镍氢电池的工作原理
- 格式:doc
- 大小:68.00 KB
- 文档页数:8
镍氢电池的化学原理及工艺流程镍氢电池的化学原理镍氢电池采用Ni的氧化物作为正极,储氢金属作为负极,碱液(主要为KOH)作为电解液.圆柱形和方形镍氢电池电化学原理和化学反应相同:充电时,正极:Ni(OH)2– e-+OH-→NiOOH+H2O负极:MHn+ne-→M+n/2 H2放电时,正极:NiOOH+H2O+e-→Ni(OH)2+OH-负极:M+n/2 H2→MHn+ne-。
镍氢电池的放电效率在低温会有显著的降低(如低于-15℃),而在-20℃时,碱液达到起凝固点,电池充电速度也将大大降低。
在低温充电低于0℃会增大电池内压并可能使安全阀开启。
为了有效充电,环境温度范围应在5-30℃之间,一般充电效率会随温度的升高而升高,但当温度升到45℃以上,高温下充电电池材料的性能会退化,电池的循环寿命也将大大缩短。
圆柱形Ni-MH电池只采用金属电池槽,一是因为电池槽本身与金属氢化物负极连接在一起,可以作为负极极端;二是因为许多应用要求能够快速充电,气体发生复合反应时,电池的内压很高,只有金属容器可以承受这种压力,而且不会发生太大的变形。
最后金属电池槽聚砜密封环翻边与电池盖密封,这种方法成本低,易于生产,而且可靠。
工艺流程:(以SC型为例1.配方1.1正极:氢氧化镍(2.1.1和2.2.3)氧化钴(可以形成导电网络,弥补氢氧化镍与金属集流体间较大的间距以及氢氧化镍本身电导率较低的不足)添加剂1.2负极:贮氢合金粉(3.1有具体讨论)添加剂1.3电解质:30%的KOH水溶液17g/L的LiOH NaOH(为提高高温充电效率,将部分KOH替换为NaOH,但是会加重对金属氢化物活性物质的腐蚀,降低循环寿命)2.正极制备2.1烧结式2.1.1调浆:纤维镍+导电剂CoO+CMC(2.5%)或MC+PVB造孔剂2.1.2拉浆:将膏状物涂覆到基板(如冲孔镍带)2.1.3烘干(挥发黏结剂)(75℃)2.1.4在氮气/氢气环境下高温煅烧(880℃,烧结速度90m/h)2.1.5化学浸渍或电化学浸渍(将NiOH沉积到烧结骨架中)Ni(NO3)2浸渍密度1.62-1.65g/c㎡,含3%-5%Co(NO3)2增重[(1.72-1.80)±0.007]g/cm2 2.1.6浸渍后的电极用电化学充/放电工艺进行预活化2.1.7逆向水洗2.1.8烘干(75℃)2.1.9电极软化(成型厚0.58±0.05mm)2.1.10极耳点焊主要设计参数:纤维镍骨架的强度和孔径氢氧化镍活性物质的化学组成活性物质的载入有害物质(硝酸盐、碳酸盐等)的含量2.2涂膏式2.2.1泡沫镍基板制备用电沉积或化学蒸汽沉积工艺。
饱和标准电池
饱和标准电池是一种常见的可充电电池,也被称为镍氢电池。
它具有高能量密度、长寿命和环保等优点,在各种电子设备中得到广泛应用。
本文将对饱和标准电池的工作原理、优缺点以及使用注意事项进行介绍。
首先,让我们来了解一下饱和标准电池的工作原理。
饱和标准电池内部主要由正极、负极和电解液组成。
充电时,正极会释放氢气,而负极则会吸收氢气,形成氢化镍。
放电时,氢化镍又会释放氢气,并将电能转化为电流输出。
这种电池在充放电过程中不会产生氧气,因此具有较高的安全性。
其次,让我们来看一下饱和标准电池的优缺点。
首先是优点,饱和标准电池具有高能量密度和长寿命。
它能够存储大量的电能,并且经过多次充放电循环后仍能保持较高的性能。
其次是环保性能好,不含有有害物质,对环境友好。
但是,饱和标准电池也存在一些缺点,比如充电时间较长、价格较高以及容量衰减等问题。
最后,我们来谈谈饱和标准电池的使用注意事项。
首先是充电问题,使用专用充电器进行充电,不要使用不合适的充电器,以免
损坏电池。
其次是温度控制,饱和标准电池在充放电过程中会产生一定的热量,因此在使用过程中要注意避免过热,以免影响电池寿命。
另外,还要避免过度放电,及时充电以保持电池性能。
综上所述,饱和标准电池作为一种常见的可充电电池,在各种电子设备中得到广泛应用。
它具有高能量密度、长寿命和环保等优点,但也存在一些缺点。
