前沿拓展：

鉛酸電池的發明

在月球背面南半部，有一座大約形成在39億年前的大型隕石撞擊坑，1970年被命名為“普朗特隕石坑”，也叫“普朗特環形山”。

這座隕石坑的命名來自法國物理學家雷蒙德-路易斯·加斯頓·普朗特（Raymond-Louis Gaston Planté，1834-1889），對現代汽車工業作出杰出貢獻的鉛酸電池發明者。

加斯頓·普朗特出生在比利牛斯-大西洋省，就是現代法蘭西版圖最左下角的那塊地，隸屬于阿基坦大區，歷史中曾經跟著阿基坦的埃莉諾歸入英國版圖，后回歸法蘭西。

加斯頓·普朗特是個天才，本科就讀于索邦大學，16歲就獲文學學士學位，19歲再獲得理學學士學位，21歲就拿到理學碩士學位，26歲成為巴黎國立工藝美術學院的物理學教授。

26歲成為物理學教授很神嗎？不算，因為加斯頓·普朗特在25歲就發明了鉛酸蓄電池（Lead-acid battery），他發明的商用化可充電蓄電池在日后由卡爾·本茨先生發明的汽車之上，得到了全球范圍內的推廣。

比天高的功績，刻在月球上也是正常的。

鉛酸電池的推廣

鉛酸電池是“一種”二次電池，也是“第一種”二次電池，因為在鉛酸配方之前的二次電池都沒正式量產，而鉛酸配方經過法國化學家卡米爾·阿爾方斯·福爾Camille Alphonse Faure（1840–1898）的改良之后實現了量產，大規模量產的企業來自盧森堡工程師、發明家、企業家亨利·都鐸（Henri Owen Tudor，1859-1928），都鐸先生（這個姓氏也可以翻譯成“帝舵”）改良的鉛酸電池居然用了5年2個月才報廢，解決了二次電池的壽命過短問題。

鉛酸電池量產之后的第一件事就是為停靠火車站臺的列車廂體提供臨時照明電源，與此同時也有相當一部分用來制造電動汽車，圖為使用都鐸鉛酸電池驅動的純電動轎車。

下圖為俄羅斯都鐸電池廠所造電池上的標簽，那時候的東歐西歐不是割裂的，歐洲各王各皇都是親戚關系，直至1917年11月阿芙樂爾號巡洋艦一聲炮響，革命來了。

在二次電池量產之前，所有電動汽車都是試驗品而已，因為它們所使用的一次電池是用完就報廢的。鉛酸電池的到來，宣告了動力電池的誕生，因為它真的可以驅動一輛汽車行走數十公里，是牛馬的替代動力。

早期的內燃機汽車產品并沒有電氣系統，啟動用搖柄解決（就是現在的手扶拖拉機“鑰匙”），喇叭用鈴鐺解決，大燈則由內燃機直接供電。

1918年，AMC的前身，也即是哈德遜汽車公司（Hudson Motor Car Company），將6V電壓帶進量產車裝配序列，并逐步催生了車載電燈和車載啟動機的裝配，鉛酸電池的產量開始提升。進入50年代之后，動輒6-8L排量的美式大V8發動機讓6V電壓系統腰腿酸痛，預算工程師串聯兩個6V鉛酸電池，就成了12V鉛酸電池，一直沿用至今。

當然，12V不是鉛酸電池的唯一電壓，一些載重車輛的柴油發動機很大很重，你可以串聯兩個12V變成24V電池，也可以串聯三個變成36V。

鉛酸電池的原理

為什么鉛酸電池只能用來驅動高爾夫車，不能用作乘用車的動力總成呢？

也不是不行，下圖的日產Tama（1947年）就用了鉛酸電池來驅動，但最高時速只有34km/h，續航65km，車底下的鉛酸電池組下方有滑輪組，可以相對輕松地把用光電的電池搬出來，插上滿電的。

原因是鉛酸電池的能量密度非常低，即使過了一個半世紀，當前鉛酸電池也只能做到35-40Wh/kg左右（80-90Wh/L左右），太重了，電量太少了。

就拿我們常用的12V鉛酸電池來說，容量僅有0.6-1.2kWh（一般豪華品牌中大型車才用到1kWh以上），輸出功率也不過5kW（當然也有超過10kW的冷啟動功率），啟動汽油機是夠用的，在車里聽歌也能聽大半小時，但空調只能撐幾十秒就讓壓縮機停擺了，因為這不是深循環電池。

