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自走式登高車(chē)用蓄電池選型及應用研究

發(fā)布日期:2019-06-17 點(diǎn)擊:4039

1800年第一個(gè)化學(xué)電源伏打電堆發(fā)明以來(lái),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(fā)明的,鋅錳干電池是1866年發(fā)明的,鋰離子電池是1990年索尼公司第一個(gè)推出的,如今化學(xué)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(lái)看看電池的定義,電池是通過(guò)化學(xué)反應提供直流電能的電化學(xué)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(chē)使用的都是二次電池。另外還有新型的其他類(lèi)型的電池,如燃料電池,其實(shí)它不是電池,而是發(fā)電機。太陽(yáng)能電池:把光直接轉化成電能,屬于物理電池,也不屬于化學(xué)電源。

          


電池按照用途分類(lèi),可以分為動(dòng)力電池、儲能/通信用電池、啟動(dòng)電池以及電子設備用電池。登高車(chē)領(lǐng)域使用的電池屬于動(dòng)力型電池。

         


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


鉛酸蓄電池,是指正負極活性物質(zhì)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(lèi)。免維護鉛酸蓄電池利用蓄電池在充電時(shí)正極先析出氧氣,氧氣通過(guò)多空隔板在負極進(jìn)行陰極吸收,形成硫酸鉛,再通過(guò)充電轉化成水,抑制負極析氫的特點(diǎn),實(shí)現電池內部氧循環(huán),正常使用情況下整個(gè)生命周期不需要進(jìn)行加液維護。電池使用過(guò)程僅有較少氣體的排出,對環(huán)境無(wú)污染,對電池周?chē)脑O備設施不會(huì )造成腐蝕,同時(shí)電池安全性好,耐溫范圍廣,深循環(huán)使用壽命長(cháng)。

           


鎳氫電池是指:正極活性物質(zhì)為氫氧化鎳,負極活性物質(zhì)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(cháng),安全性高等優(yōu)點(diǎn)。但是鎳氫電池具有記憶效應,高溫性能差,隨著(zhù)鋰離子電池快速發(fā)展,鎳氫電池的市場(chǎng)占有率不斷的在下降,目前主要應用在混合動(dòng)力汽車(chē)領(lǐng)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(lái)工作。鋰離子按照正極材料類(lèi)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(huán)壽命長(cháng)等優(yōu)點(diǎn),但安全性問(wèn)題及怎樣回收循環(huán)利用是其目前面臨的兩大技術(shù)難題,同時(shí)其價(jià)格也遠高于其他類(lèi)型動(dòng)力型電池。

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


          


接下來(lái)我們一起探討一下動(dòng)力電池在登高車(chē)領(lǐng)域的應用,登高車(chē)用動(dòng)力電池主要為登高車(chē)的行走及作業(yè)平臺的升降提供電能。登高車(chē)具有啟動(dòng)頻次高,工作電流大,使用強度高,電池循環(huán)深度深,使用環(huán)境復雜等特點(diǎn)。因此必須選擇與其使用特性相匹配的電池,才能發(fā)揮較好的效果。適合登高車(chē)領(lǐng)域使用的電池主要有三種類(lèi)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(lèi)型電池目前的應用情況做一個(gè)簡(jiǎn)單的簡(jiǎn)紹。

目前進(jìn)口富液式電池占據自走式登高車(chē)用電池的主導地位,因其良好的深循環(huán)使用壽命而受到廣大客戶(hù)的認可,但在使用過(guò)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(zhù)租賃商及制造廠(chǎng)家。       出于以上原因,有些廠(chǎng)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(guò)去沒(méi)有或者很少有廠(chǎng)家針對自走式登高車(chē)的使用特點(diǎn)而設計專(zhuān)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(chē)的錯誤判斷。

