铅酸蓄电池学术论文-2.doc

铅酸蓄电池论文集锦2一、阀控铅酸蓄电池的热失控及其对策1、 前言近年来，随着信息以及电子技术的高速发展，要求提供质量更好，使用更方便，维护更简单的备用电源。VRLA电池因其价格低廉、电压稳定、无污染、无需维护等优点，在通信、金融、电力等领域得到广泛应用。但是，往往由于对蓄电池的不合理使用，产生了蓄电池的电解液干涸、热失控、早期容量损失、内部短路等问题，进而严重影响到供电系统的可*性。本文重点讨论有关温度对阀控式密封铅酸蓄电池的影响。2、 温度对阀控式酸蓄电池容量的影响同容量系列电池，以相同放电速率，在一定环境温度范围放电时，使用容量随温度升高而增加，随温度降低而减小。在环境温度1045范围内，铅蓄电池容量随温度升高而增加，如阀控密封铅蓄电池在40下放电电量，比在25下放电的电量大10%左右，但是，超过一定温度范围，则相反，如在环境温度4550条件下放电，则电池容量明显减小。低温（5）时，电池容量随温度降低而减小，电解液温度降低时，其粘度增大，离子运动受到较大阻力，扩散能力降低；在低温下电解液的电阻也增大，电化学的反应阻力增加，结果导致蓄电池容量下降。其次低温还会导致负极活性物质利用率下降，影响蓄电池容量，如电池在-10环境温度环境温度下放电时，负极板容量仅达35%额定容量。3、 温度对阀控式密封铅酸蓄电池寿命的影响温度不仅影响电池的容量，而且影响电池的寿命。一般而言，在特定条件下，阀控式密封铅酸蓄电池的有效寿命期限称为蓄电池的使用寿命。阀控式密封蓄电池内部电解液干涸或发生内部短路、损坏而不能使用，以及容量达不到额定要求时蓄电池使用失效，这时电池的使用寿命终止。阀控式密封蓄电池的使用寿命包括使用期限和循环寿命。使用期限是指蓄电池可供使用的时间，包括蓄电池的存放时间。循环寿命是指蓄电池可供重复使用的次数。电池系列不同，或同一系列但用途不同，使用寿命也不同。这主要取决于电池的设计和生产过程控制。在环境温度255下，阀控式密封铅酸蓄电池的100%DOD循环寿命可达300次500次，浮充使用寿命可长达15年20年。一般地说，阀控式密封铅酸蓄电池终止规律与传统蓄电池一样，即循环使用时，其寿命主要依赖于充放电深度，浮充使用蓄电池的寿命主要依赖于浮充电压和温度。阀控式密封铅蓄电池与传统富液式铅蓄电池的失效模式不尽相同。由于阀控式密封铅蓄电池是紧装配，正极活性物质不易脱落，电解液分层现象大为减轻。正常情况下，阀控式密封铅酸蓄电池寿命终止的主要原因有4点：电解液干涸：电解液作为参加化学反应的物质，在阀控式密封铅酸蓄电池中是容量的主要控制因素。电解液干涸将造成电池失效。热失控：热失控可使蓄电池外壳鼓胀，装配压力减小，水份散失。造成电池容量减少，最终导致电池失效。电池容量逐渐下降：引起其容量衰退的因素有：活性物质晶型改变，表面积收缩，活性物质膨胀、脱落、骨架或基板腐蚀等。内部短路：由于隔膜物质的降解老化而穿孔，活性物质的脱落、膨胀使两极连接，或充电过程中生成枝晶穿透隔膜等引起内部短路。下面就温度对阀控式密封铅蓄电池实效因素的影响进行分析。3.1 电解液干涸从阀控式密封铅蓄电池中排出氢气、氧气、水蒸汽、酸雾，都是电池失水的方式和干涸的原因。干涸造成电池失效这一因素是阀控式密封铅蓄电池所特有的。失水的原因有四：气体再化合的效率低；从电池壳体中渗出水；板栅腐蚀消耗水；自放电损失水。温度升高，使的失水速度都增加，从而加速干涸方式失效。因此阀控式密封铅酸蓄电池应避免长期高温条件下使用。长期高温环境下使用时，应采取降温措施，以延长电池寿命。3.2 热失控大多数电池体系都存在发热问题，在阀控式密封铅蓄电池中可能性就更大，这是由于：氧再化合过程使电池内产生更多的热量；排出的气体量小，减少了热的消散；较富液式体积比能量高，相对散热面积小。