鎳氫電池的應用發展

TIME: 2019-12-20 新聞資訊

隨著經濟水平的發展，汽車的保有數量急劇增加，能源和環境問題變得日益嚴重。開發和推廣電動汽車等清潔能源汽車已成爲世界各國爭相研究的課題。以內燃機蓄電池共同驱动的混合动力车（HEV）首选的蓄電池采用的就是鎳氫電池。

鎳氫電池具有比功率高、耐过充过放、可快速充电及寿命长和无污染等特点。

下面介绍车用鎳氫電池的技术特点与难点：

1.a型i（oH）2的鎳氫電池体系

因其在向y型NiooH转化电子数多于β型间的电子数，一直是新材料研究的热点，同时a型在向y型转化时膨胀系数小被认为是最理想的鎳氫電池正极材料。其弱点是在强碱溶液中的不稳定性，易陈化转化成β氢氧化亚镍；同时其松装密度太小，无法实现填充的需要，解决这两个问题将是技术发展研究的重点。

2.AB2型贮氢合金粉在鎳氫電池体系

AB2型贮氢合金粉被认为是理想的负极材料，420mAh/g的克容量一直是研究热点，但其使用寿命较短和低温下性能较差，同样影响它在鎳氫電池体系的使用，有针对性地开展提高这两项技术的研究是重点。

3.電池寬溫度範圍

通過在正極中添加Ca、Y、Er、Ti、Tm的氧化物以及對電解液的組成和配比進行研究，提高鎳電極的析氧過電位來提高電池在高溫下的充電接受能力，特別是大電流時的充電效率，從而減少體系中因氧氣産生、複合而引起的熱效應；電池制作中降低體系的內阻，減小電化學極化，濃差極化和歐姆極化以減少相應熱量的産生。降低單體電池的厚度，設計適當的電池間隙並配以冷卻系統以利于電池熱量的散發，同時配備熱管理系統。選擇鑽含量高的貯氫合金，降低負極析氫平台壓力，也是電池高溫性能應用的主要解決方法。電池在低溫時使用的主要問題是負極。采用富鋪型的貯氫合金，同時采用低鑽合金與高鑽合金混合使用，可以有效改善負極在低溫下的性能。

4.電池快速充電技術

電池要進行快速充電就必須解決電池內壓和發熱問題。降低電池內壓，就要提高正極析氧過電位，提高正極充電效率，抑制正極充電産生的氧氣。可以通過在正極中添加鑽類添加劑、在電解液中加入提高正極充電效率的物質，提高負極預留容量和對負極進行表面處理都是降低電池內壓的有效途徑。調整電池預充容量，提高負極活化後的容量和電池負極預充量和預留量，使負極預留量保持較高比例，使負極在正極過充時保持良好的吸附氫能力，提高正極充電效率和在組合結構上設置冷卻裝置也是解決發熱問題提高電池充電速度的方法。

5.電池組結構優化、組合設計研究

在汽車上使用單體電池以串聯形式組合，結構十分緊湊，但需充分考慮電池的散熱。在電池組合方面，對容量、內阻、溫度、充放電特性曲線等因素的綜合考慮時，還需對電池進行篩選組合，對組合電池位置分布進行研究。

6.蓄電池组综合管理系统

包括熱管理系統、電池運行狀態監控系統和維護系統等。熱管理系統可以在高溫下開啓冷卻系統或通過正溫度系數，調整電池的充電電壓。根據電池組模塊在運行過程中短時間充放電的電壓、溫度等參數變化，在大量實驗數據的基礎上，通過軟件分析平台，建立較爲准確的S0c判別數學模型。將整個電池組分爲數十個模塊，實時監控每一模塊的參數變化，對出現的故障進行判別，並對某些可修複的故障進行自行彌補或修複。如果某電池遭受到永久傷害，系統應能自動換入備用電池，從而避免因某個電池的損壞而影響到整個電池組的性能。根據電動機工作特點，通過脈沖方式對電池充電，同時系統中必須具有欠壓保護、過流保護、防短路等安全保護功能。硬件結構上采用高檔單片機，確保電池管理系統操作的可靠性，在通訊方面采用CAN總線，確保汽車的中央控制單元對電池系統的有效控制，采用神經網絡控制技術對電池的荷電量狀態進行有效的監控。

7.電池故障判斷專家系統技術研究

建立電池故障診斷專家系統，隨時記錄電池系統的異常現象，對外留有通訊接口，爲車輛的故障診斷提供條件。

8.提高電池的循環壽命

設計先進的電池、極板和安全閥結構，降低體系內壓以減少高溫大電流充電時氣體的析出，設計合理的外殼及密封方式以避免使用中水分的揮發；研究電池組模擬和實際循環中的失效模式，改進設計，控制電極與零部件的途徑或加大設計余量以達到系統最佳的效果。

以上一共8个研究方向就是现有鎳氫電池在最新应用领域的主要改进方向。

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