鉛酸電池的產業鏈極為成熟，結構也非常簡單。在充滿電的狀態下，鉛酸電池的負極板是鉛，正極板是二氧化鉛，電解質溶液具有較高濃度的硫酸水溶液，其中儲存了大部分化學能。

如果過度充電，就會把部分水電解成氧氣和氫氣，這時候就要用純凈水重新加滿才能補足電解液。

放電時，正負極板都會變成硫酸鉛（II）（PbSO4)，電解液失去硫酸得到水，電能釋放。

鉛酸電池里面滿是液體，密度高，重量大，能量密度捉急，但它的穩定性特別好，循環次數也多，全球產業鏈成熟，成本相對比較低，所以在很多行業都有運用，比如：

1、啟動電池：用在汽車啟動機部分，比想同尺寸的深循環電池更輕，使用壽命更長，一般能挺個3-5年。

2、動力電池：兩輪與三輪電動車比較喜歡用，新國標規定四輪電動車要用鋰電池，此外還有高爾夫球車、電動叉車等等用途。動力電池一定是深循環電池，必須挖掘儲能潛力。

3、儲能電池：用在房車和船舶上的儲能電池，設計得比啟動電池更大容量，但又不如深循環電池充放那么深，壽命/儲能介于兩者之間。

4、備用電源：不間斷電源UPS、通訊基站、報警器也用鉛酸電池作為儲能，目前逐漸被鋰離子電池替代。這種電池很看重循環次數，壽命越長越好。

此節最后放一個很逗比的視頻。在只實現了工業化0.5的國家，大叔們居然會徒手翻新鉛酸電池，果真是猛人。

老八古法翻新自卸車電瓶，材料從頭到尾自己把關。手工植前灌硫酸

EFB與AGM技術流派之爭

往時的汽車內部只有磁帶機和收音機，即使如此你也經常要帶一條“過江龍”來防止孱弱的車載電池掉鏈子。進入21世紀之后，新車上的電氣設備（包含影音娛樂系統、主動安全系統、座椅加熱按摩等等）急劇增加，發動機自啟停系統逐漸成為主流乘用車標配項，車載12V電瓶也必須同步升級才能適應這個時代。

當然，12V鉛酸電池從上世紀90年代開始到現在已經有了一些改變。以前的車載電池只需要在啟動熱機之后就沒有出大力的活兒干了，現在的12V電池要經常發力應對城市擁堵環境下的自啟停工況。適時關閉發動機，比如在紅燈前排隊時關閉，或者有滑行功能的車輛在到達紅燈位之前提前關閉，可以一定程度上提升熱機的熱效率，節省燃油，減少排放。

僅僅在德國，溫室氣體排放在2020年已經減少了40%。碳排放目標對汽車工業產生了巨大的沖擊，汽車排放被認為是重大污染排放源，即使汽車業界并不認同這種指責。對于普羅大眾而言，無排放的電動汽車依然有點點距離（暫時不是銷量主體），如今可行性最佳的節能減排方案是發動機自啟停技術，對應的是新型12V鉛酸電池——EFB電池（Enhanced Flooded Battery）和AGM電池（Absorbent Glass Mat Battery）。

我們先從便宜的EFB開始聊。EFB是增強型富液鉛酸電池，結構與舊款鉛酸電池并無本質區別。這里說的舊款電池，指的是SLI電池（Start Lighting Igniton）和AMG電池（Alternator Management System），這兩種都不兼容自啟停系統。

EFB的“Enhanced”指的是電池針對充電極限和循環壽命進行了優化，以此應對頻繁自啟停隨之而來的高頻率高電流充放電，因為發動機的每個自啟停動作都會對應有高電流浪涌。

當發動機熄火，剛剛提到的所有車載電氣系統就要單靠12V鉛酸電池供電了。如果你安裝了一組90年代的舊款鉛酸電池，它會抽搐至死，因為功率和容量都達不到現代車型的電力需求。這種舊款電池不是不能裝，而是裝了就等著被車載電氣系統折騰報廢吧，它的老化速度超出你想象，所以當前乘用車最低配也得上一塊EFB電池。

當你購買中大型車輛、豪華品牌車型、性能車型等等產品時，會發現艙內放置了一塊AGM電池。AGM意思是“吸附式玻璃纖維隔板技術”（Absorbent Glass Mat），用了一種玻璃纖維隔板（Glass Mat Separator），可以吸收酸性溶劑進而防漏。

AGM與EFB的第二個不同在于鉛極板的壓緊程度。正因為AGM鉛極板被更加緊密地壓實壓緊，因此電池更加抗震，也有助于促進電化學反應，因此AGM電池的循環壽命比EFB更高，可以更長時間地正常充放電。

EFB和AGM是啟動用濕電池的兩種不同工藝下的產物，原理倒是一樣的。充滿電時一般開路電壓在12.8V左右，如果降低至12.4V以下就會自動充電。

剛剛我們提到SLI系列電池是不支持自啟停的，所以下圖左側SLI的充電曲線是“啟動消耗能量 - 充電 - 平緩”，而下圖右側的自啟停電池（EFB和AGM）的充電曲線在不斷循環“啟動消耗能量 – 充電 – 平緩 – 動能回收充電”這幾個步驟。