若阀控式蓄电池工作环境温度过高，或充电设备电压失控，则电池充电量会增加过快，电池内部温度随之增加，大容量电池散热不佳，从而产生过热，电池内阻下降，充电电流又进一步升高；反过来电流的升高又使电池内部温度再升高，内阻进一步降低。如此反复形成恶性循环，直到热失控使电池壳体严重变形、胀裂。为杜绝热失控的发生，要采用相应的措施： 单体电池容量不可过大，将适当容量的电池并联成大容量，有利于散热； 充电设备应有温度补偿及预限流功能； 严格控制安全阀质量，避免失灵，保证电池内部气体正常排出； 蓄电池要设置在通风良好的位置，排列不可过于紧密，单体电池间间距为5mm10mm。3.3、电池容量下降引起电池容量下降、导致电池失效的因素很多，归纳起来有以下几种。3.3.1 早期容量衰减（PCL）PCL现象的出现，使阀控式密封铅酸蓄电池寿命缩短，可*性变差。如设计寿命可达20年的浮充用阀控式密封铅酸蓄电池，实际使用寿命仅有2-3年，大多数阀控式密封铅酸蓄电池的使用寿命也只有5年左右，而设计寿命为2-5年的启动用阀控式密封铅酸蓄电池只能用几个月。引起PCL的主要原因有突然容量损失、缓慢的容量损失和负极无法再充电3种模式。其现象称为PCL-1、PCL-2和PCL-3。PCL-1的主要原因是板栅形成阻挡层，通过对腐蚀层性质的研究，改进了电池的制造工艺，在很大程度上解决了此问题；PCL-2是正极板以较低的速度损失容量，其原因不是通常所见的板栅腐蚀硫酸盐化或活性物质脱落等，而是由于多孔活性物质膨胀引志颗粒之间互相隔绝而造成的；PCL-3主要是由于负极充电困难，再充电不足，从而导致负极板底部1/3处硫酸盐化而造成的。随着阀控式密封铅酸蓄电池技术研究的不断深入，PCL问题在一定程度上得到缓解。温度对PCL有一定的影响，但其影响机理及程度大小，目前还不清楚，在进一步研究中。但高温时会使电池中添加剂氧化失效，引起活性物质的表面积减少，使电池容量下降加速。3.3.2 正极板栅腐蚀和变形板栅的腐蚀速率决定于板栅合金的组成，微观结构、电极电势、电解质组成和温度以及板栅几何尺寸与蠕变。简言之，储存温度越高、放电深度越大，板栅腐蚀越剧烈；储存时间愈长腐蚀层越厚。伴随着板栅腐蚀而产生板栅变形，其结果使板栅抗张强度变小。当腐蚀产物变得很厚或板栅元件变得相当薄时，还可增加电池短路故障。伴随着板栅腐蚀而使正极周围耗水量增加，致使电池失水加速，使电池容量下降。3.3.3 负极板钝化在高电流密度下放电时，负极很容易发生钝化，其原因是在此过程有大量的 离子要以很短的时间进入电解液，而形成 晶核需要一些时间，这样在电极表面的 呈现过大的饱和度，与正常放电电流密度相比就能够形成数量多耐尺寸小的晶核，使得电极表面的 变成孔隙小的致密层。类似于部分放电量消耗于这种硫酸铅盐层上。低温度促使负极铅钝化。温度若从常温降至0， 溶解度降低明显，即使放电电流与低温低浓度时相同，即放电时产生的 速度不变，但相对于低平衡溶解度，提高了饱和度。在低温状态，还使电解液的粘度增加，导致电解液扩散速度降低，增大电池的内阻。钝化层厚度与硫酸铅的尺寸、孔隙率和孔径结构有关，即和硫酸铅的溶解度以及铅电极表面溶液过饱和度有关。在高电流密度，低温度及硫酸浓度高时，使负极表面溶液 饱和度过高，钝化层随之变厚。所以很易造成电池因放不出电而失效。3.4 枝晶短路深放电之后的电池，其吸附式隔板中易出现铅绒或弥散型 沉淀，导致下负极板微短路，称为枝晶短路。枝晶短路是阀控式密封铅酸蓄电池寿命缩短，即电池早期失效的主要原因之一。3.4.1 枝晶短路的危害a、沉积于隔板的 具有一定导电性，是电池发生微短路的原因之一。