如何使电动车电池寿命更长的原理及方法

如何使电动车电池寿命更长（原理篇）
　　对于骑行电动车的朋友，特别像配置大功率电机的朋友，一般半年到一年左右就要更换电池，如何让电池的使用寿命延长以延长更换电池的周期是每个购车的朋友都十分关心的问题。
　　在这一期里我们先介绍一下铅酸电池的工作原理。
　　首先看下它们的反应方程式：

　　铅酸电池它是以海绵状的铅作为负极，二氧化铅作为正极，我们把这二种物质称为活性物质，用硫酸水溶液作为电解液，它们共同参与了化学反应。从上述反应原理可以看到，在放电时，正负极材料都与电解液中的硫酸反应生成硫酸铅。在正常情况下，所生成的硫酸铅结构疏松，并且其晶体非常细小，电化学活性很高。在充电时这种活性很高的硫酸铅可以在电流作用下重新生成正极的二氧化铅和负极的海绵状铅。通过这种稳定的可逆过程，电池实现了储存电能和释放电能的作用。

　在前一期里，我们介绍了铅酸电池的工作原理，那么在这一期里我将介绍一下，导制铅酸电池寿命短的原因：
　　第一个原因：电池本身引起的
　　为什么这么说呢！在前一期里我们知道了铅酸电池的工作原理，铅酸蓄电池充放电的过程是电化学反应的过程，充电时，硫酸铅形成氧化铅，放电时氧化铅又还原为硫酸铅。而硫酸铅是一种非常容易结晶的物质，当电池中电解溶液的硫酸铅浓度过高或静态闲置时间过长时，就会“抱成”团，结成小晶体，这些小晶体再吸引周围的硫酸铅，就象滚雪球一样形成大的惰性结晶，结晶后的硫酸铅充电时不但不能再还原成氧化铅，还会沉淀附着在电极板上，造成了电极板工作面积下降，这一现象叫硫化。这时电池容量会逐渐下降，直至无法使用。当硫酸铅大量堆集时还会吸引铅微粒形成铅枝，正负极板间的铅枝搭桥就造成电池短路。如果极板表面或密封塑壳有缝隙，硫酸铅结晶就会在这些缝隙内堆积，并产生膨胀张力，最终使极板断裂脱落或外壳破裂，造成电池不可修复性物理损坏。所以，导致铅酸蓄电池失效和损坏的主要机理就是电池本身无法避免硫化。
　　第二个原因：电池生产的原因
　　针对电动自行车用铅酸蓄电池的特殊性，各个电池制造商采取了多种方法。最典型的方法如下：
①增加极板数量。
　　把原设计的单格5片6片制改为6片7片制，7片8片制，甚至8片9片制。靠减薄极板厚度和隔板，增加极板数量来提高电池容量。
②提高电池的硫酸比重。
　　原来浮充电池的硫酸比重一般都在1.21~1.28之间，而电动自行车的电池的硫酸比重一般都在1.36～1.38左右，这样可以提供较大的电流，提升电池的初期容量。
③增加正极板活性物质氧化铅的用量和比例。
　　增加氧化铅就增加了参与放电的电化学反应物质，也就增加了放电时间，增加了电池容量。
　　通过这些措施，电池的初期容量满足了电动自行车的容量要求，特别是改善了电池的大电流放电的特性。但是，极板增加了，硫酸的容量就减少了，电池发热导致大量失水，同时，电池的微短路和铅枝搭桥的概率增加了。提高硫酸比重增加了电池的初期容量，但是，硫化现象就更严重。密封电池的最基本原理之一就是正极板析氧以后，氧气直接到负极板，被负极板吸收而还原为水，考核电池这个技术指标的参数叫做“密封反应效率”，这种现象叫做“氧循环”。这样，电池的失水很少，实现了“免维护”，就是免加水。为此，都要求负极板容量做的比正极板容量大一些，又称为负极过渡。增加正极板活性物质必然使得，负极过渡减少了，氧循环变差了，失水增加了，又会造成硫化。这些措施虽然提升了电池的初期容量，但是却会造成失水和硫化，而失水和硫化又会相互促成，最终结果却是牺牲电池的寿命。
④还有就是极群组装虚焊问题。