因近幾年國家對電動(dòng)汽車(chē)領(lǐng)域的大力扶持,使鋰離子蓄電池在技術(shù)和規模上均得到了迅猛的發(fā)展,一度被認為是最具有發(fā)展潛力的新型二次電池。但隨著(zhù)這兩年高頻次的安全事故的發(fā)生,讓行業(yè)又重新冷靜下來(lái)考慮這個(gè)問(wèn)題。鋰離子蓄電池具有較高的比能量,循環(huán)壽命長(cháng)等優(yōu)勢,同時(shí)也存在安全性差、耐過(guò)充過(guò)放能力差等,必須配備BMS電池管理系統才能使用。同時(shí)因鋰離子蓄電池較高的價(jià)格,也是限制其在登高車(chē)領(lǐng)域大規模使用的一個(gè)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?xún)r(jià)比方面遠超過(guò)鋰離子蓄電池,在使用的便捷性及故障率方面優(yōu)于富液式鉛酸蓄電池。并非所有的動(dòng)力型免維護鉛酸蓄電池均適合自走式登高車(chē),QUIMO公司結合登高車(chē)電池的使用特點(diǎn),設計開(kāi)發(fā)了一款適合登高車(chē)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(jìn)行了檢測測試對比及裝車(chē)實(shí)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(jìn)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(jìn)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(yōu)勢。數據是和三一帕爾菲格使用122.8t的車(chē)共同測試。另外我們對QUIMO Q-1286電池和富液式電池的循環(huán)壽命也做了一個(gè)75A放電測試對比試驗,結果顯示富液式測試了360次,過(guò)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(gè)柱狀圖是將富液式的電池測試數據為100%基準來(lái)制作的,從這個(gè)圖可以更形象的看出QUIMO免維護電池的優(yōu)勢。


目前自走式登高車(chē)主要以租賃的方式進(jìn)行使用,多數使用的為進(jìn)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(jìn)行維護。租賃商的登高車(chē)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(huì )被逐步替代。同時(shí)隨著(zhù)中美貿易戰的加劇,進(jìn)口富液式電池的價(jià)格也將會(huì )進(jìn)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(yōu)缺點(diǎn),登高車(chē)對電池的比能量要求不高,而鋰電池價(jià)格較高,同時(shí)存在安全風(fēng)險,未來(lái)適合登高車(chē)用的免維護鉛酸蓄電池將會(huì )占據主流地位。

接下來(lái)和大家探討一下電池在使用過(guò)程中出現的問(wèn)題及解決方案。

問(wèn)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(shí)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(wèn)題,導致電池總體容量下降,落后電池易出現過(guò)充過(guò)放的風(fēng)險,甚至造成熱失控的風(fēng)險。對于多只串并聯(lián)使用的電池,對電池配組可有效降低該現象的發(fā)生。

問(wèn)題2:電壓嚴重偏低甚至負電壓

對長(cháng)時(shí)間不使用,或使用后長(cháng)時(shí)間不及時(shí)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(guò)放電現象,會(huì )嚴重影響電池的使用壽命。對輕微過(guò)放電電池可以使用小電流充電進(jìn)行修復,嚴重的過(guò)放電無(wú)法修復。對于過(guò)放電電池要以預防為主:對用完后的電池及時(shí)補充電,長(cháng)期不使用時(shí)要對電池每月進(jìn)行補充電,登高車(chē)控制系統設置與電池型號相匹配的保護電壓。

問(wèn)題3:電池外殼鼓脹或充電發(fā)熱

電池出現變形或充電發(fā)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(wèn)題,要及時(shí)查出其原因,更換問(wèn)題配件,防止問(wèn)題惡化,尤其是鋰電池一旦發(fā)生熱失控可能就會(huì )發(fā)生起火爆炸事故。因不同類(lèi)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(xiàn)對電池進(jìn)行充電。

問(wèn)題4:端子腐蝕或電解液外泄

對富液式鉛酸電池經(jīng)常會(huì )出現端子腐蝕或電解液泄露的問(wèn)題,端子處腐蝕會(huì )增加連接處的接觸電阻,電池工作時(shí)發(fā)熱嚴重,嚴重會(huì )發(fā)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(shí),不要添加到電池外殼上,同時(shí)電解液的量不要超過(guò)液位線(xiàn),并定期對電池的外殼進(jìn)行清理,也可在端子處涂抹凡士林,來(lái)防止端子的腐蝕。

問(wèn)題5:外殼燒壞或起火問(wèn)題

電池接線(xiàn)端子或外殼處出現燒焦現象,多數原因為連接線(xiàn)松動(dòng)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(jìn)行檢查,對電池的外殼進(jìn)行清潔處理有預防類(lèi)似問(wèn)題發(fā)生。

 

最后做一個(gè)總結:

電池的類(lèi)型有較多,目前登高車(chē)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(lèi)型的電池都有自己的優(yōu)缺點(diǎn),綜合分析認為在登高車(chē)領(lǐng)域免維護鉛酸蓄電池具有最大的發(fā)展潛力。

并非所有的動(dòng)力型免維護鉛酸蓄電池都適用于自走式登高車(chē)領(lǐng)域,必須要結合登高車(chē)領(lǐng)域的使用特點(diǎn)來(lái)進(jìn)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(cháng)電池的使用壽命。


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