在使用过程中,我们需要注意充电、温度控制和避免过度放电等问题,以保证电池的性能和安全性。
希望本文能够帮助大家更好地了解和使用饱和标准电池。
镍氢电池可以在航空航天领域中使用吗?一、镍氢电池的基本原理镍氢电池是一种新型的绿色能源储存技术,它以镍和氢为主要材料,通过氢与氢离子之间的化学反应来存储和释放电能。
镍氢电池具有高能量密度、长寿命、无污染等优点,因此在航空航天领域中具有广阔的应用前景。
二、镍氢电池在航空领域的应用1. 电力储备和能量重启系统镍氢电池在航空领域可以作为飞机电力储备和能量重启系统的重要组成部分。
由于其高能量密度和快速充电的特性,镍氢电池可以在起飞和着陆过程中提供临时的高功率输出,确保飞机系统的正常运行。
同时,在紧急情况下,镍氢电池还可以为飞机提供持续供电,保证乘客的安全。
2. 航天器动力系统镍氢电池在航天器动力系统中可以替代传统化石能源,实现航天器的长时间供电。
航天器需要长期在太空中运行,而太阳能等传统能源存在供能不稳定的问题。
镍氢电池可以通过太阳能充电,并在夜晚或阴天时提供稳定的电能供应,保证航天器的运行。
三、镍氢电池在航天领域中的优势1. 高能量密度镍氢电池相较于传统的铅酸电池和锂离子电池,具有更高的能量密度。
这意味着在相同体积和重量的情况下,镍氢电池可以存储更多的电能,满足航空航天领域对高能量供应的需求。
2. 高温适应性镍氢电池具有较好的高温适应性,能够在极端的高温环境下正常工作。
在航天器的发射和再入大气层的过程中,温度的变化是不可避免的,而镍氢电池的高温适应性能够保证其在极端温度环境下的可靠性和稳定性。
3. 环保节能镍氢电池是一种绿色能源储存技术,不含有有毒有害物质,对环境无污染。
相比于传统的燃料电池,镍氢电池不需要燃料供应,从而减少了能源消耗和排放,具有更好的环保节能效果。
四、未来展望随着航空航天技术的不断发展,对能源供应的要求也越来越高。
镍氢电池作为一种绿色、高效的能源储存技术,有望在航空航天领域中发挥更大的作用。
未来,我们可以预见镍氢电池的性能会不断提升,能够更好地满足航空航天领域对高能量、高温适应性和环保节能的需求。
镍氢电池的化学原理及工艺流程镍氢电池的化学原理及工艺流程镍氢电池的化学原理镍氢电池采用Ni的氧化物作为正极,储氢金属作为负极,碱液(主要为KOH)作为电解液.圆柱形和方形镍氢电池电化学原理和化学反应相同:充电时,正极:Ni(OH)2–e-+OH-→NiOOH+H2O负极:MHn+ne-→M+n/2 H2放电时,正极:NiOOH+H2O+e-→Ni(OH)2+OH-负极:M+n/2 H2→MHn+ne-。
镍氢电池的放电效率在低温会有显著的降低(如低于-15℃),而在-20℃时,碱液达到起凝固点,电池充电速度也将大大降低。
在低温充电低于0℃会增大电池内压并可能使安全阀开启。
为了有效充电,环境温度范围应在5-30℃之间,一般充电效率会随温度的升高而升高,但当温度升到45℃以上,高温下充电电池材料的性能会退化,电池的循环寿命也将大大缩短。
圆柱形Ni-MH电池只采用金属电池槽,一是因为电池槽本身与金属氢化物负极连接在一起,可以作为负极极端;二是因为许多应用要求能够快速充电,气体发生复合反应时,电池的内压很高,只有金属容器可以承受这种压力,而且不会发生太大的变形。
最后金属电池槽聚砜密封环翻边与电池盖密封,这种方法成本低,易于生产,而且可靠。
工艺流程:(以SC型为例1.配方1.1正极:氢氧化镍(2.1.1和2.2.3)氧化钴(可以形成导电网络,弥补氢氧化镍与金属集流体间较大的间距以及氢氧化镍本身电导率较低的不足)添加剂1.2负极:贮氢合金粉(3.1有具体讨论)添加剂1.3电解质:30%的KOH水溶液17g/L的LiOH NaOH(为提高高温充电效率,将部分KOH替换为NaOH,但是会加重对金属氢化物活性物质的腐蚀,降低循环寿命)2.