電動車鉛酸電池壽命早夭的原因探討

電動車鉛酸電池壽命早夭的原因探討

一、電池工作原理

鉛酸電池充放電過程是電化學反應過程；充電時硫酸鉛形成氧化鉛，放電時氧化鉛還原回硫酸鉛。

而硫酸鉛是一種非常容易結晶的物質，當電池中電解液的硫酸鉛濃度過高或靜態閒置時間過長時，
就會結成團狀小晶體，這些小晶體再吸引周圍的硫酸鉛，就像滾雪球般形成惰性的大結晶，之後的
硫酸鉛在充電時不但不能再還原成氧化鉛，還會沉澱附著在電極板上，造成電極板工作面積下降，
這一現象叫硫化，也就是所謂的『老化』。這時電池容量會逐漸下降，直至無法使用。

當硫酸鉛大量堆集時還會吸引鉛微粒形成鉛枝，正負級板間的鉛枝搭接就造成電池短路。

如果極板表面或密封塑殼有縫隙，硫酸鉛結晶就會在這些縫隙內堆積，並產生膨脹張力，最終
使極板斷裂脫落或外殼破裂，造成電池不可修復性物理損壞。

所以，導致鉛酸電池失效和損壞的主要原因，就是電池本身無法避免的硫化。

二、電自車特殊工作環境

凡是鉛酸電池在過程中都會產生硫化現象，但其他用途領域上的鉛酸電池卻比電自車上使用的
鉛酸電池的壽命更長久，這是因為電自車的工作環境更容易讓鉛酸電池造成硫化。

(1) 深度放電

用在汽車上的鉛酸電池只是在點火時單向放電，點火後發電機會對電池自動充電，不造成電池
深度放電。而電自車在騎行時不可能充電，經常會超過 60%的深度放電，深度放電時硫酸鉛濃度
增加，硫化就會相當嚴重。

(2) 大電流放電

電自車以 20公里時速巡航一般是用 4A的電流，這值已超過其他用途領域的電池工作電流，而超速
超載的電自車的工作電流就更大。

電池製造商都進行過 1C充電 70%，2C放電 60%的循環壽命試驗。經過這樣的壽命試驗，可達到
充放電循環 350次壽命的電池很多，但是實用上的效果就差很多了。

這是因為大電流工作增加了 50%的放電深度，電池會加速硫化。

所以電動三輪車的電池壽命更短，工作電流達 6A以上。

(3) 充放電頻率高

用在備載供電領域的電池，如果一年停 8次電，10年也才做到 80次循環充電壽命，而電自車一年
充放電循環 300次以上很正常。

(4) 短時充電

由於電自車是交通工具，可充電的時間不多，要在 8小時內完成 36V或 48V的 20AH充電，
這就必須提高充電電壓（單槽為 2.7~ 2.9V），當充電電壓超過單槽電池的析氧電壓（2.35V）

或析氫電壓（2.42V）時，電池就會因過度析氧而開閥排氣，造成失水，使電解液濃度增加，
電池硫化現象加重。

(5) 放電後不能及時充電

作為交通工具，電自車的充電及放電被完全分離開來，放電後很難有條件及時充電，而放電形成
的大量硫酸鉛如果超過半小時不充電還原為氧化鉛，就會硫化結成晶體。

三、電自車組配件規格

多數車量的控制器都留了一個線損插頭，很多店家會以拔除限速器來招攬消費者。

這樣的車子在超限速行駛時電留非常大，會嚴重縮短電池壽命。

12V鉛酸電池的最低保護電壓為 10.5V，如果是 36V電池組，最低保留電壓就是31.5V，目前大多數
車廠採用的控制器欠壓保護電壓都是 31.5V。表面上看這是正確的，但實際上當 36V電池組只剩下 31.5V
電壓時，由於電池組低容量時，肯定就會有一個電池電壓低於 10.5V，該電池就處於過放電狀態。
這時過放電的電池容量急遽下降，這時對電池的損傷影響不僅僅是該顆電池，而是影響整組電池的壽命。