相比EFB電池，AGM的化學特性更加活躍，經受得住更高頻率的自啟停和動能回收系統的高浪涌電流。

可以給標配EFB的車換AGM嗎？

答案是：可以臨時用下，但老化得比較快。

我們先來了解一下EFB和AGM鉛酸電池的不同之處：

1、AGM是當前最強的民用12V電瓶技術，價格是EFB電瓶的1.5倍左右。

2、AGM理論壽命4-6年，EFB理論壽命3-5年，如果鉛酸電池設計在后艙（前置發動機方案），因為沒有發動機日以繼夜高溫烘烤，壽命會更長。

3、AGM無酸液滲漏，冷啟動功能更強， 高電流浪涌耐受能力更強。

可見，EFB和AGM在功能上是基本一致的，性能上有差別，性價比毫無疑問是EFB更高，但標配AGM的車型不可以長時間向下兼容EFB，而標配EFB的車型可以向上兼容AMG。

此外，如果你們也像我這樣，上次第一件事綁安全帶，第二件事點火，第三件事一定是關掉自啟停系統，那么可以把用廢的EFB/AGM自啟停鉛酸電池更換成更低成本的SLI電池嗎？

答案：不可以，因為現代汽車產品的車載電氣系統電力需求（負載）很高，即使不使用自啟停系統會減少瞬間大電流的需求，其他用車載電氣系統也是很消耗電能的，舊款鉛酸電池撐不起這大任。

一些常見問題

A

12V電瓶一般停放多久會沒電？

這個指標考驗鉛酸電池的自放電率，也就是荷電保持能力。

理論上鉛酸電池的自放電率在20-30%之間，也就是一個月掉20-30%之間，但實際用起來遠不止這個比例。

一般情況下，狀態健康的12V鉛酸電池，靜置30天之后勉強還能啟動，超過30天就有點懸了。如果一臺車靜置不開只有15天甚至10天就打不著火了，那還是趕緊換12V鉛酸電池吧。

B

鉛酸電池快撲街的征兆有哪些？

1、發動機點火無力，甚至要點幾次才點著。

2、在未啟動發動機的前提下按喇叭，聲音無力。

3、有些儀表有蓄電池報警燈，有些顯示的是蓄電池電壓。

4、去保養的時候，有些經銷商后廠工人會幫你用電表量一下電壓，然后寫在報告里面。

5、循環壽命用完之后，電池就完犢子了，這時候我們會說電池壽命EOL（End Of Life）。有的案例是在行車過程中蓄電池沒電的，也就是開著開著的時候，機艙內部高溫成為了電池充不進去電的最后一根壓死駱駝的稻草，這時候儀表盤和大燈會時亮時暗。

C

48V輕混動車還需要12V鉛酸電池嗎？

1、需要，當前所有48V輕混車都需要12V鉛酸電池。

2、48V電池一般采用鋰離子電池組，為發動機自啟停、空調、電子防傾桿、空氣懸架等高負載部件服務。

3、12V鉛酸電池用來給門鎖、防盜器、音響等等低負載部件供電。

4、48V輕混車的12V鉛酸電池依然是損耗品，使用數年之后需要更換。

D

新能源汽車還需要12V鉛酸電池嗎？

1、需要，連純電動車也同樣需要12V鉛酸電池。

2、當12V鉛酸電池電量不足時，新能源車的高壓動力電池會為它充電，但根據不同廠家設定的邏輯不同，有些新能源車居然會因為12V電池沒電而開不了門鎖的，這事情我們遇到過。

3、像汽車防盜系統、門鎖這些低負載電氣總成，根本不需要用到200V-400V的動力電池高壓電，因此新能源車停駛期間都會讓高壓電“下電”來節省電量損耗，只使用12V進行車輛監控。

4、與48V輕混車一樣，新能源車的12V鉛酸電池依然是損耗品。

E

古老的鉛酸電池還有未來嗎？

1、此前有賽化車輛使用12V鋰電池替代沉重的鉛酸電池，如今也有民用車輛開始使用鋰電池替代了，比如比亞迪DM-i混動就使用自產的12V磷酸鐵鋰電池，重量僅有2.2±0.2kg。

2、傳統12V鉛酸電池的產業鏈非常完備，性價比較高，即使在車輛上逐漸退役，也可以在非移動平臺上繼續使用下去，其產業規模處在衰退期。

3、鉛酸電池的減重任務是極難實現的了，這顆科技樹能點的技能已經全點滿，接下來要做的就是用鋰離子電池去替代鉛酸。

4、鉛酸配方的優勢在于熱失控改了非常低，極少車輛是因為鉛酸電池熱失控而自燃的。此外，鉛酸電池的工作溫度寬達-20℃-60℃，這是當前絕大多數鋰電池無法比擬的。

（文：黃恒樂）

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