这种电池在浮充运行时的端电压比正常电池浮充电压明显偏低（2.12.15V），在电池放电过程，容量比正常电池小。b、 在隔板中的部分 ，在充电过程容易转变为绒状铅，加深了微短路的影响。c、 各个电池吸附隔板内电解液沉积的 数量不一，因而微短路深度有所差别，扩大了浮充电池组中电池间端压的差别。3.4.2枝晶短路现象的抑制 由于阀控式铅酸电池的负极板充电效率比正极板充电效率高，所以在正极析氧之前，负极已生成足够的绒状铅，用于使氧进行再化合，所以厂家在制作电池过程中，可以以负极活性物质的量作为控制因素，以减缓电池性能的恶化。除上述方法外，目前还普遍采用添加剂，以改善电池性能，如添加 ， ，等。这些物质均为强电解质，在放电过程，其 离子向负极迁移。这样，当隔板内 被大量消耗时，使电解液及时补足了 ，则 浓度不会增加，避免了 在隔板中沉积。枝晶短路是铅的溶解和沉淀引起的，和电池使用温度密切相关。在电池的使用中，应尽量保持温度恒定，避免温度的大起大落，减少铅枝产生的机会，达到延长电池寿命的目的。综上所述，高温对蓄电池失水干涸、热失控、正极板栅腐蚀和变形等都起到加速作用，低温会引起负极失效，温度波动会加速枝晶短路等等，这些都将影响电池寿命。除了以上导致电池寿命缩短的因素之外，电池还有因原材料（如隔膜）质量和生产过程控制引起的失效，这些失效是电池本身的问题，受温度影响较小，这里就不再一一论述。二、电池充胀（热失控）的发生原因和预防48V电动车电池失效时，大多数均出现充胀，其发生的原因和预防办法如下：一、电池热失控发生的原因1、当电池失水严重时，气体复合通道增多，气体复合电流同步加大，充电后期电池本身因充电升温造成气体复合电流进一步上升，水分电解加快，高温高压气体产生速度大于安全阀排放速度，温度即迅速上升，对6DZM14（17AH）而言，电池内部最高温度129，电池端子71，外壳55。温度129可以使电池外壳ABS软化而充胀（其熔点为160）。（测试办法见表一） 表一 12V均衡充电中热失控电池最高温度的测定 室温：24.526三、阀控铅酸蓄电池的热失控及其对策前言1、近年来，随着信息以及电子技术的高速发展，要求提供质量更好，使用更方便，维护更简单的备用电源。VRLA电池因其价格低廉、电压稳定、无污染、无需维护等优点，在通信、金融、电力等领域得到广泛应用。但是，往往由于对蓄电池的不合理使用，产生了蓄电池的电解液干涸、热失控、早期容量损失、内部短路等问题，进而严重影响到供电系统的可*性。本文重点讨论有关温度对阀控式密封铅酸蓄电池的影响。2、 温度对阀控式酸蓄电池容量的影响同容量系列电池，以相同放电速率，在一定环境温度范围放电时，使用容量随温度升高而增加，随温度降低而减小。在环境温度1045范围内，铅蓄电池容量随温度升高而增加，如阀控密封铅蓄电池在40下放电电量，比在25下放电的电量大10%左右，但是，超过一定温度范围，则相反，如在环境温度4550条件下放电，则电池容量明显减小。低温（2倍率）电流放电18min（相当于以2C的电流放电至60%DOD），再以10A（1倍率）电流充电42min。此种大电流快速充、放电对电池性能要求极为严格。由于充、放电流大，电池发热严重，失水快，很容易损坏。显然，该法的检测结果与电池的实际深充放能力并没有平行关系，但作为电动车厂家短期快速评价电池性能，仍具有一定的参考价值。图4示出了采用F-A技术、F-B技术以及常规型的电池的快速充放寿命对比曲线。由图中可见，采用F-A技术的电池，其快速充放循环达到519次，显著优于F-B技术型和常规Pb-Ca-Sn合金电池，这可能与不同种类电解液的离子电导性能有关。上述研究结果充分表明，在电池制造中采用了上述几项新技术之后，完全可将电动自行车电池的使用寿命延长至1.5-2a。