2017-11-23
关于汽车蓄电池分类及修复方法
作者：admin 点击：2641
目前，制约电动汽车发展的关键因素是动力蓄电池不理想。
电动汽车蓄电池的主要性能指标是比能量、比功率和使用寿命等。要使电动汽车能与内燃机汽车相竞争，关键是开发出比能量高、比功率大、使用寿命长、成本低的蓄电池。（比能量，电子术语，参与电极反应的单位质量的电极材料放出电能的大小称为该电池的比能量。）
化学能转换成电能的装置叫化学电池，一般简称为电池。放电后，能够用充电的方式使内部活性物质再生——把电能储存为化学能；需要放电时再次把化学能转换为电能。将这类电池称为蓄电池(Storage Battery)，也称二次电池。
一、蓄电池
（1）铅酸蓄电池
工作原理：充电时利用外部的电能使内部活性物质再生，把电能储存为化学能，需要放电时再次把化学能转换为电能输出。它用填满海绵状铅的铅基板栅（又称格子体）作负极，填满二氧化铅的铅基板栅作正极，并用密度1.26--1.33g/mlg/ml的稀硫酸作电解质。电池在放电时，金属铅是负极，发生氧化反应，生成硫酸铅；二氧化铅是正极，发生还原反应，生成硫酸铅。电池在用直流电充电时，两极分别生成单质铅和二氧化铅。移去电源后，它又恢复到放电前的状态，组成化学电池。
应用：
备用电源
①电信、太阳能系统、电子开关系统等
②通讯设备（基站、PBX、CATV、WLL、ONU、STB、无绳电话等）
③后备电源（UPS、ECR、电脑后备系统等）
④紧急设备（应急灯，手电筒，火警盗警，防火闸等）
主电源
①通讯设备（收发器）
②电力控制机车（采集车、自动运输车、电动轮椅、清洁机器人、电动车等）
③机械工具启动器（剪草机、绿篱剪边器、无绳电钻、电动起子、电动雪橇等）
④工业设备/仪器
⑤摄像（闪光灯、VTR/VCR、电影灯等）
⑥其它便携式设备，等等
铅酸蓄电池已有100多年的历史，广泛用作内燃机汽车的起动动力源。
（2）阀控式铅酸蓄电池
这种电池虽然也是铅酸蓄电池，但是它与原来的铅酸蓄电池相比具有很多优点，而倍受用户欢迎，特别是让那些需要将电池配套设备安装在一起(或一个工作间)的用户青睐，例如UPS、电信设备、移动通信设备、计算机、摩托车等。基本特点是使用期间不用加酸加水维护，电池为密封结构，不会漏酸，也不会排酸雾，电池盖子上设有单向排气阀（也叫安全阀），该阀的作用是当电池内部气体量超过一定值（通常用气压值表示），即当电池内部气压升高到一定值时，排气阀自动打开，排出气体，然后自动关阀，防止空气进入电池内部。
铅酸蓄电池密封的难点就是充电时水的电解。当充电达到一定电压时（一般在2.30V/单体以上）在蓄电池的正极上放出氧气，负极上放出氢气。一方面释放气体带出酸雾污染环境，另一方面电解液中水份减少，必须隔一段时间进行补加水维护。与传统铅酸蓄电池相比，阀控式铅酸蓄电池有以下优点：
（1）采用多元优质板栅合金，提高气体释放的过电位。即普通蓄电池板栅合金在2.30V/单体（25℃）以上时释放气体。采用优质多元合金后，在2.35V/单体（25℃）以上时释放气体，从而相对减少了气体释放量。
（2）让负极有多余的容量，即比正极多出10%的容量。充电后期正极释放的氧气与负极接触，发生反应，重新生成水，即O2+2Pb→2PbO+2H2SO4→H2O+2PbSO4，使负极由于氧气的作用处于欠充电状态，因而不产生氢气。这种正极的氧气被负极铅吸收，再进一步化合成水的过程，即所谓阴极吸收。
