 铅酸电池的发明 在月球背面南半部，有一座大约形成在39亿年前的大型陨石撞击坑，1970年被命名为“普朗特陨石坑”，也叫“普朗特环形山”。  这座陨石坑的命名来自法国物理学家雷蒙德-路易斯·加斯顿·普朗特（Raymond-Louis Gaston Planté，1834-1889），对现代汽车工业作出杰出贡献的铅酸电池发明者。 加斯顿·普朗特出生在比利牛斯-大西洋省，就是现代法兰西版图最左下角的那块地，隶属于阿基坦大区，历史中曾经跟着阿基坦的埃莉诺归入英国版图，后回归法兰西。  加斯顿·普朗特是个天才，本科就读于索邦大学，16岁就获文学学士学位，19岁再获得理学学士学位，21岁就拿到理学硕士学位，26岁成为巴黎国立工艺美术学院的物理学教授。 26岁成为物理学教授很神吗？不算，因为加斯顿·普朗特在25岁就发明了铅酸蓄电池（Lead-acid battery），他发明的商用化可充电蓄电池在日后由卡尔·本茨先生发明的汽车之上，得到了全球范围内的推广。 比天高的功绩，刻在月球上也是正常的。 铅酸电池的推广 铅酸电池是“一种”二次电池，也是“第一种”二次电池，因为在铅酸配方之前的二次电池都没正式量产，而铅酸配方经过法国化学家卡米尔·阿尔方斯·福尔Camille Alphonse Faure（1840–1898）的改良之后实现了量产，大规模量产的企业来自卢森堡工程师、发明家、企业家亨利·都铎（Henri Owen Tudor，1859-1928），都铎先生（这个姓氏也可以翻译成“帝舵”）改良的铅酸电池居然用了5年2个月才报废，解决了二次电池的寿命过短问题。 铅酸电池量产之后的第一件事就是为停靠火车站台的列车厢体提供临时照明电源，与此同时也有相当一部分用来制造电动汽车，图为使用都铎铅酸电池驱动的纯电动轿车。  下图为俄罗斯都铎电池厂所造电池上的标签，那时候的东欧西欧不是割裂的，欧洲各王各皇都是亲戚关系，直至1917年11月阿芙乐尔号巡洋舰一声炮响，革命来了。  在二次电池量产之前，所有电动汽车都是试验品而已，因为它们所使用的一次电池是用完就报废的。铅酸电池的到来，宣告了动力电池的诞生，因为它真的可以驱动一辆汽车行走数十公里，是牛马的替代动力。  早期的内燃机汽车产品并没有电气系统，启动用摇柄解决（就是现在的手扶拖拉机“钥匙”），喇叭用铃铛解决，大灯则由内燃机直接供电。 1918年，AMC的前身，也即是哈德逊汽车公司（Hudson Motor Car Company），将6V电压带进量产车装配序列，并逐步催生了车载电灯和车载启动机的装配，铅酸电池的产量开始提升。进入50年代之后，动辄6-8L排量的美式大V8发动机让6V电压系统腰腿酸痛，预算工程师串联两个6V铅酸电池，就成了12V铅酸电池，一直沿用至今。  当然，12V不是铅酸电池的唯一电压，一些载重车辆的柴油发动机很大很重，你可以串联两个12V变成24V电池，也可以串联三个变成36V。 铅酸电池的原理 为什么铅酸电池只能用来驱动高尔夫车，不能用作乘用车的动力总成呢？ 也不是不行，下图的日产Tama（1947年）就用了铅酸电池来驱动，但最高时速只有34km/h，续航65km，车底下的铅酸电池组下方有滑轮组，可以相对轻松地把用光电的电池搬出来，插上满电的。   原因是铅酸电池的能量密度非常低，即使过了一个半世纪，当前铅酸电池也只能做到35-40Wh/kg左右（80-90Wh/L左右），太重了，电量太少了。 就拿我们常用的12V铅酸电池来说，容量仅有0.6-1.2kWh（一般豪华品牌中大型车才用到1kWh以上），输出功率也不过5kW（当然也有超过10kW的冷启动功率），启动汽油机是够用的，在车里听歌也能听大半小时，但空调只能撑几十秒就让压缩机停摆了，因为这不是深循环电池。  铅酸电池的产业链极为成熟，结构也非常简单。在充满电的状态下，铅酸电池的负极板是铅，正极板是二氧化铅，电解质溶液具有较高浓度的硫酸水溶液，其中储存了大部分化学能。 如果过度充电，就会把部分水电解成氧气和氢气，这时候就要用纯净水重新加满才能补足电解液。  放电时，正负极板都会变成硫酸铅（II）（PbSO4)，电解液失去硫酸得到水，电能释放。  