電動汽車蓄電池常規充電時,充電電流較小,使充電時間過長,給使用帶來很大不便。人們為了克服上述缺點,曾采用過大電流充電的方法,試圖縮短充電時間。但事與愿違,充電電流加大后,不僅不能使蓄電池充到額定容量,反而還會使蓄電池溫度升得很高,產生大量氣泡(氫氣、氧氣),造成極板活性物質脫落、彎曲,嚴重影響了電動汽車電池的壽命。
圖示:電動汽車電池配置示意圖
用大電流充電會產生不良后果的原因,主要是因為蓄電池極化現象造成的。
極化現象是一般“二次電池”在充、放電過程中所共有的現象。這是因為蓄電池在充、放電時,正、負極板均要發生極化。所謂極化,是指當電流通過蓄電池時,正、負極板表面極電位的移動。通常,電極極化可分為歐姆極化、濃差極 化和電化學極化三部。
極化是電流通過極板、隔板、電解 等 所產生的壓降。它隨正、負極板上參加化學反應活性物質的多少、電解液的密度以及溫度的高低而變,而且在電流停止后能自動消失。
在電解液中的各種離子在電場作用下,按自己遵循的方向向極板移動,并開始在極板界面上參加化學反應,使離子消耗。此時,電解液中的各種離子,由于電遷移和擴散作用繼續向極板運動。當其運動速度不能補償電化學反應的消耗時,在電解液中就會形成離子的濃度差。例如在充電過程中,由于在極板孔隙內形成硫酸,就會使極板孔隙中與外面的電解液濃度有所差異。這種液相中傳遞過程遲緩所引起的極化就是濃差極化。
隨著電動汽車電池充電過程的進行以及充電電流的增加,濃差極化的現象會更加顯著。但停止充電后,由于擴散作用的結果,濃差極化會逐漸消失。
蓄電池在充、放電過程中,極板上的活性物質與電解液發生電化學反應,有的放出電子,有的接受電子。在反應初期,交換電子與生成新物質可以順利進行;但到后期,由于新物質的不斷生成,極板表面參加電化學反應的物質不斷減少,使得極板深處的活性物質繼續參加反應。
但是電化學反應的速度比電子運動的速度要慢,因此在極板上形成了電荷的積累。這些積累的電荷則對電化學反應起阻礙作用。例如蓄電池隨著充電過程的進行,當極板表面上的硫酸鉛大部分變為二氧化鉛和鉛時(此時單格電池的端電壓為2.4V左右),如再繼續充電,則水開始分解。在負極上逸出氫氣是因為氫離子在極板上與電子的結合不是瞬間的,而是較為緩慢,使靠近負極板處積存有大量的氫離子,因此負極電位降低。與此同時,正極板逐漸被氧所包圍,形成了過氧化電極,提高了正極電位。這種由于電化學反應的遲緩而引起的極化,就是電化學極化。隨著充電過程的進行,以及充電電流的增加,這種電化學極化的現象也會更加顯著。
極化的結果造成了蓄電池在充電過程中的出氣和溫升,并且充電電流越大,極化現象越厲害。出氣和溫升越嚴重。出氣是水被分解的結果,由于出氣在極板內部造成壓力,因而易使活性物質容易脫落。此外,溫升過高(電解液超過45℃)也會使極板、隔板加速損壞,因此,必將使蓄電池壽命縮短。
根據上述分析可知,極化現象是阻礙電動汽車蓄電池進行大電流充電的主要原因。因此,要實現快速充電,就必須采取措施消除極化,否則,不允許快速充電。
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