（3）为了让正极释放的氧气尽快流通到负极，必须采用和普通铅酸蓄电池所采用的微孔橡胶隔板不同的新型超细玻璃纤维隔板。其孔率由橡胶隔板的50%提高到90%以上，从而使氧气易于流通到负极，再化合成水。另外，超细玻璃纤维隔板具有将硫酸电解液吸附的功能，因此即使电池倾倒，也无电解液溢出。
（4）采用密封式阀控滤酸结构，使酸雾不能逸出，达到安全、保护环境的目的。
这也是阀控式密封铅酸蓄电池称为免维电池的由来。但是，免维的含义并不是任何保养都不做，恰恰相反，为了提高阀控式密封铅酸蓄电池的使用寿命，有许多保养工作等着b体育（福州）有限公司官网去做。
应用：与铅酸蓄电池相似。
检测仪器：Midtronics SCP 100数字式蓄电池检测仪、密特SBT-100电动车蓄电池测试仪
（3）镍（nie4）氢蓄电池
镍氢蓄电池属于碱性电池，镍氢蓄电池循环使用寿命较长，无记忆效应，但价格较高。
应用：大到远程通信设备的UPS系统和电动车辆，小到电动自行车的电源、照明设备乃至美容工具等的电源。
工作原理：镍氢电池正极的活性物质为NiOOH（放电时）和Ni(OH)2(充电时)，负极板的活性物质为H2（放电时）和H2O（充电时），电解液采用30%的氢氧化钾溶液。充电时，负极析出氢气，贮存在容器中，正极由氢氧化亚镍变成氢氧化镍（NiOOH）和H2O；放电时氢气在负极上被消耗掉，正极由氢氧化镍变成氢氧化亚镍。
目前国外生产电动汽车镍氢蓄电池的公司主要是Ovonie、丰田和松下的一个合资公司。Ovonie现有80A·h和130A·h两种单元电池，其比能量达75－80W·h/kg，循环使用寿命超过600次。国内已开发出55A·h和100A·h 单元电池，比能量达65 W·h/kg，功率密度大于800W/kg的镍氢蓄电池。
（4）锂离子电池
应用：
便携式电子b体育（福州）有限公司官网
①音乐播放器、视频播放器
②手提电脑、平板电脑、掌上电脑
③手机
④数码相机、单反照相机
电动交通工具
①电动直行车、电动助力车
②新型混合动力汽车（大巴）、新能源汽车（用作动力电源）
③通用型汽车（轿车、小客车、商务车、面包车等）
大型动力电源
①大型舰船（货轮、邮轮、军事船舰等）
②航空飞行器（大型民航客机、商务飞机、直升机、战斗机等）
③航天动力（航天飞机、卫星、火箭、导弹等）
④装甲动力（坦克、装甲车、民用的大型挖掘器械、大型吊车等）
二次充电及储能领域
①电动类玩具
②风能、太阳能储能电源
③电动工具（电钻、碾磨器等）
④手电筒
⑤电动航模（模型飞机、模型船舶、模型汽车等）
工作原理：当对电池进行充电时，电池的正极上有锂离子生成，生成的锂离子经过电解液运动到负极。而作为负极的碳呈层状结构，它有很多微孔，达到负极的锂离子就嵌入到碳层的微孔中，嵌入的锂离子越多，充电容量越高。同样，当对电池进行放电时（即b体育（福州）有限公司官网使用电池的过程），嵌在负极碳层中的锂离子脱出，又运动回正极。回正极的锂离子越多，放电容量越高。
锂离子二次电池作为新型高电压、高能量密度的可充电电池，其独特的物理和电化学性能，具有广泛的民用和国防应用的前景。其突出的特点是：重量轻、储能大、无污染、无记忆效应、使用寿命长。目前人类只开发利用了其理论电量的20%～30%，开发前景非常光明。同时它是一种真正的绿色环保电池，不会对环境造成污染，是目前的能应用到电动车上的电池。
检测仪器：Midtronics密特GRX-5000EV电动汽车蓄电池模块工作站
（5）镍镉电池
镍镉电池是最早应用于手机等设备的电池种类，它具有良好的大电流放电特性、耐过充放电能力强、维护简单。
应用：
①大型袋式和开口式镉镍电池主要用于铁路机车、矿山、装甲车辆、飞机发动机等作起动或应急电源。
