电动助力车电池低温性能的研究
2020-08-25
中国电源产业网
导语：本文通过对电动助力车电池低温性能产生影响的因素分析对比，确定除电池和膏配方之外的，铅酸蓄电池在制造过程中的影响低温性能的关键工序及关键工艺控制点，比如，负极板和膏温度的影响、铅粉粒径的影响、电池充电温度的影响、电池充电工艺的影响等，从原理和试验数据上进行反复的对比试验，确定生产过程中影响低温性能最关键和最重要的工艺，从而提升电池低温性能的合格率，提高低温天气下，客户使用的满意度。
曹龙泉1 许月刚2 薛伟杰3 吴建立4 仇波涛5
（浙江天能动力能源有限公司，浙江湖州313100）
摘要：通过对电动助力车电池低温性能产生影响的因素分析对比，确定除电池和膏配方之外的，铅酸蓄电池在制造过程中的影响低温性能的关键工序及关键工艺控制点，比如，负极板和膏温度的影响、铅粉粒径的影响、电池充电温度的影响、电池充电工艺的影响等，从原理和试验数据上进行反复的对比试验，确定生产过程中影响低温性能最关键和最重要的工艺，从而提升电池低温性能的合格率，提高低温天气下，客户使用的满意度。
关键词：低温性能；负极板和膏温度；充电工艺；充电温度。
Abstract: based on an electric moped battery comparing the factors that affect the performance at low temperature and determine except battery and paste formulas, lead-acid battery influenced on low temperature performance of key processes in the manufacturing process and key process control points, for example, the influence of the negative plate and paste temperature, the influence of the lead powder particle size, the influence of the temperature of the battery, battery technology, etc., the influence of the principle of repeated experiment and test data, determine the production effect in the process of low temperature performance of the most critical and important process, by raising the qualification rate of the low temperature performance, battery temperature increase, the satisfaction of all customers to use.
Key words: low temperature performance; Negative plate and paste temperature; Charging technology; Charging temperature.
0 引言
随着电动助力车新国标的出现，电池的能量密度在原有的基础上必须要提升，因没有新的材料的引入，更多的能量密度的提升，主要靠电池的结构上的再次设计、电池耗铅量的降低来降低电池的重量，常规的理解是，正极板影响电池的容量、负极板影响电池的低温性能，所以电池重量的降低很多技术工程师优先考虑了降低负极板的重量，当降低的重量达到一定的极限值后，生产过程中的关键工艺一旦出现了波动，电池的低温性能就会受到较大的影响，尤其是在北方的冬季，客户满意度大大降低，市场电池退货率持续上升，如何提升电池在冬季季节中使用时间，变得迫在眉睫。
1、分析过程
负极板和膏工序中，会添加一种有机膨胀剂（木素），它活性会直接影响到电池的低温性能，有机膨胀剂受到电池电解液的浓度和温度影响，实验结果见下
图：有机膨胀剂在25℃不同密度的硫酸中的溶解度，合计做了四个样1#、2#、3#、4#，随着硫酸密度的提升，木素在硫酸的溶解度随着密度上升，溶解度明显降低，及酸密度越高，木素的析出的量就越多。
图：有机膨胀剂在1.28d 硫酸中颗粒大小随温度变化；通过4个样1#、2#、3#、4#的测试结果分析，当硫酸的温度上升时，木素的颗粒大小前期缓慢上升，当温度达到45℃时，颗粒变大的速度加大；
1-2 硫酸密度对电池低温性能影响实验结果分析
准备10个不同配方的样品电池和两种酸密度电解液（1.280g/ml和1.35g/ml），通过对不同配方电池加两种酸密度进行充电、测试对比电池性能，结果见下：
从表1的十个配方在1.28和1.35中硫酸密度表现来看，硫酸密度提高，初期容量提高，CCA有所下降，充电接受能力降低50%以上，低温提升5%-10%，持续做下去，如果硫酸密度继续升高则电池充电接受能力将持续降低，低温性能更为优异，但循环寿命变差。
1-3 负极板和膏温度对电池低温性能影响（主要考虑和膏温度高后，负极板和膏中的有机添加剂会因为温度高发生氧化和烧损等现象，降低铅膏内木素等有效添加剂的净含量），本实验，通过控制和膏在加酸过程总的和膏机器内的负压大小，控制和膏的最高的温度，不同温度下，电池低温性能测试结果如下：
通过保证电池极板重量及其余影响因素一致的前提下，随着和膏温度的降低或者升高，电池的低温性能并没有发生根本性的改变，从实验上得知，和膏温度对电池的低温性能影响因素较小。
1-4 负极板膏量直接影响电池的低温性能，实验结果见下
通过不同负极板涂膏量44组电池的测试结果上看，随着负极板涂膏量增加，电池的低温性能是持续增加的，在12.2g/AH处出现拐点，证明单只电池设计上，至少要保证此参数才能保证电池的低温性能。
1-5 充电工艺对电池低温性能的影响（主要考虑不同充电工艺对极板中木素析出的影响）
小结：充电工艺对低温有影响，3天工艺，放电次数少、放电不深的低温性能均好，合理减少放电次数和降低放电深度，可以提升电池的低温性能；
1-6 极板片数对低温的影响（主要考虑活性物质的反应有效面积）
结论：1、20AH/32AH 在干膏不变的情况下，增加片数低温不变，低温和极板片数没直接关系；
1-7 电池加酸后未充电前温度控制（主要考虑负极板添加剂析出）
电池加酸后（未充电），随着温度升高，电池的低温性能逐渐降低。
总结
1、木素随着酸温度升高粒径变大，随着密度降低溶解析出量增加，重点控制加酸后温升和放电深度；
2、硫酸密度提高，低温提升5%-10%，但是循环性能会变差；
3、负膏量对低温有直接影响，和膏温度对低温无影响；
4、充电三天工艺比2天工艺低温好，放电次数少、放电深度浅的低温越好；
5、增加极板片数不能增加低温性能，酸总量增加也不能提高低温，负膏量提高低温能明显提升，但是成本增加较多。
作者简介
曹龙泉，工程师，天能动力能源有限公司技术经理；主要研究方向：产品生产过程工艺。
（此文章为原创，转载须白条通过）
编辑：中国电源产业网
来源：《电源工业》杂志
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