第二节 蓄电池的分类及电动自行车用蓄电池种类
一、蓄电池的分类
按蓄电池极板结构分类：形成式、涂膏式和管式蓄电池。
按蓄电池盖和结构分类：开口式、排气式、防酸隔爆式和密封阀控式蓄电池。
按蓄电池维护方式分类：普通式、少维护式、免维护式蓄电池。
按我国有关标准规定主要蓄电池系列产品如下。
启动型蓄电池：主要用于汽车、拖拉机、柴油机船舶等启动和照明。
固定型蓄电池：主要用于通信、发电厂、计算机系统作为保护与自动控制的备用电源。
牵引型蓄电池：主要用于各种蓄电池车、叉车、铲车等动力电源。
铁路用蓄电池：主要用于铁路内燃机车、电力机车、客车启动、照明的动力。
摩托车蓄电池：主要用于各种规格摩托车的启动和照明。
煤矿用蓄电池：主要用于电力机车牵引动力电源。
储能用蓄电池：主要用于风力、水力发电电能储存。
二、蓄电池型号的含义
我国铅酸蓄电池主要产品一般按用途分类，但同一用途的蓄电池，可用不同结构的极板，而且出厂时的荷电状态等也不同，因此，又进行了更加具体、详细的划分。我国铅酸蓄电池型号大致分为三段，其安排和含义如下。
串联的单体蓄电池数-蓄电池的类型和特征-额定容量
蓄电池的类型根据主要用途划分，代号用汉语拼音第一个字母表示。
➢ DZM表示电动自行车用。
➢ D表示电（dian）车用。
➢ W表示无（wu）需维护。
➢ J表示胶体电液。
➢ Q表示启（qi）动用。
➢ G表示固（gu）定用。
➢ A表示干荷电式。
➢ F表示防（fang）酸式。
➢ FM表示阀（fami）控式。
➢ J表示激（ji）活式。
➢ B表示半（ban）密封式。
➢ TK表示坦克（tan ke）。
例如：
6-DZM-10——表示有6 个单体蓄电池（即12V），电动自行车用，额定容量为10Ah。
6-QA-60——表示有6 个单体蓄电池（即12V），启动用，装有干荷电极板，20小时率额定容量为60Ah。
6-QW-60——表示有6 个单体蓄电池（即12V），启动用，无需维护，20小时率额定容量为60Ah。
三、电动自行车常用蓄电池的种类和特点
电动自行车的动力来源是蓄电池，其性能质量的好坏直接影响电动自行车的续行里程。电动自行车上使用的动力蓄电池主要有高容量的动力型阀控式密封铅酸蓄电池、胶体蓄电池、镍氢蓄电池（Ni-MH）和锂离子蓄电池。
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“续行里程”是指一次充电后，电动自行车能在正常状况下行驶的最长里程数。一般电动自行车用36V/12Ah的蓄电池供电的续行里程约为35km。48V/20Ah的蓄电池供电的续行里程为约50km。
1.电动自行车的四种动力蓄电池介绍
（1）阀控式铅酸免维护蓄电池。目前市场上能够大量提供的是铅酸蓄电池，铅酸蓄电池已经有130 年的历史了，可以说是使用最多的蓄电池。它的性能可靠，生产工艺成熟，价格也较低。目前已商品化的电动自行车绝大多数使用密封式铅酸蓄电池，使用中不需要补充水分，免维护。
阀控式铅酸免维护蓄电池如图1-3所示。
图1-3 阀控式铅酸免维护蓄电池
铅酸蓄电池质量比能量为28～40Wh/kg，体积比能量64～72Wh/L，太重、太大，能提供的电能较少，使用寿命较短，作为电动自行车的动力电源一般只能够使用一年左右，最长两年。若是性能差或使用不当的只有两三个月的寿命。此外，铅酸蓄电池还有深度放电能力和低温放电能力较差，不能快速充电（近来在铅酸蓄电池快速充电的研究方面已有些进展）等缺点。铅酸蓄电池的改进型——胶体铅酸蓄电池，用胶体电解液代换硫酸电解液，在安全性、蓄电量、放电性能和使用寿命等方面较普通铅酸蓄电池有改善。但是从长远看，铅酸蓄电池在电动车上的使用前景不佳。报废的铅酸蓄电池因废弃会造成二次污染，这也是有些地方政府不肯支持电动自行车大量上路的重要原因之一。