　　容易产生虚焊的地方是极板。而每个电池的单格有15片极板，就是15个焊点，一个电池有6个单格，就有90个焊点，一组电池由3个12V电池组成，就有270个焊点。如果一个焊点存在虚焊，该单格容量就下降，进而该单格形成电池落后，造成整个电池都落后，电池就会形成严重的不均衡，使这组电池提前失效。就算虚焊控制在万分之一，平均每37组电池就会有一组电池存在虚焊，这是绝对不能够允许的。而铅钙合金板栅的电池，在焊接的时候会析出钙而掩盖虚焊问题，这样，很多电池制造商宁愿采用低锑合金的板栅而没有采用铅钙合金。而低锑合金的板栅析氧析氢电压更低，电池出气量大，失水相对严重，电池更容易硫化。
　　从以上我们可以看出：为什么电池有好有坏，有的厂家生长的电池相同使用条件下寿命会更长。
　　第三个原因：电动车使用环境本身引起的原因
　　只要是铅蓄电池，在使用的过程中都会硫化，但其它领域的铅酸电池却比电动自行车上使用的铅酸电池有着更长的寿命，这是因为电动自行车的铅酸电池有着一个更容易硫化的工作环境。
①深度放电
　　用在汽车上的铅蓄电池只是在点火时单向放电，点火后发电机会对电池自动充电，不造成电池深度放电。而电动自行车在骑行时不可能充电，经常会超过60%的深度放电，深放电时，硫酸铅浓度增加，硫化就会相当严重。
②大电流放电
　　电动车20公里巡航电流一般是4A，这个值已经高于其它领域的电池工作电流，而超速超载的电动车的工作电流就更大。电池制造商都进行过1C充电70％，2C放电60％的循环寿命试验。经过这样的寿命试验，可达到充放电循环350次寿命的电池很多，但是实际在用的效果就相差甚远了。这是因为大电流工作增加了50%的放电深度，电池会加速硫化。所以，电动摩托车的电池寿命更短，因为电动摩托车的车身太重，电机功率大，在巡航时工作电流达8A以上。有的甚到达到10A.
③充放电频率高
　　用在后备供电领域的电池，只有在停电时才会放电，如果一年停8次电，要达到10年的寿命，只用做到80次循环充电寿命，而电动车一年充放电循环300次以上很常见。甚到有的人可能一天充好几次 ，充的时间很短，没有充饱就使用了。
④短时充电
　　由于电动自行车是交通工具，可充电的时间不多，要在8小时内完成36伏或48伏的20安时充电，这就必须提高充电电压（一般为单节2.7~2.9伏），当充电电压超过单节电池的析氧电压（2.35伏）或析氢电压（2.42伏）时，电池就会因过度析氧而开阀排气，造成失水，使电解液浓度增加，电池的硫化现象加重。
⑤放电后不能及时充电
　　作为交通工具，电动自行车的充电及放电被完全分离开来，放电后很难有条件及时充电，而放电后形成的大量硫酸铅如果超过半小时不充电还原为氧化铅，就会硫化结晶。
　　第四个原因：电动自行车生产方面的原因
　　大多数车的控制器都留了一个限速插头，一些车厂干脆就去掉限速器出厂，既可以吸引看重车速的客户，也能降低成本，这样的车在高速行驶时电流非常大，会严重缩短电池寿命。
　　12V铅酸电池的最低保护电压为10.5V，如果是36V电池组，最低保留电压就是31.5V，目前大多数车厂采用的控制器欠压保护电压也都是31.5V。表面上看这是正确的，但是，实际当36V电池组只剩下31.5V电压时，由于电池存在容量差，肯定就会有一个电池电压低于10.5V，该电池就处于过放电状态。这时候，过放电的电池容量急剧下降，这时对电池的损伤影响不仅仅是该单只电池，而是影响整组电池的寿命。其实，在电池电压低于32V以后一直到27V，所增加的续行能力不到2公里，而对电池的损伤却非常大。只要出现这样的情况10次，电池的容量就会低于标称容量的70%。另外，一些用户发现电池在欠压以后，过10分钟，电池又不欠压了，就又采取给电行驶，这对电池破坏更大，而大多数车的说明书没有给用户以警示。目前多数控制器内部都有可调的电位器，而这个可调的电位器的振动漂移是比较严重的。在价格竞争中，面对更注重车外表的用户群，很少有产品采用抗振动的精密多圈电位器，这样的控制器发生振动后漂移也不奇怪。
　　第五个原因：充电设备的原因
