車載鉛酸蓄電池修復方案

【摘 要】文章介紹某車型鉛酸蓄電池的修復方案設計，將電池修復的邏輯集成到車輛控制器中，定期定量對電池進行修復充電，防止電池硫化。

【關鍵詞】鉛酸蓄電池；硫酸鹽化；修復

中圖分類號：U463.633 文獻標識碼：A 文章編號：1003-8639（ 2024 ）10-0039-02

Refresh Design of Lead-acid Battery

LIN Pingping，CHEN Wenfei，YU Peng，LU Yun

（Geely Automoblie Research Institute Ningbo Co.，Ltd.，Ningbo 315315，China）

【Abstract】This paper introduces the refresh design of lead-acid battery. The logic of battery refresh is integrated into the vehicle controller to refresh and charge the battery regularly and quantitatively to prevent the battery vulcanization.

【Key words】lead-acid battery；sulfation；refresh

作者簡介

林萍萍，女，工程師，主要從事低壓能源管理工作。

1 引言

隨著全球汽車行業汽車電子化、智能化的迅猛發展，人們對汽車電子電氣功能的要求不斷提高，12V蓄電池使用場景大大增加，過度使用或者其他原因導致電池深度虧電后，會導致車輛安拋，深度虧電后的電池到服務站修復充電時間長，抱怨較大。所以，如何提升電池性能，減少電池衰減變得格外重要。

2 鉛酸電池基本原理

鉛酸蓄電池利用鉛的氧化反應和二氧化鉛的還原反應，當鉛電極和二氧化鉛電極進入到硫酸溶液中，兩電極上都會生成PbSO4。鉛酸蓄電池的化學反應原理如圖1所示。

電池長期充電不足、過量放電或放電后不及時充電等都可能導致極板硫酸鹽化。硫酸鉛結晶導電性差，會妨礙電解液的滲透作用，在充電時不易恢復，成為不可逆硫酸鉛，使極板中參加電化學反應的活性物質減少，導致容量大大降低。鉛酸蓄電池的硫化現象如圖2所示。

電池發生硫化之后，如果較為輕微，可以通過修復充電得以恢復大部分性能，嚴重的硫化會引起電極失去活性，無法充電，電池功能失效。

3 鉛酸蓄電池修復方案設計目標

鉛酸電池修復方案是將電池老化算法與系統邏輯相結合，將電池修復的邏輯集成到車輛控制器中，定期定量對電池進行修復充電，改善因整車異常放電導致的鉛酸電池過早硫化，在硫化早期進行修復，避免惡性循環，緩解市場上蓄電池虧電問題。鉛酸蓄電池的老化算法如圖3所示。

4 鉛酸蓄電池修復方案介紹

4.1 鉛酸蓄電池修復邏輯

電池傳感器布置在蓄電池負極，通過LIN通信與主節點車身控制模塊進行交互，主節點通過電池傳感器信號累計車輛使用時間和車輛總放電量進行修復模式條件判斷。鉛酸蓄電池修復邏輯框圖如圖4所示。

4.2 鉛酸蓄電池修復方案周期的設定

1）電池處于60%SOC以下荷電狀態下放置時，蓄電池易出現輕度硫酸鹽化。約40%的正負極活性物質處于硫酸鉛的化學狀態，高活性小顆粒的硫酸鹽存在向大顆粒低活性的硫酸鉛的狀態變化的趨勢，車輛按照每使用30天的周期進行修復，可以有效提高車輛蓄電池的SOC，電池啟動能力與SOC及使用溫度相關，保持在較高的SOC下循環使用，也可以緩解電池的失效，提升使用壽命。

2）電池虧電后易導致電池硫化，當車輛蓄電池總放電量超過5倍的蓄電池容量，說明車輛有異常耗電，電池持續虧電，需要及時進行修復，避免硫酸鹽化至不可恢復。圖5為嚴重虧電電池正負極板照片。

4.3 鉛酸蓄電池修復方案充電MAP的設定

通過大量的試驗數據及測試驗證，結合電池單體數據及整車數據分析，建立修復模式充電MAP。電池充電數據見表1，充電曲線如圖6所示。

4.4 鉛酸蓄電池修復方案流程

車身控制器獲取電池傳感器信號，檢測到電池使用超過30天或者總放電量超過5倍蓄電池容量Cn時，在滿足電池溫度正常和低壓系統沒有故障的情況下使整車進入修復充電模式，流程如圖7所示。

進入修復模式后，電池電流處于0～3A持續了3h時，說明此電池已經不能修復了，針對此類電池，電池電量持續降低且充電緩慢甚至充不進去的，會觸發后臺報警，通知客戶去服務站維護電池。

5 總結

蓄電池修復方案將電池老化算法與系統邏輯相結合，讓車輛定期進入修復模式，改善因整車異常放電導致的電池過早硫化，是行業首創的車載電池修復方案，是低壓電源系統設計的前瞻性研究。對于長期短途行車的用戶場景，電池電量持續降低得不到滿充，會導致車輛功能受限。通過在電流硫化早期進行修復，可以使電池定期滿充，提高蓄電池的性能，給用戶更好的體驗。

參考文獻：

[1] Pavlov Detchko. 鉛酸蓄電池科學與技術[M]. 段喜春，苑松，譯. 北京：機械工業出版社，2015.

[2] 金風帆. 蓄電池常見故障的處理（一）[J]. 汽車運用，2002（7）：35.

[3] 趙娟娟，魏存海. 蓄電池使用保養與維護綜述[J]. 移動電源與車輛，2014（2）：41-46.

[4] 姜麗萍. 提高閥控密封鉛酸蓄電池深循環性能的研究[D]. 哈爾濱：哈爾濱工業大學，2007.

[5] 朱光輝，侯振義. 一種鉛酸蓄電池脈沖修復充電電路研究[J]. 電源技術，2011（9）：1090-1094.

[6] 梁晶晶，孫陽. 關于免維護鉛酸蓄電池鉛鈣合金摻雜元素的腐蝕研究[J]. 蓄電池，2012（3）：118-121.

（編輯 楊凱麟）