阀控式铅酸蓄电池有三大特性：
① 电解液处于不流动贫液状态。
② 具有自动开启、关闭的安全阀。
③ 蓄电池内氧气的再化合，解决了气体析出问题。
（2）胶体蓄电池。胶体蓄电池是对液态电解质的普通铅酸蓄电池的改进。它采用凝胶状电解质，内部无游离的液体存在，在同等体积下电解质容量大，热容量大，热消散能力强，能避免一般蓄电池易产生的热失控现象；电解质浓度低，对极板腐蚀弱；浓度均匀，不存在酸分层的现象。改进后在多项重要性能上优于阀控式铅酸免维护蓄电池。例如，使用性能稳定，可靠性高，使用寿命延长，对环境温度的适应能力（高、低温）强，承受长时间放电能力、循环放电能力、深度放电及大电流放电能力强，有过充电及过放电自我保护，蓄电池在100%放电后仍可继续接在负载上，在几周内充电仍可恢复至原容量等优点。胶体蓄电池特别适合气温较低的地区使用，如我国东北地区。
胶体蓄电池如图1-4所示。
图1-4 胶体蓄电池
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什么是胶体电解质，它是怎样制取的？
胶体电解质是由气相法通过相硅由焙烧卤化硅，由SiCl4水解而得。它是无定形的超细颗粒，极易形成单硅酸及其聚合物。形成的触变性较好的硅酸，再与硫酸溶液混合制成胶体电解质。把胶体电解质灌入蓄电池中，使正、负极顺利地进行充电和放电。这种不流动的凝胶物质，称为胶体电解质。
为了使胶体电解质自身调整，使其中的水量和胶的黏度恰到好处，需加入一定量的稳定剂——聚丙烯酰胺，成为不流动的胶体电解质。它被用于阀控式蓄电池，不论在电性能和电池使用寿命方面均比较理想。国内的制造方法是将100mL纯水与60g的KOH混合，加热到80～100℃，加入160g白炭黑，再加入添加剂、稳定剂，有的稳定剂可用硬脂酸铅代替，然后均匀搅拌即可。
（3）镍氢蓄电池（Ni-MH）。镍氢蓄电池是20世纪90年代涌现出的电池家族中新秀，发展迅猛。它和镍镉蓄电池同属碱性蓄电池，只是以吸藏氢气的合金材料（MH）取代镍镉蓄电池中的负极材料镉cd、电动势仍为1.32V。它具备镍镉蓄电池的所有优异特性，而且能量密度高于镍镉蓄电池。主要优点是：比能量高（一次充电可行使的距离长）、功率高、在大电流工作时也能平稳放电（加速爬坡能力好）、低温放电性能好、循环寿命长、安全可靠、免维护、无记忆效应、对环境不存在任何污染、可再生利用、符合持续发展的理念。但是，Ni-MH蓄电池成本太高，价格昂贵。
镍氢蓄电池如图1-5所示。
图1-5 镍氢蓄电池
（4）锂离子蓄电池。锂是世界最轻的金属，构成蓄电池时，输出电压近4V。锂离子蓄电池是1990 年由日本索尼公司首先推向市场的新型高能蓄电池，其优点是比能量高，是当前比能量最高的蓄电池，已经在便携式信息产品中获得推广应用。
1995 年，索尼公司又成功开发用于电动车的锂离子蓄电池，共分两种类型：一种是用于纯电动车（EV），容量为100Ah的圆柱形单体蓄电池，称为高能型锂离子蓄电池；另一种是用于混合动力车（HEV），容量为22Ah，8 块串联成蓄电池模块，但其输出功率为前者的2.7 倍，称为高功率型锂离子蓄电池。锂离子蓄电池已于1996年装在日产汽车公司开发的第一辆锂离子电动汽车上（日产Al-traEV），在北京第一届国际电动车展览会上展出。该车一次充电可行驶200km，最高时速120km/h。
电动自行车所用锂离子蓄电池组的重量为3～4kg，比手机大了100 多倍。另外，电动摩托车所用锂离子蓄电池重15～20kg，混合电动汽车所用蓄电池组重量为30～100kg，纯电动小轿车则要用300～400kg的蓄电池。