正极制备2.1烧结式2.1.1调浆:纤维镍+导电剂CoO+CMC(2.5%)或MC+PVB造孔剂2.1.2拉浆:将膏状物涂覆到基板(如冲孔镍带)2.1.3烘干(挥发黏结剂)(75℃)2.1.4在氮气/氢气环境下高温煅烧(880℃,烧结速度90m/h)2.1.5化学浸渍或电化学浸渍(将NiOH沉积到烧结骨架中)Ni(NO3)2浸渍密度1.62-1.65g/c㎡,含3%-5%Co(NO3)2增重[(1.72-1.80)±0.007]g/cm2 2.1.6浸渍后的电极用电化学充/放电工艺进行预活化2.1.7逆向水洗2.1.8烘干(75℃)2.1.9电极软化(成型厚0.58±0.05mm)2.1.10极耳点焊主要设计参数:纤维镍骨架的强度和孔径氢氧化镍活性物质的化学组成活性物质的载入有害物质(硝酸盐、碳酸盐等)的含量2.2涂膏式2.2.1泡沫镍基板制备用电沉积或化学蒸汽沉积工艺。
镍氢电池工作原理镍氢电池是一种高性能、环保的蓄电池,它的工作原理主要是通过镍氢化合物和氢氧化镍作为正负极活性物质,在电解液中进行氢化和脱氢反应,从而实现电能的储存和释放。
首先,让我们来了解一下镍氢电池的结构。
镍氢电池由正极、负极、电解液和隔膜组成。
正极是由氢氧化镍制成的,而负极则是由镍氢化合物构成。
电解液通常是氢氧化钾或氢氧化锂的溶液。
而隔膜则起到隔离正负极的作用,防止短路。
在充电状态下,外部电源会向电池施加电压,使得正极中的氢氧化镍发生氧化反应,同时负极中的镍氢化合物发生还原反应,将氢气转化为氢离子并释放电子。
这些电子通过外部电路流向正极,从而实现电能的储存。
在放电状态下,电池内部的化学反应过程则是相反的。
氢氧化镍被还原为氢气,同时镍氢化合物氧化为氢离子和电子。
这些电子通过外部电路流回负极,完成电能的释放。
镍氢电池的工作原理可以用如下方程式来表示:充电状态,正极,Ni(OH)2 → NiOOH + H2O + e-。
负极,MH → M + H2O + e-。
放电状态,正极,NiOOH + H2O + e→ Ni(OH)2。
负极,M + H2O + e→ MH。
在实际应用中,镍氢电池具有许多优点。
首先,它的能量密度高,可以提供较长的使用时间。
其次,镍氢电池不含有汞、铅等有害物质,对环境友好。
此外,镍氢电池的循环寿命长,可以充放电数千次而不会损坏电池性能。
然而,镍氢电池也存在一些缺点。
例如,它的自放电率较高,即使在不使用时也会自行放电,导致储存能量的损失。
此外,镍氢电池的成本相对较高,制约了其在某些领域的应用。
总的来说,镍氢电池通过镍氢化合物和氢氧化镍的氧化还原反应,实现了电能的储存和释放。
它具有高能量密度、环保、循环寿命长等优点,但也存在自放电率高、成本较高等缺点。
随着科技的发展,相信镍氢电池在未来会有更广泛的应用。
镍氢电池原理镍氢电池是一种环保、高效的新型储能设备,其原理基于镍和氢的化学反应。
镍氢电池的工作原理主要包括充电和放电两个过程。
首先,我们来看镍氢电池的充电过程。
当外部电源施加在镍氢电池的正负极上时,电流会使负极上的氢气发生氧化反应,生成氢离子并释放出电子。
而在正极上,镍氢电池会吸收氢离子,同时电子也会被吸收,从而形成氢气。
这一过程中,电池内部的化学反应会将电能转化为化学能,储存在电池中。
接下来是镍氢电池的放电过程。
当外部负载连接到电池上时,储存在电池中的化学能会转化为电能,从而驱动外部负载工作。
在放电过程中,正极上的氢气会发生还原反应,将氢离子和电子释放出来。
而负极上的氢离子和电子则会发生氧化反应,生成水和释放出电子。
这一过程中,电池会持续地释放电能,直到储存的化学能全部转化为电能。
镍氢电池的原理其实就是利用镍和氢之间的化学反应来实现电能的储存和释放。
在充电过程中,电能被转化为化学能储存在电池中;而在放电过程中,储存的化学能又被转化为电能输出。
这种原理使得镍氢电池成为一种理想的储能设备,能够满足各种不同场景下的电能需求。
除了工作原理,镍氢电池的优点也是不言而喻的。
首先,镍氢电池具有高能量密度和长循环寿命,能够持续地输出稳定的电能。
其次,镍氢电池不含有重金属汞和铅等有害物质,对环境友好。
此外,镍氢电池还具有较高的安全性和稳定性,不易发生燃烧爆炸等意外情况。
因此,镍氢电池被广泛应用于电动汽车、储能设备、航天航空等领域。
