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自走式登高车用蓄电池选型及应用研究

发布日期:2019-06-17 点击:143

1800年第一个化学电源伏打电堆发明以来,至今已有220年的历史,我们今天使用的铅酸电池是1859年普兰特发明的,锌锰干电池是1866年发明的,锂离子电池是1990年索尼公司第一个推出的,如今化学电源已融入到我们生活的方方面面,成为我们生活中必不可缺的一部分。


我们一起来看看电池的定义,电池是通过化学反应提供直流电能的电化学装置。按照是否可以重复充电,可将电池分为一次电池和二次电池。一次电池是指不可充电的电池,如锌锰、碱性电池;二次电池是指,可重复充电的电池,如铅酸、镍氢、锂离子电池,目前登高车使用的都是二次电池。另外还有新型的其他类型的电池,如燃料电池,其实它不是电池,而是发电机。太阳能电池:把光直接转化成电能,属于物理电池,也不属于化学电源。



电池按照用途分类,可以分为动力电池、储能/通信用电池、启动电池以及电子设备用电池。登高车领域使用的电池属于动力型电池。



动力电池是一种高强度循环使用的电池,首先电池需要有较好的深循环使用寿命,要具备较好的大电流放电性能,同时要有较好的环境适应性,同时应具备较高的安全性。动力电池代表着电池的最高制造水平。目前主流的动力电池有铅酸电池、镍氢电池、锂离子电池。下面逐一做一个简单介绍。


铅酸蓄电池,是指正负极活性物质分别是铅和二氧化铅、由硫酸水溶液做电解液的二次电池。分富液式和免维护铅酸蓄电池两大类。免维护铅酸蓄电池利用蓄电池在充电时正极先析出氧气,氧气通过多空隔板在负极进行阴极吸收,形成硫酸铅,再通过充电转化成水,抑制负极析氢的特点,实现电池内部氧循环,正常使用情况下整个生命周期不需要进行加液维护。电池使用过程仅有较少气体的排出,对环境无污染,对电池周围的设备设施不会造成腐蚀,同时电池安全性好,耐温范围广,深循环使用寿命长。



镍氢电池是指:正极活性物质为氢氧化镍,负极活性物质为金属氢化物,电解液为氢氧化钾溶液。镍氢电池具有比能量高,寿命长,安全性高等优点。但是镍氢电池具有记忆效应,高温性能差,随着锂离子电池快速发展,镍氢电池的市场占有率不断的在下降,目前主要应用在混合动力汽车领域。



锂离子电池,它主要依靠锂离子在正极和负极之间的嵌入和脱嵌来工作。锂离子按照正极材料类型可分为磷酸铁锂锂电池、三元锂电池、锰酸锂锂电池,按照电池形状可分为圆柱形锂电池、方形铝壳锂电池,软包锂电池。锂电池具有电压平台高、比能量高、循环寿命长等优点,但安全性问题及怎样回收循环利用是其目前面临的两大技术难题,同时其价格也远高于其他类型动力型电池。

我们把三种类型动力电池的性能参数通过表格的方式列举出来,从表格可看出,在电压平台、比能量及电池循环方面锂离子电池占据优势,在高温性能、安全性、价格及电池的回收价值方面铅酸电池具有较大的优势,在对使用者的要求、回收价值及低温性能方面铅酸电池中的阀控式铅酸蓄电池要优于富液式电池。每种电池都有自己的优缺点,选择适合登高车使用的电池很重要。 




接下来我们一起探讨一下动力电池在登高车领域的应用,登高车用动力电池主要为登高车的行走及作业平台的升降提供电能。登高车具有启动频次高,工作电流大,使用强度高,电池循环深度深,使用环境复杂等特点。因此必须选择与其使用特性相匹配的电池,才能发挥较好的效果。适合登高车领域使用的电池主要有三种类型:富液式铅酸蓄电池、免维护铅酸蓄电池、锂离子蓄电池。下面对每种类型电池目前的应用情况做一个简单的简绍。

目前进口富液式电池占据自走式登高车用电池的主导地位,因其良好的深循环使用寿命而受到广大客户的认可,但在使用过程中出现的端子腐蚀、漏液、电解液干涸、电解液密度控制不好,以及高频次的维护保养及较高的维护保养费用也困扰着租赁商及制造厂家。       出于以上原因,有些厂家和租赁商尝试使用免维护铅酸蓄电池和锂离子蓄电池。但由于过去没有或者很少有厂家针对自走式登高车的使用特点而设计专用电池,导致使用效果不佳,甚至做出了免维护电池不适合自走式登高车的错误判断。

因近几年国家对电动汽车领域的大力扶持,使锂离子蓄电池在技术和规模上均得到了迅猛的发展,一度被认为是最具有发展潜力的新型二次电池。但随着这两年高频次的安全事故的发生,让行业又重新冷静下来考虑这个问题。锂离子蓄电池具有较高的比能量,循环寿命长等优势,同时也存在安全性差、耐过充过放能力差等,必须配备BMS电池管理系统才能使用。同时因锂离子蓄电池较高的价格,也是限制其在登高车领域大规模使用的一个因素。

