铅离子有限, 因此其充电可接受电流下降。 充电电
流超过其可接受电流的那部分电流则用于电解水 。
3.4 充电接受能力差异对蓄电池充电的影响
蓄电池组中各蓄电池电荷量有差异对蓄电池充
电的影响如图 2 所示。 图 2 中 2 号蓄电池的充电接
受电流低于 1 号蓄电池, 如果两蓄电池串联并以 I C 的恒定电流充电, 当充电至 t 1 时, 2 号蓄电池就达 到了其最大充电电流曲线, 而 1 号蓄电池则到 t 2 才 达到最大充电电 流曲线。 在 t 1 ～ t 2 这段 充电时间 里, 2 号蓄电池将有大量的水被电解, 因而其充电 电流转变成蓄电池能量要远低于 1 号蓄电池 。
《汽车电器》 2001 年第 2 期
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设计 ○研究
等不可能完全一致;二是在蓄电池装车使用时 , 由 于蓄电池组中各个蓄电池的电解液密度、 温度和通 风条件、 自放电程度等的差别, 会在一定程度上增 加蓄电池的电压 、 内阻及电荷量等参数的不一致性。
3 使用中蓄电池不一致性扩大的原因分析
3.1 蓄电池过充电及其影响
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○ 蓄电池用水不用愁 , 接通水源自动流 ! 详见 P30 广告 ○ 《 汽 车 电器》 2001 年第 2 期
设计 ○研究
化, 并导致其充电接受能力更低, 从而陷入性能迅 速下降和加速损坏的恶性循环之中 。 3.5 蓄电池过放电及其影响
过放电是指在蓄电池已经放电至终止电压的情
况下继续强迫放电。 过放电时, 蓄电池端电压急剧 下降, 并易使极板上生成粗晶粒的硫酸铅 (硫化), 因此 , 过放电同样会使蓄电池电荷量降低, 严重时 会造成蓄电池反极, 影响其使用寿命。
I =I 0e -at
(1)
式中 I ——— 蓄电池可接受的充电电流
I 0 ———开始充电 (t =0) 时蓄电池可接受的
最大充电电流
a ———充电可接受电 流衰减常数, 与蓄电池
的结构和状态有关
在充电过程中, 充电可接受电流是按指数规律
下降的 , 见图 1。 当充电电流在可接受电流曲线以 下时 , 充电不产生析气或只产生微量析气;如果充
外露氧化 , 均使极板容易硫化 , 因此 , 蓄电池过充
电将直接影响蓄电池的寿命和电荷量。
3.2 充电接受能力与过充电
铅酸蓄电池的充电接受能力是指其电解液只产
生微量析气的前提下所能够接受的最大充电电流 。
1967 年美国学者麦斯 (J.A.M as) 经过大量的试验
提出了蓄电池充电可接受电流定律 :
可以把过充电定义为 :蓄电池的过充电是指在充电
过程中, 由于充电电流超过了可接受电流而使电解
液中的水被大量电解而出现较严重的析气现象。
蓄电池的电荷量由下式求出:
∞
∫ Q = I dt =e -at dt =I0/ a
0
由上式得 :a =I 0/ Q
(2)
从 (2) 式可 知, 对于充电可接 受电流衰减常
2 蓄电池性能参数的不一致性 蓄电池的不一致性是指同一规格型号的蓄电池
组成蓄电池组后, 其电压、 内阻、 电荷量等参数存 在一定的差别。 产生这种差别的原因有两个方面 : 一是在制造过程中 , 由于工艺上的问题和材质的不 均匀, 使得蓄 电池极板 活性物质 的活化程 度和厚 度、 微孔率、 连条 、 隔板等存在很微小的差别 , 这 种蓄电池内部结构和材质上的不完全一致性 , 就会 使 同一批次出厂的同一型号蓄电池的电荷量 、 内阻
图 3、 图 4 所示充放电试验的相关数据见表 1 、 表 2。 通过分析和试验验证 , 总结蓄电池电荷量差 距扩大后对蓄电池组使用性能的不良影响如下。
放电 , 导致各蓄电池电荷量差距的扩大。 而电荷量 差距扩大的内部主要差异是其极板硫化程度不同 ,
4.2.1 充放电能量转换效率下降。 蓄电池电荷量 下降后, 其充电电压高 , 充电所需的能量也高 , 充
免。 蓄电池组中电荷量差距越大, 电荷量低的蓄电 池过放电的情况就会越严重。
图 3 电荷量有 差异蓄电池的放电试验
4 蓄电池组中各蓄电池电荷量不一致影响的试验
与分析 4.1 蓄电池电荷量不一致的外部特征
图 4 电荷量有差异蓄电池的充电试验
如前所述, 组成蓄电池 组的各蓄电池的内阻 、 电荷量等参数的不一致性 , 导致了蓄电池组各蓄电 池在使用过程中电荷量低的蓄电池容易过充电和过
电电流超过可接受电流曲线 , 则电流越大, 电解水
反应就越剧烈, 并使蓄电池内部的压力增大 、 温升
加速 , 对蓄电池造成损害 。 从充电可接受电流曲线
可知 , 产生大量析气不仅是出现在蓄电池充电的后
期, 在充电的任一时间里 , 只要充电电流大于当时
的可接受电流 , 就会出现“ 过充电” 的现 象。 因此 ,
设计 ○研究