铅酸电池里面满是液体，密度高，重量大，能量密度捉急，但它的稳定性特别好，循环次数也多，全球产业链成熟，成本相对比较低，所以在很多行业都有运用，比如： 1、启动电池：用在汽车启动机部分，比想同尺寸的深循环电池更轻，使用寿命更长，一般能挺个3-5年。 2、动力电池：两轮与三轮电动车比较喜欢用，新国标规定四轮电动车要用锂电池，此外还有高尔夫球车、电动叉车等等用途。动力电池一定是深循环电池，必须挖掘储能潜力。 3、储能电池：用在房车和船舶上的储能电池，设计得比启动电池更大容量，但又不如深循环电池充放那么深，寿命/储能介于两者之间。 4、备用电源：不间断电源UPS、通讯基站、报警器也用铅酸电池作为储能，目前逐渐被锂离子电池替代。这种电池很看重循环次数，寿命越长越好。 此节最后放一个很逗比的视频。在只实现了工业化0.5的国家，大叔们居然会徒手翻新铅酸电池，果真是猛人。 老八古法翻新自卸车电瓶，材料从头到尾自己把关。手工植前灌硫酸 EFB与AGM技术流派之争 往时的汽车内部只有磁带机和收音机，即使如此你也经常要带一条“过江龙”来防止孱弱的车载电池掉链子。进入21世纪之后，新车上的电气设备（包含影音娱乐系统、主动安全系统、座椅加热按摩等等）急剧增加，发动机自启停系统逐渐成为主流乘用车标配项，车载12V电瓶也必须同步升级才能适应这个时代。 当然，12V铅酸电池从上世纪90年代开始到现在已经有了一些改变。以前的车载电池只需要在启动热机之后就没有出大力的活儿干了，现在的12V电池要经常发力应对城市拥堵环境下的自启停工况。适时关闭发动机，比如在红灯前排队时关闭，或者有滑行功能的车辆在到达红灯位之前提前关闭，可以一定程度上提升热机的热效率，节省燃油，减少排放。 仅仅在德国，温室气体排放在2020年已经减少了40%。碳排放目标对汽车工业产生了巨大的冲击，汽车排放被认为是重大污染排放源，即使汽车业界并不认同这种指责。对于普罗大众而言，无排放的电动汽车依然有点点距离（暂时不是销量主体），如今可行性最佳的节能减排方案是发动机自启停技术，对应的是新型12V铅酸电池——EFB电池（Enhanced Flooded Battery）和AGM电池（Absorbent Glass Mat Battery）。  我们先从便宜的EFB开始聊。EFB是增强型富液铅酸电池，结构与旧款铅酸电池并无本质区别。这里说的旧款电池，指的是SLI电池（Start Lighting Igniton）和AMG电池（Alternator Management System），这两种都不兼容自启停系统。  EFB的“Enhanced”指的是电池针对充电极限和循环寿命进行了优化，以此应对频繁自启停随之而来的高频率高电流充放电，因为发动机的每个自启停动作都会对应有高电流浪涌。  当发动机熄火，刚刚提到的所有车载电气系统就要单靠12V铅酸电池供电了。如果你安装了一组90年代的旧款铅酸电池，它会抽搐至死，因为功率和容量都达不到现代车型的电力需求。这种旧款电池不是不能装，而是装了就等着被车载电气系统折腾报废吧，它的老化速度超出你想象，所以当前乘用车最低配也得上一块EFB电池。  当你购买中大型车辆、豪华品牌车型、性能车型等等产品时，会发现舱内放置了一块AGM电池。AGM意思是“吸附式玻璃纤维隔板技术”（Absorbent Glass Mat），用了一种玻璃纤维隔板（Glass Mat Separator），可以吸收酸性溶剂进而防漏。 AGM与EFB的第二个不同在于铅极板的压紧程度。正因为AGM铅极板被更加紧密地压实压紧，因此电池更加抗震，也有助于促进电化学反应，因此AGM电池的循环寿命比EFB更高，可以更长时间地正常充放电。  EFB和AGM是启动用湿电池的两种不同工艺下的产物，原理倒是一样的。充满电时一般开路电压在12.8V左右，如果降低至12.4V以下就会自动充电。 刚刚我们提到SLI系列电池是不支持自启停的，所以下图左侧SLI的充电曲线是“启动消耗能量 - 充电 - 平缓”，而下图右侧的自启停电池（EFB和AGM）的充电曲线在不断循环“启动消耗能量 – 充电 – 平缓 – 动能回收充电”这几个步骤。  