其實，在電池電壓低於 32V到 27V間，可以行駛的距離不到 2公里，而對電池的損傷卻非常大。
只要出現這樣的情況累計 10次後，電池容量就會低於標稱容量的 70%。另外，一些消費者發現電池
在欠電時，等 10分鐘後，電池又有電了，就又給電行駛，這對電池破壞更大，而大多數車廠的說明書
都沒有給予警告。

目前多數控制器內部都有可變電阻器，而這可變電阻器的振動誤差是比較嚴重的。在價格競爭中，
面對更注重車輛外表的消費者，很少有車輛採用抗振動的精密多圈電阻器，所以會發生振動後有誤差
也是正常的。

四、充電設備

業界廣為流傳的一句話，就是：『電池不是用壞的，而是充壞的』。

為了滿足電自車電池的短時高容量充電，在三段式恒壓限流充電中，不得不通過提高恒壓值到
2.47~ 2.49V。這樣，會超過電池正極板析氧電壓和負級板析氫電壓。

一些充電器製造商的產品為了降低充電時間的需求，提高了恒壓轉浮充的電流，而使得充電指示燈
顯示滿電後，還沒有充滿電，就靠提高浮充電壓來彌補。這樣，很多充電器的浮充電壓超過單槽電壓
2.35V，這樣在浮充階段還在大量析氧。而電池的氧循環又不好，這樣在浮充階段有會不斷的排氣。
恒壓值高了，保證了充電時間，但是犧牲的是失水和硫化。

在改善電池的板柵合金、提高析氧電位、改善氧循環功能，提高密封反應效率的基礎上，控制充電
最高充電電壓在 2.42V以下，也就是在析氫電位以下。這樣做必然會導致充電時間的延長，這就必須
在大電流充電（限流充電）的狀態下，加入去極化的負脈衝，改善電池的充電接受能力，在大電流充電時
可以多充入一些電量，縮短充電時間。

70%的 2C電流充電，是電池在充電接受能力比較大時，對電池採用大電流充電，對電池的損傷
較小。電池基本上沒有高於嚴重析氫電壓。一旦高於析氧電壓，電池也會快速失水。使用這類充電器，
必須採用連續充放電，如果中途停止幾天充電，電池就會產生比較嚴重的硫化而提前失效。

而消費者使用電池，是無法保證每次使用以後，都能夠及時充電，一年以內發生數次沒有及時充電的
情況，電池的硫化就會累積。多數充電器製造商都說車廠因價格因素不接受可以保證電池壽命的充電器。
但反觀大車廠也可能買不到好的充電器，因為充電器製造商把充電器的功能誇大了...

五、其它

(1) 電池組匹配

電池在單顆測試中，可獲得較好的數據，但對串聯後的電池組來說，由於容量、開路電壓、荷電狀態、
硫化程度各不同，這差異化會在串聯電池組中被擴大，狀態較差的單顆電池最終會影響到整組電池。

(2) 庫存電池

電池從在生產線上充電，到消費者購車後配車使用這段期間，要經過很多環節，間隔時間甚至會長達
數月，這段期間由於沒對電池進行補充電維護，自放電產生的硫酸鉛大量堆積結晶，消費者剛買的
新電池都可能是已經老化甚至近報廢的電池。

(3) 保修品

電池廠商在執行保固作業時，對回收電池並不是完全淘汰。不良電池返回後，電池廠商重新進行
充放電檢驗，在檢驗中往往會發現有 60%以上的單顆電池是不符合出保固返回的條件。其原因也就是
在串聯電池組中，個別的電池效能落後形成整組電池效能下降而引起整組返回。

不少電池廠商對返回電池進行重新配組後，又重新提供給消費者作為保修品，以提高電池有效利用率，
延緩報廢期限，減少出保固成本的損失。