混合动力电动汽车用蓄电池不一致的影响分析
麻友良1 , 陈全世2 (1.武汉科技大学交通运输系 , 湖北 武汉 430070 ;2.清华大学汽车工程系 , 北京 100084)
摘要 :应用于混合动力电动汽车的铅酸蓄电池 , 由于其性能参 数的不一致性而导致使用过程 中产生性能 参数 差别 的扩大化 , 是造成蓄电池使用寿命短以及混合动力电动汽车性能下降 的重要因 素 。 从理论上 分析了蓄电 池性 能差别扩大的原因 , 并通过试验进一步说明性能参数不一致所表现出的特征及影响 。
混合动力电动汽车用蓄电池的首选。 但是, 国产的 铅酸蓄电池应用在研制的混合动力电动汽车上时 , 其使用寿命、 输出的电量和能量密度等并未达到蓄 电池原有的水平。 比如, 一个完全充放电循环寿命 在 300 次以上或在通常的使用情况下可使用 2 年左 右的铅酸蓄电池, 在混合动力电动汽车上成组使用 后, 不到一年或一两个月就报废, 其使用寿命缩短 至原来的几分之一甚至十几分之一 , 严重影响了混 合动力电动汽车的开发和应用 。 因此 , 分析蓄电池 过早损坏的主要原因, 以便采用正确的使用和管理 方法 , 使蓄电池的使用寿命得以延长 , 是混合动力 电动汽车研究与开发的重要课题之一。
电荷量低的蓄电池其极板硫化程度高 。 其外部特征
入单位电量所需的能量比原来增加了;放电时 , 电
则为电荷量低的蓄电池其电压上升快 , 到达开始析 荷量低的蓄电池其端电压低 , 因而其能量下降的比
蓄电池过充电的一般定义是指蓄电池极板上能
够转化为活性物质的硫酸铅都已转换的情况下继续
对蓄电池进行充电, 使得电解液中的水被大量电解
而出现较严重的析气现象 。 由于过充电产生的大量
气泡会对极板微孔造成压力 , 使极板活性物质容易
脱落 ;电解液则由于水份减少而密度增大、 液面下
降。 蓄电池的电解液密度过高、 极板因液面过低而
修改稿收稿日期 :2001 -01 -18 基金项目 :汽车安全与节能国家重点实验室开放基金 (39915009) 作者简介 :麻友良 (1956 -), 男 , 副教授 , 主要从事汽车运用工 程的教学 与电动汽车 的研究工 作 , 现为汽 车安全 与节 能国家重点实验室访问学者 ;陈全世 (1945 -), 教授 , 汽车安全与 节能国家 重点实验室 副主任 , 主要 从事电动 汽车的 研究 与教学工作 。
图 2 充电接受能力差异对蓄电池充电的影响
图 1 蓄电池充 电可接受电流曲线 如果充电过程始终保持可接受的充电电流 , 则
混合动力电动汽车用蓄电池处于不规则的充放 电循环工作状态, 在混合动力电动汽车处于蓄电池 充电工况多于放电工况的某一段时间里, 发电机组 对蓄电池的充电电流就可能会超过电荷量较低蓄电 池的可接受 电流而未 达到其它 蓄电池的 可接受电 流。 这样的结果, 就使充电接受能力低的蓄电池充 入的电量减少 , 析气量增加 , 使得其极板更容易硫
关键词 :铅酸蓄电池 ;不一致性 ;蓄电池电荷量 ;极板硫化 中图分类号 :U 463.63 +3 文献标识码 :A 文章编号 :1003-8639(2001)02 -0005 -03
The Inconsistent Influence Analysis of Battery for Hybrid Electric Vehicle M A You-liang 1 , CHEN Q uan-shi2
(1.T raffic T ransporation Department of Wuhan Scientific and T echnical University , Wuhan 430070, China ; 2.Auto Engineering Depar tment o f Q inghua U niversity , Beijing 100084 , China)
Abstract:T he inconsistent of performance parameter of Lead-acid battery fo r HEV causes the differences spreading in use , which are the main factor s to shor ter operation life and decreasing in performance .T his paper analy ses the reaso ns in theory and the characteristics and effects caused by the inconsistent performance parameters.
充电接受能力下降的原因。 蓄电池充电的电化学反
应如下:
Pb2
SO
4
→Pb2
+
+SO
2 4
-
(硫酸铅溶解电离)
Pb2
+
+SO
2 4
-+H
2O
→Pb
+PbO