②圆柱密封式镉镍电池主要用于电动工具、剃须器等便携式电器。
③小型扣式镉镍电池主要用于小电流、低倍率放电的无绳电话、电动玩具等。
工作原理：位于负极的镉(Cd)和氢氧化钠(NaOH)中的氢氧根离子(OH-)化合成氢氧化镉，并附著在阳极上，同时也放出电子。电子沿著电线至阴极，和阴极的二氧化镍与氢氧化钠溶液中的水反应形成氢氧化镍和氢氧根离子，氢氧化镍会附著在阳极上，氢氧根离子则又回到氢氧化钠溶液中，故氢氧化钠溶液浓度不会随著时间而下降。
由于废弃镉镍电池对环境的污染，该系列的电池将逐渐被性能更好的金属氢化物镍电池所取代。
（6）钠硫蓄电池
钠硫电池，是一种以金属钠为负极、硫为正极、陶瓷管为电解质隔膜的二次电池。在一定的工作度下，钠离子透过电解质隔膜与硫之间发生的可逆反应，形成能量的释放和储存。一种占地面积约一个房间大小的新型电池—钠硫蓄电池，有望像水库储存水那样轻松地为巨大的电网储存能量，从而改变电力输送到住宅和企业的方式。
工作原理：一般常规二次电池如铅酸电池、镉镍电池等都是由固体电极和液体电解质构成，而钠硫电池则与之相反，它是由熔融液态电极和固体电解质组成的，构成其负极的活性物质是熔融金属钠，正极的活性物质是硫和多硫化钠熔盐，由于硫是绝缘体，所以硫一般是填充在导电的多孔的炭或石墨毡里，固体电解质兼隔膜的是一种专门传导钠离子被称为Al2O3的陶瓷材料，外壳则一般用不锈钢等金属材料。钠与硫就会通过化学反应，将电能储存起来，当电网需要更多电能时，它又会将化学能转化成电能，释放出去，钠硫电池的“蓄洪”性能非常优异，即使输入的电流突然超过额定功率5-10倍，它也能泰然承受，再以稳定的功率释放到电网中——这对于大型城市电网的平稳运行尤其有用。
应用：电网供电。
钠硫蓄电池是电力公司正在试验的几种能源存储技术中的一种。传统的能源储存形式是抽水蓄能。美国电力存储协会负责人布拉德罗伯茨说，自上世纪90年代以来，日本企业安装的钠硫蓄电池足以为约15.5万个家庭提供照明。美国电力公司利用宽15英尺、高30英尺的钠硫蓄电池满足了查尔斯顿北部2600名客户10%的电力需求。这个电池成本约为250万美元，利用在电力需求少、价格低的夜间由电网给它充电，在白天电力需求达到高峰时由它向外提供电力。
这种电池缓解了电网承受的压力（尤其在烈日炎炎的夏季），并且这种电池还有一个更吸引人的目标，那就是从快速发展的风力发电站获取更多能源，从而解决风电时有时无的问题。
（7）镍锌蓄电池
镍锌(NiZn)电池是一种可以替代镍氢电池的新型电池，标称1.6V，常见有5号AA和7号AAA。与镍氢、镍镉电池相比，具有电压高、放电电流强的特点。在数码相机、闪光灯、电动玩具方面有着无与伦比的优势。
AA型号的镍锌电池的容量只有1300mAh左右，但是，它的放电能量已经达到8300焦耳以上。与目前最优秀的镍氢电池eneloop（爱乐普，松下公司）相比，差别并不大，eneloop（爱乐普，松下公司）放电能量大约在9000焦耳左右。镍锌电池放电电流强。已经运用在电动汽车上了。一颗AA镍锌电池，在2A电流放电下可以放出超过7200焦耳的能量。镍锌电池更环保，镍和锌都是可回收而且容易回收的金属。
工作原理：锌镍电池由锌、氧化镍和质量浓度为25%～30%氢氧化钾溶液及隔膜等组成的。Zn/ Ni电池的电池反应机理：
2Ni(OH)2+Zn(OH)2＝2NiOOH+Zn+2H2O
其正极组成为：氢氧化镍、镍粉和添加剂；负极组成为：氧化锌、锌粉、添加剂。充电时，阳极反应为
；阴极反应为
。
