电动车辆动力电池系统及应用技术教学课件作者王震坡第六章节课件幻灯片.pptVIP

第6章 碱性动力电池 6.1 概述 6.2 镍镉电池 6.3 镍氢电池 6.4 碱性动力电池的应用  6.1 概述 碱性蓄电池是以氢氧化钾（KOH）等碱性水溶液为电解液的二次电池的总称。 6.2 镍镉电池 镍镉电池（NiCd，NickelCadmiun Battery）因其碱性氢氧化物中含有金属镍和镉而得名。其标称电压为12V，具有使用寿命长（可充放电循环1000次以上）、机械强度高、密封性能好、使用温度范围大(-40~+50℃)、维护保养方便、能耐受大电流(高于正常使用电流的几倍乃至10倍)的瞬时冲击等优点。 镍镉电池结构示意图如图6-1所示。 6.2 镍镉电池-工作原理 镍镉蓄电池的正极材料为球形氢氧化镍，充电时为NiOOH，放电时为Ni (OH) 2。负极材料为海绵状金属镉或氧化镉粉以及氧化铁粉，氧化铁粉的作用是使氧化镉粉有较高的扩散性，增加极板的容量。电解液通常为氢氧化钠或氢氧化钾溶液，为了增加蓄电池的容量和循环寿命，通常在电解液中加入少量的氢氧化锂（大约每升电解液加15~20g）。 6.2 镍镉电池-基本性能 （1）充放电性能 （2）倍率持续放电特性 （3）高低温放电性能  （4）耐过充电和过放电性能 6.2 镍镉电池-应用存在的问题 （1）记忆效应 镍镉电池长期不彻底充电、放电，易在电池内留下痕迹，降低电池容量，这种现象称为电池记忆效应。比如，镍镉电池长期只放出80%的电量后就开始充电，一段时间后，电池充满电后也只能放出80%的电量。 （2）环境污染 镉是镍镉电池的必备原材料，但有大量研究表明，在人体内，镉的半衰期长达730年，可蓄积50年之久，摄入或吸入过量的镉可引起肾、肺、肝、骨、生殖效应及癌症。在1993年，国际抗癌联盟就将镉定为IA级致癌物。一般人在低剂量镉环境中暴露即可导致肾功能损伤、骨密度降低、钙排泄增加及生殖毒性。镉及其化合物是不可降解的环境污染物，可通过废水、废气、废渣大量流入环境，产生环境污染及健康危害。基于环境保护的原因，许多发达国家已建议禁止使用镍镉电池。 6.3 镍氢电池 镍氢（MHNi）电池是在NiCd电池的基础上发展起来的，相对于镍镉电池，其最大的优点是环境友好，不存在重金属污染。民用镍氢电池又是以航天用高压镍氢电池为基础，由于高压镍氢电池采用高压氢，而且还需要用贵金属作催化剂，这就很难为民用所接受。 6.3 镍氢电池-工作原理 同镍镉电池相比，镍氢电池具有以下显著优点： 1）能量密度高，同尺寸电池，容量是镍镉电池的15～2倍。 2）环境相容性好，无镉污染。 3）可大电流快速充放电，充放电倍率高。 4）无明显的记忆效应。 5）低温性能好，耐过充放能力强。 6）工作电压与镍镉电池相同，为12V。 6.3 镍氢电池-充放电特性 （1）充电特性 镍氢电池充电特性曲线如图6-3所示，该曲线大致可分为三段，开始时电压上升较快，然后比较平坦。 6.3 镍氢电池-充放电特性 （2）放电特性 镍氢电池工作电压为12V，指的是放电电压的平台电压。它是镍氢电池的重要性能指标。镍氢电池的放电性能随放电电流、温度和其他因素的改变而变化。如图6-4所示。 6.3 镍氢电池-容量特性 （1）充电电流对放电容量的影响 （2）搁置时间对放电容量的影响 （3）放电电流对放电容量的影响 （4）放电终止电压对放电容量的影响 6.3 镍氢电池-内压 从图6-5中可以看出，当电池荷电状态达到100％以前，内压增加平缓，当荷电超过100％后，内压极具增加。因此，过充电的镍氢电池存在一定的安全隐患。 试验数据表明，随着电池充电、放电循环次数增加，内压也会逐渐升高，同时电池中氢、氧气体比例也会发生变化。镍氢电池中电解液的量也会影响电池内压，电解液过多会使内压升得很高。 6.3 镍氢电池-自放电和储存性能 电池的自放电主要是由电极材料、制造工艺、储存条件等多方面因素决定的。镍氢电池自放电受控于储氢合金电极。储氢合金电极的自放电可以分成可逆与不可逆两部分。可逆放电是由于电极合金的平台压力大于电池内压造成的，而不可逆部分是由于电极合金的不断氧化而使合金失效所致。镍氢电池在自然搁置状态时容量的衰减速率很快。 6.3 镍氢电池-温度特性 由于电池中电极材料的活性和电解液的电迁移率等都与温度密切相关，环境温度对镍氢电池性能的影响非常关键。 6.3 镍氢电池-循环寿命 镍氢电池的循环寿命受充放电湿度、温度和使用方法的影响。在现在的技术状态下，当按照IEC标准充放电时，充放电循环可以超过500次。在电动车辆上应用，镍氢电池一般采用浅充浅放的应用机制，即SOC在40%〖KG-*3〗~80%之间应用，因此电