评估电动助力车用VRLA蓄电池的一致性

摘要：概要介绍了VRLA蓄电池组一致性的重要性。分析了蓄电池组的一致性好坏对电池组的使用寿命影响；浅谈了蓄电池组的一致性成因及解决办法，并对蓄电池装配整个流程中几个关键点对蓄电池组一致性的影响，进行了相关论述。
Key words: consistency of VRLA batter; battery capacity; batteries cycle life; battery assembly process for electric-bicycle vehicle
关键词：VRLA蓄电池一致性；蓄电池容量；电池组循环寿命；电动车用蓄电池装配；
一、前言
电动助力车以其环保、便捷、效费比高等优点，在国内发展势头逐年递增，成为民众心目中的优选代步工具。在国家零投资任何资金政策的前提下，完全由民间买卖双方的自愿参与，催生出了一个巨大民生经济体系。虽然国内各地政策导向比较混乱，对电动助力车有诸多指责，但不可再生资源的稀缺、石油价格的高涨、交通的拥堵、民众的出行安逸观转变等，这些无可回避的事实，将指引“电动助力车”亦是现实国情民众出行的最佳代步工具。
作为电动助力车灵魂的动力源“VRLA蓄电池组”，近年来亦随着市场的需要技术逐年提高，容量和寿命都较以前有明显的进步，单体电池容量循环350次以上已不是问题，但整组测试容量寿命则严重下降，4只电池组较3只电池组循环衰减就明显加快。这种因电池个体间的一致性不好引起的整组循环寿命差，已成为电池容量和循环寿命之后，各电池生产厂家无法回避必须解决的技术难题。
二、蓄电池间的不一致性与危害
蓄电池间的不一致性是指：同种规格、型号，相同原材料、工艺生产的蓄电池单体，其电压、内阻、容量、自放电、充电接收能力等参数，存在着离散性的差别。
这种相同工艺型号电池间的不一致，是多方面原因造成的，其根本是由蓄电池生产过程中，各道生产工序都有一定工艺允许操作误差，所有工序控制允许误差加起来的总值则是离散性的，这种无定数的离散性误差总合体即成品电池，在使用过程中的物理、电化学等反应亦会存在一定离散性即性能参数差异，这种差异只能通过提高工艺控制点加以缩小，不能完全消除，也就是说蓄电池单体间的不一致性只有大小，没有完全一致。
在多个单体组合使用中，这种参数的不一致性，会变得更突出进而出现多极分化，使得处于两极的单体性能衰退，最终在落后单体的负作用下整组失效。
三、解决蓄电池组一致性的方法
由于生产中无可避离散性、工艺能控局限性的存在，所以电池单体间的性能差异大小是必然存在的。虽然这种差异是无法避免的，但是我们可以通过提高生产工艺控制来缩小电池个体间的差异，通过一定的筛选方法，使每组电池个体间的差异尽量减小，小到这种差异尽可能不成为影响蓄电池整组失效的主因。这种减小电池组单体间参数差异的方法，即各厂家所说的配组。
蓄电池的性能，是通过静态、带载负荷态、充电态、放电态等多态下的电压和总放电容量等数据来判定好坏，所以电池多态下的端电压和放电容量，成为衡量蓄电池性能参数的主要依据，也是电池配组的关键点。现在国内电动车电池生产厂家普遍采用电压、容量接近来配组，这种比较相同环境下静态电压、放电态电压和放电时间的配组方法，只要在参数比较点的选择和比较点允许误差范围的控制上抓好，还是可以满足蓄电池组在循环寿命中对一致性的要求的。
蓄电池组的一致性除受电池组内个体间自身一致性的制约外，还随使用环境、充放电条件的影响而变化，一组参数偏差很小的电池组随使用环境的不同，其一致性的表现也不相同，限于篇幅所限，本文就只简单讨论一下电池组装过程中的部分工序对蓄电池组一致性的影响，不再阐述极板生产过程和电池组使用环境对一致性的影响。
四、蓄电池组装工艺对电池组一致性的影响
1、  原辅材料、配件的影响
蓄电池塑壳、极板、隔板、密封圈、安全阀胶帽、密封粘胶、电解液、电解液添加剂、汇流排用铅等原。辅材料、配件都会对电池的装配压力、物理电阻、电化学阻力、电池密封状况、电池失水速率等形成直接的影响，最终使电池个体间出现不一致，影响蓄电池组的一致性。在生产电池前，一定要选择好性能参数符合设计要求的原辅材料、配件，并确立采购厂家检验进货，不要轻易在生产整批电池的过程中使用或更换不同厂家的原辅材料、配件，因为外观物理参数相近的原辅材料、配件，其内在的不同也会对电池组的一致性产生很大影响，甚至是致命性的影响。
不同厂家生产的极板，从设计上就会有板栅活物质比、正负活物值比的不同，所以即便外形尺寸、重量一样的极板，其内在活物质从物理上就有差距，再加上配方和生产工艺的不同，其二氧化铅、氧化铅、腐蚀层厚度、极板强度、孔率、放电活物质利用率、充电接收能力等物理、电化学参数更是不同，这些不同有些可以通过组装工艺优化缩小，有些是彻底不能改变的，所以不同厂家生产的极板组装电池配组，即便出厂时能够几点参数接近的配起来，但在后续使用中也会很快的显现出差异，最终使整组电池失去一致性；
不同厂家生产的塑壳外观尺寸相同，但是内在壁厚、沉淀槽厚、单格间距的上下锥度等参数是不尽相同的，这些不同就会影响电池的装配压力、储酸值的一致性；
不同厂家生产的隔板，由于其用粗细棉搭配比例的不同和生产设备及生产工艺的不同，同是0.5mm的隔板，其孔径、孔率、回弹性、定量、多点检测厚度公差，会有明显的不一样，其对电池的电化学反应阻力也是不一致的；
汇流排用铅的合理与否和烧焊工艺，决定着汇流排的晶粒致密度、极板极耳与汇流排的结合程度和汇流排的导电物理电阻，其结合强度和导电电阻对电池的一致性是物理的影响，其晶粒的致密度对电池充放电过程中的腐蚀电流消耗和腐蚀失水是电化学影响，粗大或晶种不同的汇流排，其造成的失水和电流消耗是比较明显的，这种损耗在电池组的一百次循环后会对电池组的一致性产生明显的影响。
2、  极板的称重配组
极板称重配用，从一开始的单片称重到现在大多数中小厂家采用的极群组称，这种转变一方面体现了极板加工物理精度的提高，一方面也反映出组装厂家对蓄电池极板配组原理的更深认识。从理论上来讲极板的放电时间受正极活性物质量、负极活性物质量、电解液当量三者中最低点的限制，而放电容量误差是影响蓄电池组一致性的关键点，所以各电动车电池组装厂家都采取称重配组来缩小极板物理面的差距，以保证尽可能相近的活性物质量极群体，在物理面给予电池单体尽可能的一致，让电池单体放电容量差异尽可能变的更小。
由于活性物质正、负极电化学当量和活性物质实际可使用率的不同，加之新电池电解液的充足，使得现在电动车用蓄电池几乎都是正极限容，在这种放电深度负极电位根本不构成限容的模式下，对于负极的称重配组使用，已经失去确保容量一致性的意义。但负极活性物质量的多少对电池充电接受能力有一定影响，不过这种影响在活性物质满足一定比值的情况下，也就失去计量的必要，然市场上90%以上的销售极板都已超过这种比值，所以对于负极极群的称重配组除能够让电池成品的重量差异缩小以外，对电池组的一致性没有实质性的影响。