽车车用动力电池的竞争力
国的电动汽车保有量只有6万辆,到2007年电动1.2卷式电池
汽车保有量达到6645.5万辆,按单个电池
卷式电池是瑞典 OPTIMA公司开发的,并且
12V12Ah计算,3只蓄电池为一套装一辆电动汽在非洲、亚洲、欧洲及南美等39个国家销售,该电
车,2007年的保有量是4507.3万套,与其配套的池采用电池单元螺旋卷绕技术,就是将正极板、固
蓄电池中铅酸蓄电池居多。
体酸和负极板紧紧地螺旋卷绕成卷。正极板采用
1电动汽车动力铅酸蓄电池的种类
氧化铅,负极板采用超纯铅,极板很薄(极间距仅
0.25mm),正负极夹玻璃棉隔板并紧紧地卷绕成
1.1水平铅酸蓄电池
卷,可保持稳定的组装压力,内阻极低,仅2.7m,
由美国 Electtosource公可开发的免维护、轻量大电流放电性能好。 OPTIMA卷式电池的主要特
的水平密封铅酸电池,其比功率在目前生产的电池点如下。
中最大,比能量也高于普通的铅酸电池。它的专利
a起动的比功率大:极板采用了超纯铅,而且
技术是将玻璃纤维表面冷挤压镀覆铅锡合金,玻璃采用了螺旋卷绕结构,从而使总反应面积数倍增
纤维确保了高的拉伸强度,消除了对铅添加剂的需大;又因为极间距只有0.25mm,内阻只有2.7m,
求,铅颗粒结构具有很高的腐蚀阻抗性。生产水平所以可输出功率为9.5kW(而其容量只有55Ah左
电池的过程是将复合铅丝织成铅布作为正负极的右)。
基极,代替铸造板栅,减轻了质量,并大大提高了耐
b.使用寿命长:卷式设计及较高的极板压缩率
腐蚀性,采用复合铅丝可减少常规电池所需的可防止活性物质脱落,高纯度的铅锡合金板栅可减
67%的铅。这种电池采用准双极结构,在一块平面缓疏酸的腐蚀,所有这些都能确保该电池具有较高
铅布上,一边涂正膏,一边涂负膏,中间有导电用的的循环寿命,较好地满足动力设备需要。
铅丝,并涂有绝缘高分子涂层,以防正负极短路和
c.充电快速: OPTIMA电池的快速充电性能
自放电。极板水平叠放,解决了普通铅酸电池中的是最好的,其最高可以用300A的电流进行充电,
电解液分层问题,电池的正负边极板都为单极性的在100%放电状态下可在不到1h充足。
极板,中间的双极性极板用塑料框架固定,以增强
d.自放电极小:根据美国SAE测试, OPTIMA
收稿日期:2010-12-23
作者简介:李伟(1983-),男,湖北武汉人,武汉理工大学硕士研究生,主要研究方向为电动汽车。
应用研究·李伟胡勇动力铅酸电池的发展现状及其使用寿命的研究进展
起动电瓶在放置不用250d后,其储电量オ下降了不多
50%,比传统的起动电瓶一般每月都要给其复充电
表112V12Ah传统电池与24V12Ah双极电池比较
方便了很多。
构件
传统的质双极的质两种电池质双极电池质量
e.抗震动和冲击能力强: OPTIMA电池独特
量/kg量kg量之差人g减轻比/%
的螺旋卷绕结构决定了它在抗震动和冲击方面的
板栅或双极板3.101.49
性能要优于平板式的电池。根据浏试,该电池至少(正极和负极)5.204450.735
能抗4级的震动12h以及6级的震动4h后一点也
电解液
0.33
不损坏,而传统电瓶则最多能抗4级震动4h以及
壳体和杂件1.100.45
6级震动1h后便不能用了。
连接零件0.770.09
0.68
f.100%放电后再充电循环能力强:根据美国
8986
总计
12.42
6.81
5.61
SAE测试, OPTIMA起动电瓶在100%放电后,其
b.能量高:在所有可充电池中能量最高
复充电全电量恢复次数可达40次以上,而传统的
起动电瓶一般都是严禁100%放电的,因其100%
c.容量大:是普通电动汽车铅酸电池的2倍,
使得密封双极性铅酸电池驱动车的行程大致与镐
放电后电瓶的损坏情况是很严重的,即使能再充电
镍驱动汽车一样。
也无法恢复其原来的储电量,因此使用OPMA
电瓶则更显安全可靠
d.技术安全:铅酸技术已很成熟,而密封双极
g.能抗高温和高寒: OPTIMA电瓶可在零下样的材料里。
性铅酸电池是不漏液的,因为酸储存在像吸水纸
40℃~65℃的温度范固内正常工作。
1.3双极性铅酸蓄电池
e.不污染环境:密封双极性铅酸电池是完全密
双极性密封铅酸蓄电池是美国 Arias公司?封和可回收利用的。
f.不需要维护:只要充电就行
发的,具有高比能量。双极性电极是一面有正极活
g,寿命长:循环寿命测试表明,密封双极性铅
性物质,另一面有负极活性物质的坚实薄片极板,
酸蓄电池可使用10a,因而成为最长寿电池之
在双极性电池中必须有2个单极性电极,即与正极
端子连接的具有正极活性物质的单极性正电极和使其在电动汽车寿命内不更换电池成为可能
与负极端子连接的具有负极活性物质的单极性负
但目前双极性铅酸蓄电池尚处在试验阶段,主
电极。双极性铅酸蓄电池几乎没有単格电池的内
要是没有专用双极涂板设备,不适于大批量生产。
电阻,其总电阻约是普通蓄电池总电阻的1/5。内
阻的这一减少能使蓄电池输出比较大的功率,可
2铅酸电池使用寿命的研究进展
用于驱动电动汽车,提高电池寿命,减轻电池质量
蓄电池的使用寿命是制约着电动汽车发展的
降低结构成本。普通铅酸电池的极板是竖立着放重要因素之一,提高电池的使用寿命至关重要。影
置的,而双极性铅酸蓄电池的电极是平卧着放置响铅酸蓄电池使用寿命的因素主要有3个:(1)与
的。电极水平卧着放置是为了防止电解液层化和之相配套的充电器;(2)提高蓄电池质量;(3)用户
活性物质剥离以及便于采用轻量薄形电极基的正确使用。
片
2.1提高蓄电池质量
通过采用双极性结构,大大减轻了铅酸电池的
为了提高蓄电池质量需从以下3个方面进行
质量,提高了设计效率。表1是对传统的研究