上述电动自行车电池所具有较长深循环寿命，可能与下列因素有关：（1）高活性正极FD型复合添加剂的使用及改进后的正负极配方对提高电极活性物质利用率和减少循环中容量的衰减具有重要的作用；（2）低钙正极板栅的使用有助于降低腐蚀膜的生长速度和膜阻抗；（3）和膏中采用P-GB添加剂可增强活性物质颗粒间和活性物质与板栅间的结合能力。（4）正确选择铅膏的视密度、含酸量、极板固化温湿度、电池的加酸量，以及正负极活性物质的比例，对提高电池深循环过程中容易的稳定性也具有一定作用。五、两类阀控式密封铅蓄电池的比较当今阀控式密封铅蓄电池有两类，即分别采用玻璃纤维隔板和硅凝胶二种不同方式来“固定”硫酸电解液。它们都是利用阴极吸收原理使电池得以密封的，但给阳极析出的氧到达阴极提供的通道是不同的，因而二种电池的性能各有千秋。1 历史的简单回顾 铅酸蓄电池从问世到如今，一直是军用民用领域中使用最广泛的化学电源。由于它使用硫酸电解液，运输过程中会有酸液流出，充电时会有酸雾析出来，对环境和设备造成损害，人们就试图将电解液“固定”起来，将电池“密封”起来，于是使用胶体电解液的铅酸蓄电池应运而生。 初期的胶体铅蓄电池使用的胶体电解液是由水玻璃制成的，然后直接加到干态铅蓄电池中。这样虽然达到了“固定”电解液或减少酸雾析出的目的，但却使电池的容量较原来使用自由电解液时的电池容量要低20%左右，因而没有被人们所接受。我国在50年代也开展了初期胶体电池的研制工作，到60年代末也就基本上停止了。然而70年代后期至80年代，国内又有一些非电池行业界的人利用媒体大肆鼓吹自己发明了固体电解质的铅蓄电池，宣称使电池容量和寿命提高1倍。这种经不起事实检验的肥皂泡式的“发明创造”，不仅未能使铅蓄电池性能有所提高，而且还败坏了胶体蓄电池的名声。 几乎在研制胶体电池的同时，采用玻璃纤维隔膜的阴极吸收式密封铅蓄电池却诞生了，它不但使铅蓄电池消除了酸雾，而且还表现出内阻小、大电流放电特性好的优点。因而在国民经济中，尤其是原来使用固定型铅蓄电池的场合，得到了迅速的推广和应用，于是人们就把胶体铅蓄电池抛在脑后了。 80年代，德国阳光公司的胶体密封铅蓄电池产品进入中国市场，多年来使用效果表明它的性能确实不同于以前的胶体铅蓄电池。这就迫使人们要重新认识胶体铅蓄电池。 本文将根据近年来的两种阀控式密封铅蓄电池的研制、生产和使用效果对它们进行比较，供选用电池的同事们作参考。2 电池的工作原理 不论是采用玻璃纤维隔膜的阀控式密封铅蓄电池(以下简称AGM密封铅蓄电池)还是采用胶体电解液的阀控式密封铅蓄电池(以下简称胶体密封铅蓄电池)，它们都是利用阴极吸收原理使电池得以密封的。 电池充电时，正极会析出氧气，负极会析出氢气。正极析氧是在正极充电量达到70%时就开始了。析出的氧到达负极，跟负极起下述反应，达到阴极吸收的目的。 2Pb十O2=2PbO 2PbO十2H2SO4：2PbS04+2H20 负极析氢则要在充电到90%时开始，再加上氧在负极上的还原作用及负极本身氢过电位的提高，从而避免了大量析氢反应。 对AGM密封铅蓄电池而言，AGM隔膜中虽然保持了电池的大部分电解液，但必须使10%的隔膜孔隙中不进入电解液。正极生成的氧就是通过这部分孔隙到达负极而被负极吸收的。 对胶体密封铅蓄电池而言，电池内的硅凝胶是以SiQ质点作为骨架构成的三维多孔网状结构，它将电解液包藏在里边。电池灌注的硅溶胶变成凝胶后，骨架要进一步收缩，使凝胶出现裂缝贯穿于正负极板之间，给正极析出的氧提供了到达负极的通道。 由此看出，两种电池的密封工作原理是相同的，其区别就在于电解液的“固定”方式和提供氧气到达负极通道的方式有所不同。3 电池结构和工艺上的主要差异 AGM密封铅蓄电池使用纯的硫酸水溶液作电解液，其密度为1.291.3lg/cm3。