相比EFB电池，AGM的化学特性更加活跃，经受得住更高频率的自启停和动能回收系统的高浪涌电流。 可以给标配EFB的车换AGM吗？ 答案是：可以临时用下，但老化得比较快。  我们先来了解一下EFB和AGM铅酸电池的不同之处： 1、AGM是当前最强的民用12V电瓶技术，价格是EFB电瓶的1.5倍左右。 2、AGM理论寿命4-6年，EFB理论寿命3-5年，如果铅酸电池设计在后舱（前置发动机方案），因为没有发动机日以继夜高温烘烤，寿命会更长。 3、AGM无酸液渗漏，冷启动功能更强， 高电流浪涌耐受能力更强。 可见，EFB和AGM在功能上是基本一致的，性能上有差别，性价比毫无疑问是EFB更高，但标配AGM的车型不可以长时间向下兼容EFB，而标配EFB的车型可以向上兼容AMG。 此外，如果你们也像我这样，上次第一件事绑安全带，第二件事点火，第三件事一定是关掉自启停系统，那么可以把用废的EFB/AGM自启停铅酸电池更换成更低成本的SLI电池吗？ 答案：不可以，因为现代汽车产品的车载电气系统电力需求（负载）很高，即使不使用自启停系统会减少瞬间大电流的需求，其他用车载电气系统也是很消耗电能的，旧款铅酸电池撑不起这大任。 一些常见问题 A 12V电瓶一般停放多久会没电？ 这个指标考验铅酸电池的自放电率，也就是荷电保持能力。 理论上铅酸电池的自放电率在20-30%之间，也就是一个月掉20-30%之间，但实际用起来远不止这个比例。 一般情况下，状态健康的12V铅酸电池，静置30天之后勉强还能启动，超过30天就有点悬了。如果一台车静置不开只有15天甚至10天就打不着火了，那还是赶紧换12V铅酸电池吧。  B 铅酸电池快扑街的征兆有哪些？ 1、发动机点火无力，甚至要点几次才点着。 2、在未启动发动机的前提下按喇叭，声音无力。 3、有些仪表有蓄电池报警灯，有些显示的是蓄电池电压。  4、去保养的时候，有些经销商后厂工人会帮你用电表量一下电压，然后写在报告里面。 5、循环寿命用完之后，电池就完犊子了，这时候我们会说电池寿命EOL（End Of Life）。有的案例是在行车过程中蓄电池没电的，也就是开着开着的时候，机舱内部高温成为了电池充不进去电的最后一根压死骆驼的稻草，这时候仪表盘和大灯会时亮时暗。 C 48V轻混动车还需要12V铅酸电池吗？ 1、需要，当前所有48V轻混车都需要12V铅酸电池。 2、48V电池一般采用锂离子电池组，为发动机自启停、空调、电子防倾杆、空气悬架等高负载部件服务。  3、12V铅酸电池用来给门锁、防盗器、音响等等低负载部件供电。 4、48V轻混车的12V铅酸电池依然是损耗品，使用数年之后需要更换。 D 新能源汽车还需要12V铅酸电池吗？ 1、需要，连纯电动车也同样需要12V铅酸电池。 2、当12V铅酸电池电量不足时，新能源车的高压动力电池会为它充电，但根据不同厂家设定的逻辑不同，有些新能源车居然会因为12V电池没电而开不了门锁的，这事情我们遇到过。 3、像汽车防盗系统、门锁这些低负载电气总成，根本不需要用到200V-400V的动力电池高压电，因此新能源车停驶期间都会让高压电“下电”来节省电量损耗，只使用12V进行车辆监控。 4、与48V轻混车一样，新能源车的12V铅酸电池依然是损耗品。 E 古老的铅酸电池还有未来吗？ 1、此前有赛化车辆使用12V锂电池替代沉重的铅酸电池，如今也有民用车辆开始使用锂电池替代了，比如比亚迪DM-i混动就使用自产的12V磷酸铁锂电池，重量仅有2.2±0.2kg。  2、传统12V铅酸电池的产业链非常完备，性价比较高，即使在车辆上逐渐退役，也可以在非移动平台上继续使用下去，其产业规模处在衰退期。 3、铅酸电池的减重任务是极难实现的了，这颗科技树能点的技能已经全点满，接下来要做的就是用锂离子电池去替代铅酸。 4、铅酸配方的优势在于热失控改了非常低，极少车辆是因为铅酸电池热失控而自燃的。此外，铅酸电池的工作温度宽达-20℃-60℃，这是当前绝大多数锂电池无法比拟的。 （文：黄恒乐）                          文章来源【太平洋汽车网】版权归原作者所有 |
