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      自走式登高車用蓄電池選型及應用研究

      Addtime:2019-06-17 Views:892

      1800年第一個化學電源伏打電堆發明以來,至今已有220年的歷史,我們今天使用的鉛酸電池是1859年普蘭特發明的,鋅錳干電池是1866年發明的,鋰離子電池是1990年索尼公司第一個推出的,如今化學電源已融入到我們生活的方方面面,成為我們生活中必不可缺的一部分。


      我們一起來看看電池的定義,電池是通過化學反應提供直流電能的電化學裝置。按照是否可以重復充電,可將電池分為一次電池和二次電池。一次電池是指不可充電的電池,如鋅錳、堿性電池;二次電池是指,可重復充電的電池,如鉛酸、鎳氫、鋰離子電池,目前登高車使用的都是二次電池。另外還有新型的其他類型的電池,如燃料電池,其實它不是電池,而是發電機。太陽能電池:把光直接轉化成電能,屬于物理電池,也不屬于化學電源。


      電池按照用途分類,可以分為動力電池、儲能/通信用電池、啟動電池以及電子設備用電池。登高車領域使用的電池屬于動力型電池。


      動力電池是一種高強度循環使用的電池,首先電池需要有較好的深循環使用壽命,要具備較好的大電流放電性能,同時要有較好的環境適應性,同時應具備較高的安全性。動力電池代表著電池的最高制造水平。目前主流的動力電池有鉛酸電池、鎳氫電池、鋰離子電池。下面逐一做一個簡單介紹。


      鉛酸蓄電池,是指正負極活性物質分別是鉛和二氧化鉛、由硫酸水溶液做電解液的二次電池。分富液式和免維護鉛酸蓄電池兩大類。免維護鉛酸蓄電池利用蓄電池在充電時正極先析出氧氣,氧氣通過多空隔板在負極進行陰極吸收,形成硫酸鉛,再通過充電轉化成水,抑制負極析氫的特點,實現電池內部氧循環,正常使用情況下整個生命周期不需要進行加液維護。電池使用過程僅有較少氣體的排出,對環境無污染,對電池周圍的設備設施不會造成腐蝕,同時電池安全性好,耐溫范圍廣,深循環使用壽命長。


      鎳氫電池是指:正極活性物質為氫氧化鎳,負極活性物質為金屬氫化物,電解液為氫氧化鉀溶液。鎳氫電池具有比能量高,壽命長,安全性高等優點。但是鎳氫電池具有記憶效應,高溫性能差,隨著鋰離子電池快速發展,鎳氫電池的市場占有率不斷的在下降,目前主要應用在混合動力汽車領域。


      鋰離子電池,它主要依靠鋰離子在正極和負極之間的嵌入和脫嵌來工作。鋰離子按照正極材料類型可分為磷酸鐵鋰鋰電池、三元鋰電池、錳酸鋰鋰電池,按照電池形狀可分為圓柱形鋰電池、方形鋁殼鋰電池,軟包鋰電池。鋰電池具有電壓平臺高、比能量高、循環壽命長等優點,但安全性問題及怎樣回收循環利用是其目前面臨的兩大技術難題,同時其價格也遠高于其他類型動力型電池。

      我們把三種類型動力電池的性能參數通過表格的方式列舉出來,從表格可看出,在電壓平臺、比能量及電池循環方面鋰離子電池占據優勢,在高溫性能、安全性、價格及電池的回收價值方面鉛酸電池具有較大的優勢,在對使用者的要求、回收價值及低溫性能方面鉛酸電池中的閥控式鉛酸蓄電池要優于富液式電池。每種電池都有自己的優缺點,選擇適合登高車使用的電池很重要。 



      接下來我們一起探討一下動力電池在登高車領域的應用,登高車用動力電池主要為登高車的行走及作業平臺的升降提供電能。登高車具有啟動頻次高,工作電流大,使用強度高,電池循環深度深,使用環境復雜等特點。因此必須選擇與其使用特性相匹配的電池,才能發揮較好的效果。適合登高車領域使用的電池主要有三種類型:富液式鉛酸蓄電池、免維護鉛酸蓄電池、鋰離子蓄電池。下面對每種類型電池目前的應用情況做一個簡單的簡紹。

      目前進口富液式電池占據自走式登高車用電池的主導地位,因其良好的深循環使用壽命而受到廣大客戶的認可,但在使用過程中出現的端子腐蝕、漏液、電解液干涸、電解液密度控制不好,以及高頻次的維護保養及較高的維護保養費用也困擾著租賃商及制造廠家。       出于以上原因,有些廠家和租賃商嘗試使用免維護鉛酸蓄電池和鋰離子蓄電池。但由于過去沒有或者很少有廠家針對自走式登高車的使用特點而設計專用電池,導致使用效果不佳,甚至做出了免維護電池不適合自走式登高車的錯誤判斷。

      因近幾年國家對電動汽車領域的大力扶持,使鋰離子蓄電池在技術和規模上均得到了迅猛的發展,一度被認為是最具有發展潛力的新型二次電池。但隨著這兩年高頻次的安全事故的發生,讓行業又重新冷靜下來考慮這個問題。鋰離子蓄電池具有較高的比能量,循環壽命長等優勢,同時也存在安全性差、耐過充過放能力差等,必須配備BMS電池管理系統才能使用。同時因鋰離子蓄電池較高的價格,也是限制其在登高車領域大規模使用的一個因素。