除了极板内部吸有一部分电解液外，其大部分存在于玻璃纤维膜之中。为了给正极析出的氧提供向负极的通道，必须使隔膜保持有10%的孔隙不被电解液占有，即贫液式设计。为了使极板充分接触电解液，极群采用紧装配的方式。 另外，为了保证电池有足够的寿命，极板应设计得较厚，正板栅合金采用Pb-q2w-Srr-A1四元合金。 胶体密封铅蓄电池的电解液是由硅溶胶和硫酸配成的，硫酸溶液的浓度比AGM式电池要低，通常为1.261.28g/cm3。电解液的量比AGM式电池要多20%，跟富液式电池相当。这种电解质以胶体状态存在，充满在隔膜中及正负极之间，硫酸电解液由凝胶包围着，不会流出电池。 由于这种电池采用的是富液式非紧装配结构，正极板栅材料可以采用低锑合金，也可以采用管状电池正极板。同时，为了提高电池容量而又不减少电池寿命，极板可以做得薄一些。电池槽内部空间也可以扩大一些。4 电池放电容量 初期的胶体蓄电池的放电容量只有富液式电池的80%左右，这是由于使用性能较差的胶体电解液直接灌人未加改动的富液式电池之中，电池的内阻较大，电解质中离子迁移困难引起的。 近来的研究工作表明，改进胶体电解液配方，控制胶粒大小，掺人亲水性高分子添加剂，降低胶液浓度提高渗透性和对极板的亲合力，采用真空灌装工艺，用复合隔板或AGM隔板取代橡胶隔板，提高电池吸液性；取消电池的沉淀槽，适度增大极板面积活性物质的含量，结果可使胶体密封电池的放电容量达到或接近开口式铅蓄电池的水平。 AGM式密封铅蓄电池电解液量少，极板的厚度较厚，活性物质利用率低于开口式电池，因而电池的放电容量比开口式电池要低10%左右。与当今的胶体密封电池相比，其放电容量要小一些。 5 电池内阻及大电流放电能力铅蓄电池的内阻是由欧姆内阻、浓差极化内阻、电化学极化内阻组成的。前者包括极板、铅零件、电解液、隔极电阻。AGM密封铅蓄电池所用的玻璃纤维隔板具有90%的孔率，硫酸吸附其内，且电池采用紧装配形式，离子在隔板内扩散和电迁移受到的阻碍很小，所以AGM密封铅蓄电池具有低内阻特性，大电流快速放电能力很强。 胶体密封铅蓄电池的电解液是硅凝胶，虽然离子在凝胶中的扩散速度接近在水溶液中的扩散速度，但离子的迁移和扩散要受到凝胶结构的影响，离子在凝胶中扩散的途径越弯曲，结构中孔隙越狭窄，所受到的阻碍也越大。因而胶体密封铅蓄电池内阻要比AGM密封铅蓄电池要大。 然而试验结果表明胶体密封铅蓄电池的大电流放电性能仍然很好，完全满足有关标准中对密封电池大电流放电性能的要求。这可能是由于多孔电极内部及极板附近液层中的酸和其他有关离子的浓度在大电流放电时起到关键性的作用。 6 热失控 热失控指的是：电池在充电后期(或浮充状态)由于没有及时调整充电电压，使电池的充电电流和温度发生一种累积性的相互增强作用，此时电池的温度急剧上升，从而导致电池槽膨胀变形，失水速度加大，甚至电池损坏。 上述现象是AGM密封铅蓄电池在使用不当时. 而出现的一种具有很大破坏性的现象。这是由于AGM密封铅蓄电池采用了贫液式紧装配设计，隔板中必须保持10%的孔隙不准电解液进入，因而电池内部的导热性差，热容量小。充电时正极产生的氧到达负极和负极铅反应时会产生热量，如不及时导走，则会使电池温度升高；如若没有及时降低充电电压，则充电电流就会加大，析氧速度增大，又反过来使电池温度升高。如此恶性循环下去，就会引起热失控现象。 对于开口式铅蓄电池而言，由于不存在阴极吸收氧气现象，再加上其电解液量比较大，电池散热容易，热容量也大，当然不会出现热失控现象。胶体密封铅蓄电池的电解液量用得和开口式铅蓄电池相当，极群周围及与槽体之间充满凝胶电解质，有较大的热容量和散热性，不会产生热量积累现象。德国阳光公司的胶体密封铅蓄电池进入中国市场已有十余年，几家代理商均说没有听到用户反映电池有热失控现象。