应用：数码相机、闪光灯、电动玩具、电动汽车。
（8）锌空气蓄电池
锌空气电池又称锌氧电池，是金属空气电池的一种；用活性炭吸附空气中的氧或纯氧作为正极活性物质，以锌为负极，以氯化铵或苛性碱溶液为电解质的一种原电池。锌空气电池比能理论值是1350W·h/kg，现在的比能量已达到了230Wh/kg，几乎是铅酸电池的8倍。可见锌空气电池的发展空间非常大。
工作原理：
阳极: Zn + 2OH– → ZnO + H2O + 2e–
阴极: O2 + 2H2O + 4e– → 4OH–
综合: 2Zn + O2→ 2ZnO
通常这种反映产生的电压是1.4伏，但放电电流和放电深度可引起电压变化。空气必须能不间断地进入到阴极，在阴极壳体上开有小孔以便氧气源源不断地进入才能使电池产生化学反应。
应用：车用电源、风能和太阳能储能电池、军事上也有应用。
二、新概念电池
1、飞轮电池
众所周知，当飞轮以一定角速度 旋转时，它就具有一定的动能。飞轮电池正是以其动能转换成电 能的。高技术型的飞轮用于储存电能，就很像标准电池。
工作原理：轮储能电池系统包括三个核心部分：一个飞轮，电动机、发电机和电力电子变换装置。电力电子变换装置从外部输入电能驱动电动机旋转，电动机带动飞轮旋转，飞轮储存动能（机械能），当外部负载需要能量时，用飞轮带动发电机旋转，将动能转化为电能，再通过电力电子变换装置变成负载所需要的各种频率、电压等级的电能，以满足不同的需求。由于输入、输出是彼此独立的，设计时常将电动机和发电机用一台电机来实现，输入输出变换器也合并成一个，这样就可以大大减少系统的大小和重量。
应用：
（1）太空。包括人造卫星、飞船、空间站，飞轮电池一次充电可以提供同重量化学电池两倍的功率，同负载的使用时间为化学电池的3~10倍。同时，因为它的转速是可测可控的，故可以随时查看电能的多少。美国太空总署已在空间站安装了48个飞轮电池，联合在一起可提供超过150KW的电能。据估计相比化学电池，可节约200万美元左右。
（2）交通运输。包括火车和汽车，这种车辆采用内燃机和电机混合推动，飞轮电池充电快，放电完全，非常适合应用于混合能量推动的车辆中。车辆在正常行使时和刹车制动时，给飞轮电池充电，飞轮电池则在加速或爬坡时，给车辆提供动力，保证车辆运行在一种平稳、最优的状态下的转速，可减少燃料消耗，空气和噪声污染，发动机的维护，延长发动机的寿命。美国TEXAS大学已研制出一汽车用飞轮电池，电池在车辆需要时，可提供150KW·h的能量，能加速满载车辆到100Km/h。在火车方面，德国西门子公司已研制出长1.5m，宽0.75m的飞轮电池，可提供3MW的功率，同时，可储存30%的刹车能。
（3）不间断电源。飞轮电池可提供高可靠的稳定电源，可提供几秒到几分钟的电能，这段时间足已保证工厂进行电源切换。德国GmbH 公司制造了一种使用飞轮电池的UPS，在5s内可提供或吸收5MW的电能。
（4）军用车辆。美国国防部预测未来的战斗车辆在通信、武器和防护系统等方面都广泛需要电能，飞轮电池由于其快速的充放电，独立而稳定的能量输出，重量轻，能使车辆工作处于最优状态，减少车辆的噪声(战斗中非常重要)，提高车辆的加速性能等优点，已成为美国军方首要考虑的储能装置。
2、胶体蓄电池
胶体铅酸蓄电池是对液态电解质的普通铅酸蓄电池的改进，用胶体电解液代换了硫酸电解液，在安全性、蓄电量、放电性能和使用寿命等方面较普通电池有所改善。胶体电解质是通过在电解液中加入凝胶剂将硫酸电解液凝固成胶状物质，通常胶体电解液中还加有胶体稳定剂和增容剂，有些胶体配方中还加有延缓胶体凝固和延缓剂，以便于胶体加注。