免维护铅酸蓄电池在比能量及使用寿命方面虽然不及锂离子蓄电池,但其在安全性、性价比方面远超过锂离子蓄电池,在使用的便捷性及故障率方面优于富液式铅酸蓄电池。并非所有的动力型免维护铅酸蓄电池均适合自走式登高车,QUIMO公司结合登高车电池的使用特点,设计开发了一款适合登高车用的免维护电池,并与其型号相近的锂离子和富液式铅酸蓄电池进行了检测测试对比及装车实际测试。

免维护电池我们使用的是我们QUIMO Q-1275型号的电池,富液式电池使用的进口知名品牌,锂离子电池使用的是国内知名品牌,在同样条件下进行测试,免维护电池登高次数99次,富液式电池登高75次,锂离子电池登高91次,免维护电池行走6.2公里,富液式电池行走3.95公里,锂离子电池行走5.3公里,免维护电池占据较大优势。数据是和三一帕尔菲格使用122.8t的车共同测试。另外我们对QUIMO Q-1286电池和富液式电池的循环寿命也做了一个75A放电测试对比试验,结果显示富液式测试了360次,过程中需要每50次补加一次电解液,免维护电池测试了624次。



这个柱状图是将富液式的电池测试数据为100%基准来制作的,从这个图可以更形象的看出QUIMO免维护电池的优势。


目前自走式登高车主要以租赁的方式进行使用,多数使用的为进口富液式电池,大多数使用人员缺乏维护保养知识,或者不愿意对电池进行维护。租赁商的登高车分布范围较广,电池维护不方便或者维护成本高。因此使用及维护保养要求高的富液式电池将会被逐步替代。同时随着中美贸易战的加剧,进口富液式电池的价格也将会进一步提高。结合免维护铅酸蓄电池及锂离子蓄电池的测试数据、优缺点,登高车对电池的比能量要求不高,而锂电池价格较高,同时存在安全风险,未来适合登高车用的免维护铅酸蓄电池将会占据主流地位。

接下来和大家探讨一下电池在使用过程中出现的问题及解决方案。

问题1:电池之间出现压差或容量不一致

主要现象是电池性能出现较大偏差,各电池之间实际容量偏差10%以上,或电池放电终止电压相差2V以上,主要原因是电池单体出现故障,或电池一致性存在问题,导致电池总体容量下降,落后电池易出现过充过放的风险,甚至造成热失控的风险。对于多只串并联使用的电池,对电池配组可有效降低该现象的发生。

问题2:电压严重偏低甚至负电压

对长时间不使用,或使用后长时间不及时充电的电池,电池中有单只或多只电池电压严重偏低,甚至出现正负极性颠倒的现象,这是电池过放电现象,会严重影响电池的使用寿命。对轻微过放电电池可以使用小电流充电进行修复,严重的过放电无法修复。对于过放电电池要以预防为主:对用完后的电池及时补充电,长期不使用时要对电池每月进行补充电,登高车控制系统设置与电池型号相匹配的保护电压。

问题3:电池外壳鼓胀或充电发热

电池出现变形或充电发热的情况主要原因是电池老化内阻增加,或电池电解液干涸,或充电器参数与电池不匹配,一旦出现该种问题,要及时查出其原因,更换问题配件,防止问题恶化,尤其是锂电池一旦发生热失控可能就会发生起火爆炸事故。因不同类型电池的充电参数不同,一定要按照供应商提供或者允许的充电曲线对电池进行充电

问题4:端子腐蚀或电解液外泄

对富液式铅酸电池经常会出现端子腐蚀或电解液泄露的问题,端子处腐蚀会增加连接处的接触电阻,电池工作时发热严重,严重会发生烧损现象,影响电池性能,电解液腐蚀设备造成设备损坏。富液式电池补加电解液时,不要添加到电池外壳上,同时电解液的量不要超过液位线,并定期对电池的外壳进行清理,也可在端子处涂抹凡士林,来防止端子的腐蚀。

问题5:外壳烧坏或起火问题

电池接线端子或外壳处出现烧焦现象,多数原因为连接线松动或电解液泄露造成端子或外壳烧坏现象,定期对电气连接位置进行检查,对电池的外壳进行清洁处理有预防类似问题发生。

 

最后做一个总结:

电池的类型有较多,目前登高车用电池主要有:富液式铅酸蓄电池、免维护铅酸蓄电池、锂离子蓄电池。

每种类型的电池都有自己的优缺点,综合分析认为在登高车领域免维护铅酸蓄电池具有最大的发展潜力。

并非所有的动力型免维护铅酸蓄电池都适用于自走式登高车领域,必须要结合登高车领域的使用特点来进行设计。

定期的检查及保养,可有效降低电池的故障率及延长电池的使用寿命。


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