7 使用寿命 影响阀控式密封铅蓄电池使用寿命的因素很多，既有电池设计和制造方面的因素，又有用户使用和维护条件方面的因素。就前者而言，正极板栅耐腐蚀性能和电池的水损耗速度乃是两个最主要的因素。由于正板栅的厚度加大，采用PbCaSn-A1四元耐蚀合金，则根据板栅腐蚀速度推算，电池的使用寿命可达1015年。然而从电池使用结果来看，水损耗速度却成为影响密封电池使用寿命的最关键性因素。 对于AGM密封铅蓄电池而言，由于采用贫液式设计，电池容量对电解液量极为敏感。电池失水10%，容量将降低20%；损失25%水份，电池寿命结束。然而胶体密封铅蓄电池采用了富液式设计，电解液密度比AGM密封铅蓄电池低，降低了板栅合金腐蚀速度；电解液量也比后者多15%20%，对失水的敏感性较低。这些措施均有利于延长电池使用寿命。根据德国阳光公司提供的资料，胶体电解液所含的水量足以使电池运行1214年。电池投入运行的第一年，水损耗4%5%，随后逐年减少，4年之后总的水耗损只有2%。OP2V型密封电池在2.27V/单体条件下浮充运行10年后，其容量还有90%。从国内一些邮电通信部门的反映来看，虽然阳光公司的胶体密封铅蓄电池售价较高，但其使用寿命却长于国产的AGM密割铅蓄电池。8 复合效率 复合效率是指充电时正极产生的氧气被负极吸收复合的比率。充电电流、电池温度、负极特性和氧气到达负极的速度等因素，均会影响密封电池的气体复合效率。 根据德国阳光公司提供的胶体密封铅蓄电池产品说明书介绍，胶体密封铅蓄电池产品使用初期，氧复合效率较低，但运行数月之后，复合效率可达95%以上。这种现象也可以从电池的失水速度得到验证，胶体密封铅蓄电池运行第一年失水速度较大，达到4%5%，以后逐渐减少。造成上述特性的主要原因，看来胶体电解质在形成初期，内部没有或极少有裂缝，没有给正极析出的氧提供足够的通道。随着胶体的逐渐收缩，则会形成越来越多的通道，那么氧气的复合效率必然逐渐提高，水损耗也必然减少。 AGM式密封铅蓄电池隔膜中有不饱和空隙，提供了大量的氧气通道，因而其氧气复合效率很高，新电池可以达到98%以上。9 选用货真价实的胶体密封铅蓄电池 以上谈及的胶体密封铅蓄电池的一些特性，乃是当今国内外新一代胶体密封铅蓄电池才具有的性质。这种电池使用的胶体电解质在性能上有别于早期胶体电池使用的胶体电解质，后者是用普通水玻璃制成的，或由一般市售的硅溶胶配成的。此外，新一代胶体密封铅蓄电池的结构和选材上也不同于一般的铅蓄电池。 从目前的国内外技术发展水平来看，做一个胶体铅蓄电池是不难的，然而要做一个好的胶体密封铅蓄电池却是不容易的，其中的技术诀窍是任何厂家都不愿透露的。用户在选用胶体密封铅蓄电池。时，务必小心从事。六、锂离子动力电池待解决的使用技术问题锂离子动力电池做为一种新型的动力技术，可以使用在任何一种驱动车辆上，如电动自行车、电动摩托车、电动小轿车、电动中巴和大巴，以及UPS、移动激光电源、移动照明电源、移动通讯设备、军事领域、航空航天领域，其使用面之广，具有不可估量的市场前景。然而，基于锂离子动力电池的特性，即充电电压不可超过4.2V，放电电压不可低于2.6V。使用锂动力电池的技术问题，已是迫在眉睫，而且是必须尽快解决的问题。 锂动力电池的产生，无疑对传统的驱动技术带来危机。而锂动力电池的特性，又决定了必须有高超的使用技术。才能尽快进入使用市场。从目前的锂电池生产制造技术看，已经达到了完美的程度，10Ah电池内阻达到10m左右，而50Ah，100Ah的电池内阻只有1m左右，这使电池专家都感到惊讶。然而，锂动力电池的突然出现，也让使用市场感到突然。