　　业界广为流传的一句话就是：电池不是用坏的，而是充坏的。为了满足电动自行车电池的短时高容量充电，在三段式恒压限流充电中，不得不通过提高恒压值到2.47V～2.49V。这样，大大超过电池正极板析氧电压和负极板析氢电压。一些充电器制造商的产品为了降低充电时间的指示，提高了恒压转浮充的电流，而使得充电指示充满电以后，还没有充满电，就靠提高浮充电压来弥补。这样，很多充电器的浮充电压超过单格电压2.35V，这样在浮充阶段还在大量析氧。而电池的氧循环又不好，这样在浮充阶段也在不断的排气。恒压值高了，保证了充电时间，但是牺牲的是失水和硫化。恒压值低了，充电时间和充入电量又难以保证。在改善电池的电池板栅合金、提高析气电位、改善氧循环性能，提高密封反应效率的基础上，控制充电最高充电电压在2.42V以下，也就是在析氢电位以下。这样做必然会导致充电时间的延长，这就必须在大电流充电（限流充电）的状态下，加入去极化的负脉冲，改善电池的充电接受能力，在大电流充电的时候多充入一些电量，缩短充电时间。70％的2C电流充电，是电池在充电接受能力比较大的时候，对电池采用大电流充电，对电池的损伤比较小。电池基本上没有高于严重析氢电压。一旦高于析氢电压，电池也会快速的失水。使用这类充电器，必须采用连续充放电，如果中途停止几天充电，电池就会产生比较严重的硫化而提前失效。而用户使用电池，是无法保证每次使用以后，都能够及时充电的，一年以内发生数次没有及时充电的情况，电池的硫化就会积累。一些充电器制造商把某些功能夸大，成品的功效其实没有其宣传的那样好。
　　其它原因
　　不少电池在单体测试中，可以获得比较好的结果，但是，对于串连电池组来说，由于容量、开路电压、荷电状态、硫化程度各不相同，这个差异会在串连电池组被扩大，状态差的单体会影响整组电池，其寿命明显下降。
从电池在生产线上充电，到用户购车后配车使用这段时间要经过很多环节，间隔时间甚至会长达数月，在这期间，由于没对电池进行补充电，自放电产生的硫酸铅大量堆积结晶，用户刚买到的新电池可能是已经老化甚至报费的电池。
　　电池厂家在执行质保时，对回收电池并不是完全的淘汰。电池返退以后，电池制造商重新进行充放电检验，在检验中往往会发现有60％以上的单体电池是不符合返退条件的电池。其原因也就是在串连电池组中，个别的电池落后形成整组电池功能下降而引起整组返退。不少电池制造商对返退电池采取配组、补水、除硫、包装后，又重新提供给用户，以提高电池的有效使用寿命，降低报废率，减少电池制造商的部分理索赔的损失，所以，很多经销商已经感觉到厂家提供的电池明显“一代不如一代”。
如何使电动车电池寿命更长（方法篇）
　　对于如何使电动车电池的寿命更长的方法，有很多种说法，我很想和大家探讨一下，希望大家看完之后能发表一下评论，看我说的是否有一定道理，好还是不好。
　　有人说，应该随用随充，不管使用多少，保持每天充电
　　又有人说，应该用得差不多再充，而这个差不多呢！有的说50%－60%，有的说70%－80%，到底要多少，到现在似乎都没有一个定论。
　　我们该听谁的好呢？！！！
　　另外还有人说，遇到较陡地上坡或路面条件较差时，下车推行，减少电池大电流放电，容易损伤电池。我个人认为，完全没有这个必要！车子是来用的，是来让人骑的，不是来骑人的。而且，即便真的遇到这种情况，只要你控制好转把，电流的大小还不是由你控制！？
　　下面是摘自网络的一些方法：（红字为我自行添加，有无道理请自行判断）此后，我会在最后另外总结一些方法给大家，我搞这一行5年，信不信就由大家了。
　　1、不要随便更换充电器，不要去掉控制器的限速。
　　各个制造商的充电器一般都有个性化需求，在没有把握的时候不要随意更换充电器。如果续行里程要求比较长，必须为了异地充电而配备多个充电器，就把白天补足充电的充电器采用另外补充的充电器，而晚间采用原配的充电器。去掉控制器的限速，虽然可以提高一些车的速度，除了会降低车的安全性以外，也会降低电池的使用寿命。