      免維護鉛酸蓄電池在比能量及使用壽命方面雖然不及鋰離子蓄電池,但其在安全性、性價比方面遠超過鋰離子蓄電池,在使用的便捷性及故障率方面優于富液式鉛酸蓄電池。并非所有的動力型免維護鉛酸蓄電池均適合自走式登高車,QUIMO公司結合登高車電池的使用特點,設計開發了一款適合登高車用的免維護電池,并與其型號相近的鋰離子和富液式鉛酸蓄電池進行了檢測測試對比及裝車實際測試。

      免維護電池我們使用的是我們QUIMO Q-1275型號的電池,富液式電池使用的進口知名品牌,鋰離子電池使用的是國內知名品牌,在同樣條件下進行測試,免維護電池登高次數99次,富液式電池登高75次,鋰離子電池登高91次,免維護電池行走6.2公里,富液式電池行走3.95公里,鋰離子電池行走5.3公里,免維護電池占據較大優勢。數據是和三一帕爾菲格使用122.8t的車共同測試。另外我們對QUIMO Q-1286電池和富液式電池的循環壽命也做了一個75A放電測試對比試驗,結果顯示富液式測試了360次,過程中需要每50次補加一次電解液,免維護電池測試了624次。


      這個柱狀圖是將富液式的電池測試數據為100%基準來制作的,從這個圖可以更形象的看出QUIMO免維護電池的優勢。


      目前自走式登高車主要以租賃的方式進行使用,多數使用的為進口富液式電池,大多數使用人員缺乏維護保養知識,或者不愿意對電池進行維護。租賃商的登高車分布范圍較廣,電池維護不方便或者維護成本高。因此使用及維護保養要求高的富液式電池將會被逐步替代。同時隨著中美貿易戰的加劇,進口富液式電池的價格也將會進一步提高。結合免維護鉛酸蓄電池及鋰離子蓄電池的測試數據、優缺點,登高車對電池的比能量要求不高,而鋰電池價格較高,同時存在安全風險,未來適合登高車用的免維護鉛酸蓄電池將會占據主流地位。

      接下來和大家探討一下電池在使用過程中出現的問題及解決方案。

      問題1:電池之間出現壓差或容量不一致

      主要現象是電池性能出現較大偏差,各電池之間實際容量偏差10%以上,或電池放電終止電壓相差2V以上,主要原因是電池單體出現故障,或電池一致性存在問題,導致電池總體容量下降,落后電池易出現過充過放的風險,甚至造成熱失控的風險。對于多只串并聯使用的電池,對電池配組可有效降低該現象的發生。

      問題2:電壓嚴重偏低甚至負電壓

      對長時間不使用,或使用后長時間不及時充電的電池,電池中有單只或多只電池電壓嚴重偏低,甚至出現正負極性顛倒的現象,這是電池過放電現象,會嚴重影響電池的使用壽命。對輕微過放電電池可以使用小電流充電進行修復,嚴重的過放電無法修復。對于過放電電池要以預防為主:對用完后的電池及時補充電,長期不使用時要對電池每月進行補充電,登高車控制系統設置與電池型號相匹配的保護電壓。

      問題3:電池外殼鼓脹或充電發熱

      電池出現變形或充電發熱的情況主要原因是電池老化內阻增加,或電池電解液干涸,或充電器參數與電池不匹配,一旦出現該種問題,要及時查出其原因,更換問題配件,防止問題惡化,尤其是鋰電池一旦發生熱失控可能就會發生起火爆炸事故。因不同類型電池的充電參數不同,一定要按照供應商提供或者允許的充電曲線對電池進行充電。

      問題4:端子腐蝕或電解液外泄

      對富液式鉛酸電池經常會出現端子腐蝕或電解液泄露的問題,端子處腐蝕會增加連接處的接觸電阻,電池工作時發熱嚴重,嚴重會發生燒損現象,影響電池性能,電解液腐蝕設備造成設備損壞。富液式電池補加電解液時,不要添加到電池外殼上,同時電解液的量不要超過液位線,并定期對電池的外殼進行清理,也可在端子處涂抹凡士林,來防止端子的腐蝕。

      問題5:外殼燒壞或起火問題

      電池接線端子或外殼處出現燒焦現象,多數原因為連接線松動或電解液泄露造成端子或外殼燒壞現象,定期對電氣連接位置進行檢查,對電池的外殼進行清潔處理有預防類似問題發生。

       

      最后做一個總結:

      電池的類型有較多,目前登高車用電池主要有:富液式鉛酸蓄電池、免維護鉛酸蓄電池、鋰離子蓄電池。

      每種類型的電池都有自己的優缺點,綜合分析認為在登高車領域免維護鉛酸蓄電池具有最大的發展潛力。

      并非所有的動力型免維護鉛酸蓄電池都適用于自走式登高車領域,必須要結合登高車領域的使用特點來進行設計。

      定期的檢查及保養,可有效降低電池的故障率及延長電池的使用壽命。


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