当一个个用户对高新科技产生兴趣，并兴致勃勃地试用时，问题出现了：锂动力电池在使用中做为动力，必须要串联才能达到使用电压的需要，而几个几十个甚至几百个电池的串联，使用一段时间后，必然会产生电压的参差不齐，这并不是电池的生产技术问题，由于电池在生产过程中，从涂膜开始到成为成品要经过很多道工序。即使经过严格的检测程序，使每组电源的电压、电阻、容量一致，但使用一段时间，也会产生这样或那样的差异。如同一位母亲生的双胞胎，刚生下时可能长得一模一样，做为母亲都很难分辨。然而，在两个孩子不断成长时，就会产生这样或那样的差异锂动力电池也是这样。使用一段时间产生差异后，采用整体电压控制的方式是难以适用于锂动力电池的，如一个36V的电池堆，必须用10只电池串联。整体的充电控制电压是42V，而放电控制电压是26V。用整体电压控制方式，初始使用阶段由于电池一致性特别好，也许不会出现什么问题。在使用一段时间以后电池内阻和电压产生波动，形成不一致的状态，（不一致是绝对的，一致性是相对的）这种时候仍然使用整体电压控制是不能达到其目的的。例如10只电池放电时其中两只电池的电压在2.8V，四只电池的电压是3.2V，四只是3.4V，现在的整体电压是32V，我们让它继续放电一直工作到26V。这样，那两只2.8V的电池就低于2.6V 处于了过放状态。锂电池几次过放就等于报废。反之，用整体电压控制充电的方式进行充电，也会出现过充的状况。比如用上述10只电池当时的电压状态进行充电。整体电压达到42V时，那两只2.8V的电池处于饥饿的状态，而迅速吸收电量，就会超过4.2V，而过充的超过4.2V的电池，不仅由于电压过高产生报废，甚至还会发生危险，这就是锂动力电池的特性。特性的物质只有掌握它的特性来使用，才能给你造福。如同一匹野马，你只有把它戴上缰绳。才能驯服它。自从人类发明了锂电池，其使用技术一直在不断提高，如小容量的手机电池，使用技术已达到完美程度。然而，做为大功率大容量的锂动力电池，其使用技术仍然处于开发研制阶段。 人们对较小容量的10AH电池采取了单体控压恒流充电方式，在放电时使用整体电压控制，在电压较高时就使其保护，停止工作。比如在整体电压30V时就控制其停止工作了。这样，一般在一致性比较好的电池组里，单体电池的电压也不会低于2.6V。而充电时由于采取单体充电，单体控制，就能够使每只电池的工作效率达到比较理想的程度。然而这种控制仍然不会使人们满足，并没有使电池达到100%的工作量，比如广东的一家电动自行车公司，用10AH/36V的电池组充一次电续驶60k/m，而另一家电动自行车公司使用同样的电池组测试，可续驶75km，这不能不说锂动力电池的使用技术是有高低之分的。由于锂动力电池的使用技术是每个研发单位的机密，他们在研发过程中都投入大量的人力物力资源，所以，使用技术的高低，不能不说这是他们开发市场争创品牌的资本。锂动力电池理想的管理应该是均衡保护控制。这种控制的要求是几只几十只甚至是几百只的电池组，每只电池不仅能够管理和保护，而且在放电时还要使每只电池的电压保持均衡一致。如同几十杯水，在同一个水平线上平衡一致地往外流。在充电时，也如几十杯同一水平线上的水，在同一个电压线上，均衡一致地进行充电。 这种要求似乎刻苛，可锂劝力电池要想百分之百的被用户认可，只有做到这种程度才行。因为许多用户，特别是消费者，他们不懂如何单独检测，如何各别处理单体出问题的电池，锂动力电池的管理只有达到智能化程度，才能彻底开辟出这个宏大的市场。所以说，锂动力电池市场目前亟待解决的是使用技术问题。七、智能蓄电池在线监测仪的设计摘要：介绍一种以单片机为核心的智能化蓄电池在线监测仪器的设计思路和方法。该设计可取代传统的标示电池的人工测量方式，能完成对蓄电池组中每一只蓄电池的在线监测，同时还可测量电池组的充、放电电流和电池组的自放电率。