　　充电器是针对电池的，和其它任何部件没有任何关系，只要你所用的充电器的参数和电池所要求的参数相一致，换了充电器又有什么关系，而且我们可以先择一些好一点的充电器（比如带负脉冲，温度补偿，限时保护等）不一定就是原厂的东西就比较好，当然我这里也不是排斥所有，只是有些个别罢了。对于限速这个问题，上面的话是有道理的，但是我也不是完全支持，因为本人使用的五羊款电动摩托车，功率500W，我并没有限速，速度也常常开到最快（可以达到50多KM/H)，但我使用的电池再一个月就两年了。现在还挺好用，还可以跑上二三十公里。其实只要注意使用和骑行方法就可以有效的解决这个问题。我在最后会写一些我使用电动车的心得，请大家观注。
　　好的充电器为什么能延长电池寿命？
　　要延长电池的使用寿命，除了与骑行习惯、电池品质有关外，关系更为密切是充电器的质量的好坏。一方面，电池虽然原理简单，但有自己的充放电工作特性（每次的充放电过程都发生着复杂的物理、化学变化），只有符合这种充电特性、且具备脉冲修复功能的充电器才能真正意义上延长电池的使用寿命；另一方面，充电器几乎天天和电池充电相伴，不符合电池充电特性的充电器，就等于电池的“枕边杀手”、“慢性毒药”，过充或欠充将长期“毒害”电池，时间长了极易出现失水、鼓包变形等系列影响电池正常使用寿命的问题，这就是业界常说的“电池不是被用坏，是被充坏的”的说法。
　　2、保护好充电器。
　　一般的使用说明书上面都有关于保护充电器的说明。很多用户没有看说明书的习惯，往往除了问题以后才想起找说明书看，经常为时已晚，所以先看说明书是非常必要的。为了降低成本，现在的充电器基本上都没有做高耐振动的设计，这样，充电器一般不要放在电动自行车的后备箱和车筐中。特殊的情况下，必须要移动，也要把充电器用泡沫塑料包装好，防止发生振动的颠簸。很多充电器经过振动以后，其内部的电位器会漂移，使得整个参数漂移，导致充电状态不正常。另外需要注意的就是充电的时候要保持充电器的通风，否则不但影响充电器的寿命，还可能发生热漂移而影响充电状态。这样都会对电池形成损伤。所以，保护好充电器也是非常重要的。
　　这些我就不多加评判了，只是想补充一下，充电器最好不要随车携带，因为振动会至使里面质量比较大的元件如变压器，电容，大功率三极管，场效应管，可调电位器等发生松动，从而导致充电器的参数漂移，甚至损坏。还要防水，电子的东西就是这样－－怕水。
　　3、每天都充电。
　　即便您的续行能力要求不长，充一次电可以使用2到3天，但是还是建议您每天都充电，这样使电池处于浅循环状态，电池的寿命会延长。一些早期使用手机用户以为电池最好是基本使用完了以后再充电，这个看法是不对的，铅酸蓄电池的记忆效益没有那么强烈。经常放完电对电池的寿命影响比较大。多数充电器在指示灯变灯指示充满电以后，电池充入电量可能是97％～99％。虽然仅仅欠充电1％～3％的电量，对续行能力的影响几乎可以忽略，但是也会形成欠充电积累，所以电池充满电变灯以后还是尽可能继续进行浮充电，对抑制电池硫化也是有好处的。
　　如果你想电池用的长一点的话，就不要每天充电！电动车的电池不宜频繁地充电，因为电池的充放电循环数次是一定的，一般在300次左右，频繁给电池充电会加重电池正极板上地活性物质软化脱落，还会导致板栅腐蚀加快。你每充一次，相当于你的电池寿命就缩短一次，厂家的话或者经销商都是这么说，因为这样子做，电池基本上都能过保修期，寿命呢也差不多再多一两个月，两三个月的时间就结束了。要用得差不多了再充，当然也不能太久，你说我坐得少，10天半个月充一次那个不行，一般的最多两三天就要充一次。除非你觉得剩余的电量不够你使用。对于差不多多少比较好的请看后面的总结。
　　4、及时充电。
　　电池放电以后就开始了硫化过程，在12小时开始，就出现了明显的硫化。及时充电，可以清除不严重的硫化，如果不及时充电，这些硫化结晶将要聚积而逐步形成粗大的结晶，一般的充电器对这些粗大的结晶是无能为力的，会逐步形成电池容量的下降，缩短了电池的使用寿命。所以，除了每天充电以外，还要注意，使用完了以后要尽早的充电，尽可能使电池电量处于饱满状态。