工作原理：用于电动自行车的国产胶体铅酸蓄电池是在AGM隔板中通过真空灌注，把硅胶和硫酸溶液灌到蓄电池正、负极板之间。胶体铅酸蓄电池在使用初期无法进行氧循环，这是因为胶体把正、负极板都包围起来了，正极板上面产生的氧气无法扩散到负极板，无法实现与负极板上的活性物质铅还原，只能由排气阀排出，与富液式蓄电池一致。
胶体铅酸蓄电池使用一段时间后胶体开始干裂和收缩，产生裂缝，氧气通过裂缝直接到负极板进行氧循环。排气阀就不再经常开启，胶体铅酸蓄电池接近于密封工作，失水很少。所以针对电动自行车蓄电池主要失效是失水机理，采用胶体铅酸蓄电池可获得非常好的效果。胶体电解质是通过在电解液中加入凝胶剂将硫酸电解液凝固成胶状物质，通常胶体电解液中还加有胶体稳定剂和增容剂，有些胶体配方中还加有延缓胶体凝固和延缓剂，以便于胶体加注。
应用：1、通信系统:交换机、微波站、移动基站、数据中心、无线电及广播台站。2、发电厂及输变电系统。3、太阳能和风力发电系统。4、信号系统和紧急照明系统。5、EPS和UPS系统。
3、微型核电池
微型核电池（penny-sized nuclear battery），是指体积小，只有一分钱硬币的厚度，电力强，使用安全的“核电池”。可用于手机充电，可以让你的手机不充电使用5000年。
工作原理：原理通过利用微型和纳米级系统开发出了一种超微型电源设备，这种设备通过放射性物质的衰变，释放出带电粒子，从而获得持续电流。
应用：航空、深海作业器械、心脏起搏器和人工心脏。
4、钒电池
钒电池全称为全钒氧化还原液流电池（VRB），是一种活性物质呈循环流动液态的氧化还原电池。
工作原理：钒电池将存储在电解液中的能量转换为电能，这是通过两个不同类型的、被一层隔膜隔开的钒离子之间交换电子来实现的。电解液是由硫酸和钒混合而成的，酸性和传统的铅酸电池一样。由于这个电化学反应是可逆的，所以VRB电池既可以充电，也可以放电。充放电时随着两种钒离子浓度的变化，电能和化学能能相互转换。VRB电池由两个电解液池和一层层的电池单元组成。电解液池用于盛两种不同的电解液。每个电池单元由两个“半单元”组成，中间夹着隔膜和用于收集电流的电极。两个不同的“半单元”中盛放着不同离子形态的钒的电解液。每个电解液池配有一个泵，用于在封闭的管道中为每一个“半单元”输送电解液。当带电的电解液在一层层的电池单元中流动时，电子就流动到外部电路，这就是放电过程。当从外部将电子输送到电池内部时，相反的过程就发生了，这就是给电池单元中的电解液充电，然后再由泵输送回电解液池。在VRB中，电解液在多个电池单元间流动，电压是各单元电压串联形成的。标称电压是1.2V。电流密度由电池单元内电流收集极的表面积决定，但是电流的供应取决于电解液在电池单元间的流动，而不是电池层本身。
应用：可作为大厦、机场、程控交换站备用电源；可作为太阳能等清洁发电系统的配套储能装置；为潜艇、远洋轮船提供电力以及用于电网调峰等。
5、质子交换膜燃料电池
质子交换膜燃料电池（英文简称PEMFC）是一种燃料电池，在原理上相当于水电解的“逆”装置。其单电池由阳极、阴极和质子交换膜组成，阳极为氢燃料发生氧化的场所，阴极为氧化剂还原的场所，两极都含有加速电极电化学反应的催化剂，质子交换膜作为电解质。