使用该仪器可改善蓄电池的维护效果，进一步提高电池的可*性。关键词：电源；蓄电池；单片机；在线监测 1引言 蓄电池是一种能将电能转化为化学能储存起来，使用时再将化学能转变为电能的电源。它是一种供电方便、安全可*的直流电源，因而在国民经济的各个领域得到了广泛的应用。由于蓄电池是一种化学反应装置，其内部的化学反应一般不易及时察觉，日常使用中的缺陷也不会立即反应出来，因此蓄电池的保养维护工作至关重要。其中很重要的一项维护工作是对电池端电压进行测量，由于电池组中电池的数量很多，通常只能对其标示电池进行测量，而无法做到对每只电池都进行测量，因此不易及时发现异常电池，而如果异常电池得不到及时处理，故障现象将会日益严重，轻则导致电池组容量降低，重则将出现反极现象而损坏电池组中的其它电池。 智能蓄电池在线监测仪就是笔者为解决这一问题而设计的，其整机框图如图1所示。它的主要功能是对直流电源蓄电池组中每一只蓄电池的端电压进行巡检。其工作方式有手动测量、自动测量和遥控测量三种。自动测量又分为实时检测和定时检测，定时检测的时间间隔可根据用户要求设定。遥控测量是在集中监控情况下，由上位机通过本仪器接口向仪器发送测量命令，在接收到命令后由仪器开始测量，并将测量数据及判定结果送到上位机。手动测量由用户通过操作面板启动测量。手动测量的结果可立即由打印机打印出来，而自动测量和遥控测量得到的结果将存于机内，并可随时用手动操作方式将其打印出来。该仪器还有判定越限及报警功能，如发现异常电池，则立即发出报警信号，同时将异常电池的组号、序号、电压值、检测日期及时间打印出来。此外，本仪器还可测量电池组的充、放电电流，监测电池组的自放电率，并可计算电池组的充、放电容量和电池组的效率。2工作原理和电路 本仪器设计的关键部分在于它的采集器。对蓄电池组进行测量要考虑的首要问题是每只蓄电池之间都有电位的联系，由于电池组中的电池数量较多，整组电压很高，因此直接测量比较困难。目前对蓄电池组监测的采集方式都是采用双刀继电器进行切换，如图2所示。由图可见，每一只电池的两端都与一只双刀继电器的两对常开接点相连接。这样当继电器都不动作时，所有电池均与测量回路断开。当需要测量某只电池时，所对应的那只继电器闭合，以使该电池的负端接到测量电路地，电池的正端经缓冲器进入AD转换器。此时其它电池与测量电路仍处于隔离状态，因而对测量没有影响。用此方法虽可完成对电池组的测量，但需要的继电器太多，仪器的体积大，功耗和成本及故障率也较高。而本设计采用的则是一种悬浮测量方法进行采样，其原理如图3所示。它是利用模拟开关完成对被测量的电池的切换。两片模拟开关采用差动方式连接，模拟开关的工作电源均由所测量的蓄电池来提供。这样就解决了电池组的电池数量多、电压高、难以测量的问题。为了保证蓄电池组的电压不影响测量系统的工作，本设计采用光电耦合器来进行隔离，从而构成了悬浮采样系统。该悬浮系统的工作过程为：单片机通过控制端 CA、CB来同时控制模拟开关A1和A2。如果控制模拟开关同时选中输入端I2，则模拟开关A1输出端OUT1输出电池E2的正端电压，而模拟开关A2的输出端OUT2输出则是E2的负端电压。如果将OUT2接到测量系统的地电平，OUT1接到测量系统的信号输入端，那么测量结果即是电池E2的值。这样，单片机通过控制CA和CB就可完成对E1E4的端电压的测量。此种悬浮采样方式利用独特的采样方法来完成对蓄电池组的测量。它的特点是采集器体积小、功耗低、成本低。用单片机作为整机的核心部件，它既可完成对蓄电池的采样控制、数据采集和数据处理，又可负责人机对话、输入控制命令、设置参数、输出显示数据、输出打印数据以及输出报警信号，还可通过通讯接口接受命令和发送数据及报警信号。在数据采集时，单片机通过采集器