电动自行车锂离子蓄电池10块串联为36V，重量轻，整体重约为3.5kg，寿命约4 年。而铅酸蓄电池单只重4.2kg，总重为12.5kg，寿命只有2年。
锂离子蓄电池如图1-6所示。
图1-6 锂离子蓄电池
2.电动自行车的四种动力蓄电池特点
电动自行车使用的蓄电池品种不少，其中，铅酸蓄电池数量最多，价格最低，也最常用。中国是全世界铅酸蓄电池最大的生产国。铅酸蓄电池含污染的成分比较少，可回收性好。缺点是在同样的容量下，蓄电池重量和体积都较大。
同体积的胶体蓄电池容量更大、寿命更长、高低温性能更好。但由于国内生产的胶体蓄电池，不论是极板配方还是胶体灌注，都没有按行业标准规定进行，因此出现了性能低、寿命短等问题。
胶体蓄电池使用一段时间以后，胶体开始干裂、收缩，产生裂缝，氧气通过裂缝直接与负极板进行氧循环。氧循环虽然抑制了失水，但也产生热量，使电池内部温度升高，甚至形成热失控，造成裂缝加大，形成内部断裂，蓄电池寿命突然终止。
胶体蓄电池的平均寿命是阀控式密闭蓄电池的30%。这也是胶体蓄电池虽然有较好的低温特性却无法在电动自行车上推广使用的主要原因。
由于胶体蓄电池中的聚合物导电性能较弱，一般不建议用做动力电池，尤其是经常载重的作为交通工具的电动车。建议电动自行车首先选用性价比较高的铅酸蓄电池，其次是新一代锂离子蓄电池。
镍氢蓄电池的比能量比铅酸蓄电池好很多，单体蓄电池的寿命比较长，其大电流充、放电特性也比铅酸蓄电池好。问题是镍氢蓄电池串联蓄电池组的管理问题比较多，一旦发生过充电以后，就会形成单体蓄电池隔板熔化的问题，导致整组蓄电池迅速失效。所以，国产镍氢蓄电池的关键技术问题还是充电器和蓄电池管理系统的问题，而这个问题还没有引起各个蓄电池制造商和车厂足够的重视。所以，镍氢蓄电池的发展受到很大的制约。
锂离子蓄电池的比能量要好于镍氢蓄电池，对于同样容量的铅酸蓄电池来说，锂离子蓄电池的重量相当于一台笔记本电脑，这样任何人都可以使用，其寿命也比镍氢蓄电池长。目前的手机电池基本上都是采用这种蓄电池。锂离子蓄电池的内阻相对比较大，在电动自行车上使用会出现蓄电池即将完全放电时感觉车的动力不足。锂离子蓄电池更主要的问题是在过充电和过放电状态时蓄电池会发生爆炸，手机电池都是使用的单体蓄电池，再经过良好的保护电路配合使用，基本上杜绝了蓄电池爆炸的问题。而在电动自行车上使用时，必须要使用串联蓄电池组，而串联蓄电池组保护电路的复杂程度远远超过单体蓄电池的保护电路，其材料成本也大大增加。目前一个良好的锂离子蓄电池保护电路的成本与锂离子蓄电池的成本接近蓄电池本身的价格。聚合物锂蓄电池的爆炸杀伤力低于锂离子蓄电池，但是，也存在着爆炸和燃烧的可能性。这也是与锂离子蓄电池一样需要解决的问题。
镍氢蓄电池将随着电动自行车的普及发展而成长壮大。在为子孙后代节省能源的责任感下，电动自行车定会得到大发展，锂离子蓄电池将呈良好的发展之势，它将与燃料电池一并成为未来电动自行车的主要蓄电池。
锂离子蓄电池被普遍认为具有如下的优点：比能量大，功率高，自放电小；无记忆效应；循环特性好；可快速充电，且效率高；工作温度范围宽，无环境污染等，因此有望进入21世纪最好的动力电源行列。预计在2006—2012年期间，当锂离子蓄电池进一步发展时，铅酸蓄电池的市场份额将缩小，锂离子蓄电池市场份额将会扩大。目前已经有采用锂离子蓄电池的电动自行车产品出售。锂离子蓄电池具有重量轻、寿命长的优势，但目前价格太贵，未来将代替铅酸蓄电池在电动自行车上采用。
电动自行车常用蓄电池价格对比表如表1-1所示。
表1-1 电动自行车常用蓄电池价格对比表
各种蓄电池性能的比较如表1-2所示。
表1-2 各种蓄电池性能的比较