工作原理：燃料电池的工作过程实际上是电解水的逆过程。PEMFC技术是目前世界上最成熟的一种能将氢气与空气中的氧气化合成洁净水并释放出电能的技术：（1）氢气通过管道或导气板到达阳极，在阳极催化剂作用下，氢分子解离为带正电的氢离子（即质子）并释放出带负电的电子。（2）氢离子穿过电解质（质子交换膜）到达阴极；电子则通过外电路到达阴极。电子在外电路形成电流，通过适当连接可向负载输出电能。（3）在电池另一端，氧气（或空气）通过管道或导气板到达阴极；在阴极催化剂作用下，氧与氢离子及电子发生反应生成水。
燃料电池有多种，各种燃料电池之间的区别在于使用的电解质不同。质子交换膜燃料电池以质子交换膜为电解质，其特点是工作温度低（约70-800C），启动速度快，特别适于用作动力电池。电池内化学反应温度一般不超过80度，故称为“冷燃烧”。
应用：
（1）是用作便携电源、小型移动电源、车载电源、备用电源、不间断电源等，适用于军事、通讯、计算机、地质、微波站、气象观测站、金融市场、医院及娱乐场所等领域，以满足野外供电、应急供电以及高可靠性、高稳定性供电的需要。PEMFC电源的功率最小的只有几瓦，如手机电池。据报道，PEMFC手机电池的连续待机时间可达1000小时，一次填充燃料的通话时间可达100小时（摩托罗拉）。适用于便携计算机等便携电子设备的PEMFC电源的功率范围大致在数十瓦至数百瓦（东芝）。军用背负式通讯电源的功率大约为数百瓦级。卫星通讯车用的车载PEMFC电源的功率一般为数千瓦级。
（2）是可用作助动车、摩托车、汽车、火车、船舶等交通工具动力，以满足环保对车辆船舶排放的要求。PEMFC的工作温度低，启动速度较快，功率密度较高（体积较小）因此，很适于用作新一代交通工具动力。这是一项潜力十分巨大的应用。由于汽车是造成能源消耗和环境污染的首要原因，因此，世界各大汽车集团竞相投入巨资，研究开发电动汽车和代用燃料汽车。从目前发展情况看，PEMFC是技术最成熟的电动车动力源，PEMFC电动车被业内公认为是电动车的未来发展方向。燃料电池将会成为继蒸汽机和内燃机之后的第三代动力系统。PEMFC可以实现零排放或低排放；其输出功率密度比目前的汽油发动机输出功率密度高得多，可达1.4KW/公斤或1.6KW/升。用作电动自行车、助动车和摩托车动力的PEMFC系统，其功率范围分别是300-500W、500W-2KW、2-10KW。游览车、城市工程车、小轿车等轻型车辆用的PEMFC动力系统的功率一般为10-60KW。公交车的功率则需要100-175KW。PEMFC用作潜艇动力源时，与斯特林发动机及闭式循环柴油机相比，具有效率高、噪声低和低红外辐射等优点，对提高潜艇隐蔽性、灵活性和作战能力有重要意义。美国、加拿大、德国、澳大利亚等国海军都已经装备了以PEMFC为动力的潜艇，这种潜艇可在水下连续潜行一个月之久。
（3）是可用作分散型电站。PEMFC电站可以与电网供电系统共用，主要用于调峰；也可作为分散型主供电源，独立供电，适于用作海岛、山区、边远地区或新开发地区电站。
与集中供电方式相比，分散供电方式有较多的优点：①可省去电网线路及配电调度控制系统；②有利于热电联供（由于PEMFC电站无噪声，可以就近安装，PEMFC发电所产生的热可以进入供热系统），可使燃料总利用率高达80％以上；③受战争和自然灾害等的影响比较小；④通过天然气、煤气重整制氢，使得可利用现有天然气、煤气供气系统等基础设施为PEMFC提供燃料，通过生物制氢、太阳能电解制氢方法则可形成循环利用系统（这种循环系统特别适用于广大的农村地区和边远地区），使系统建设成本和运行成本大大降低。因此，PEMFC电站的经济性和环保性均很好。国际上普遍认为，随着燃料电池的推广应用，发展分散型电站将是一个趋势。
上一篇：利用Kvaser提供免费CANlib开发的用户测试与诊断工具