　　及时充电也算不完全错吧，或许有人会问，你上面不是刚刚说过不是要用的差不多吗？其实并不矛盾，也就是可以够用的话，你就用得差不多了之后要记得及时充电，或者不够用的话，就要及时充电。
　　另外如果能时时检查一下电池的平衡性，那就更好了！因为电池之间的差异／长期来的使用（有欠压史，负载很大等）／充电的原因（不规律充电）等使得各个电池之间出现不均衡，也就是一组电池当中有的已经到欠压保护点10.5，甚至更低，而另外的还有挺高的电压和挺多的电量。如果此时充电，充进去的电量是一致的，使用时反而会由于电量不均使得差别一次次加剧。最终导致常期低压的电池硫化太严重而损坏。如果你发现你的续行里程少于70%，在排除其它问题的情况下，就可以用电池容量表检测出问题电池并进行修复，就可以大大延长电池的寿命了。
　　5、定期深放电。
　　电池定期进行一次深放电也有利于"活化"电池，可以略微提升电池的容量。一般的方法是，定期对电池进行一次完全放电。完全放电的方法是在平坦路面正常负荷的条件下骑车到第一次欠压保护。注意，我们特别强调第一次欠压保护。电池在第一次欠压保护以后，电池经过一段时间以后，电压还会上升，又恢复到非欠压状态，这时候如果再使用电池，对电池的伤害很大。在完成完全放电以后，对电池进行完全充电。会感觉电池容量有所提升。
　　这个说的没错，只是不用那么再意是第几次。记得要“及时充电”，至于周期，多久一次，请看总结。
　　6、养成一些节电的好习惯。
　　尽可能利用滑行。如下坡的时候，尽可能的利用提前断电滑行减速。在即将遇到红绿灯的时候提前进入滑行，最大限度的减少刹车。一位朋友告诉我，他是宁愿多转一次湾也要减少一次刹车，这是有道理的。 启动的时候，最好加入骑行助力，不仅仅可以提高启动速度，而且可以减少电池的电量损失和寿命损伤。
　　车子行驶过程中，不宜频繁地启动、刹车，因为刹完车再启动，特别是在起步的时候，电流很大，在一断时间内就等于限流值的大小
　　7、注意充电的环境。
　　充电最佳的环境温度是25℃。现在多数充电器没有适应环境温度的自动控制系统，所以多数充电器都是按照环境温度25℃设计的，所以在25℃条件下充电比较好。否则，就难免出现冬季欠充电和夏季过充电的问题。而环境温度真正在25℃的时候比较少，这样就必然有夏季过充电冬季欠充电的问题。好在现在多数家庭都具有室内调温的条件，这样，充电的时候，最好把电池和充电器安排在有通风并且调温的环境里。 特别提示的是电池处在北方冬季在室外低温状态进入温暖的室内的时候，电池的表面会出现结霜凝露。为了避免结霜凝露引起的电池漏电，应该在电池温度上升到与室内温度接近并且干燥以后再进行充电。
　　注：电池充电电压和环境温度成反比关系
　　以下给出36V电池在不同温度（TEMP)下的最高充电电压（UMAX)和浮充电压（UF）其它电压的自行计算。

　　8、充分利用维修条件
　　不少电动自行车的经销商可以提供电池检修和维修的服务，应该充分利用这些服务。一些品牌的电动自行车提出对电池的检修。如：对电池进行定期检修，可以减少对电池的损伤。对电池的荷电状态的修复就可以缓解"电池落后"的失效，而这些对配备了维修能力的经销商来说是轻而易举的。对于失水来说，在电池容量70％的时候补水就比电池容量40％的时候补水的效果要好。甚至一些品牌的产品还提出：到规定的时间不检修就相当于放弃电池的保用期。使消费者受到不应该发生的损失。所以，消费者要充分的利用电池检修的条件延长增加电池的使用寿命。
　　通过这些方法，用户可以大大延长电池的使用寿命。一些用户的续行里程比较短，电池的使用寿命相对比较长，一些问题也相对难以发现。所以，第4条说到的"深放电"措施也是及时发现电池问题的一个有效方法，不要等电池问题严重的时候就难以处理了。