总的来说,镍氢电池的原理是基于镍和氢之间的化学反应,通过充电和放电过程来实现电能的储存和释放。
其优点包括高能量密度、长循环寿命、环保安全等特点,使得它成为一种理想的储能设备。
随着科技的不断发展,相信镍氢电池将会在未来发挥越来越重要的作用。
镍氢电池 - 简介镍氢电池是有氢离子和金属镍合成,电量储备比镍镉电池多30%,比镍镉电池更轻,使用寿命也更长,并且对环境无污染。
镍氢电池的缺点是价格比镍镉电池要贵好多,性能比锂电池要差。
镍氢电池 - 化学成分镍氢电池中的“金属”部分实际上是金属互化物。
许多种类的金属互化物都已被运用在镍氢电池的制造上,它们主要分为两大类。
最常见的是AB5一类,A是稀土元素的混合物(或者)再加上钛(Ti);B则是镍(Ni)、钴(Co)、锰(Mn),(或者)还有铝(Al)。
而一些高容量电池的“含多种成分”的电极则主要由AB2构成,这里的A则是钛(Ti)或者钒(V),B则是锆(Zr)或镍(Ni),再加上一些铬(Cr)、钴(Co)、铁(Fe)和(或)锰(Mn)。
所有这些化合物扮演的都是相同的角色:可逆地形成金属氢化物。
电池充电时,氢氧化钾(KOH)电解液中的氢离子(H+)会被释放出来,由这些化合物将它吸收,避免形成氢气(H2),以保持电池内部的压力和体积。
当电池放电时,这些氢离子便会经由相反的过程而回到原来的地方。
镍氢电池 - 重量以每一个单元电池的电压来看,镍氢与镍镉都是1.2V,而锂电池确为3.6V,锂电池的电压是其他两者的3倍。
并且同型电池的重量锂电池与镍镉电池几乎相等,而镍镍氢电池却比较重。
可知,每一个电池本身重量不同,但锂电池因3.6V 高电压,在输出同等电压的情况下使的单个电池组合时数目可减少3分之1而使成型后的电池重量和体积减小。
镍氢电池 - 记忆效应镍氢电池与镍镉电池相同都有记忆效应。
因此,定期的放电管理也是必需的。
这种定期放电管理属于模糊状态下被处理,甚至也有些在不正确的知识下进行放电(每次放电或者使用几次后进行放电都因公司的不同而有所差异)这种烦琐的放电管理在使用镍氢电池时是无法避免的。
相对的锂电池而言因为完全没有记忆效应,在使用上非常方便简单。
它完全不必理会残余电压多少,直接可进行充电,充电时间自然可以缩短。
一、镍氢电池原理镍氢电池正极活性物质为氢氧化镍(称氧化镍电极),负极活性物质为金属氧化物,也称贮氢合金(电极称贮氢电极),电解液为6N氢氧化钾,在电池充放电过程中的电池反应为:氧化电极上:NIOOH+H2o+e ==== Ni(OH)2+OH。
贮氢电极上:MH十oH-e ===== M+H2O电池总反应:MH + NiOOH ==== M+Ni(OH),其中,M表示贮氢合金材料。
电池的开路电压为:1.2V~1.3V、因贮氢材料和制备工艺不同而有所不同。
过充电时,两极上的反应为:氧化镍电极上: 4OH-4e一2H2O十O2贮氢电极上; 2H2O+O2+4e一4OH电池过充电时的总反应:O电池在设计中一般采米用负极过量的办法,氧化镍电极全充电态时产生氧气,经过扩散在负极重新化合成水,这样,既保持了电池内压的恒定,同时义使电解液浓度不致发生巨人变化。
当电池过放电时,电极反应为:氧化镍电极上:2H2O+2e H2+2OH贮氢电极上;H2+2OH-2e 2H2O电池过放电时的总反应:O虽然过放电时,电池总反应的净结果为零,但要出现反极现象。
由于在正极上产生的氢气会在负极上新化合,同样也保持了体系的稳定。
另外,负极活性物质氢以氢原子态能以相当高的密度吸附干贮氢合金中,在这样的电极上,吸放氢反应能平稳地进行,放电性能较镉-镍电池而言得以提高。
二、组成与结构如上所述,镍氢电池正极活性物质为氢氧化镍(称氧化镍电极),负极活性物质为金属氢化物,也称贮氢合金(电极称贮氢电极),电解液为6N氢氧化钾。
由活性物质构成电极极片的工艺方式主要有饶结式、拉浆式、泡沫镍式、纤维镍式、嵌渗式等工艺方式,不同工艺制备的电极在容量、大电流放电性能上存在较大差异,一股依据使用条件的不同,采用不同的工艺构成电池。
通讯等民用电池人多采用拉浆式负极、泡沫镍式正极构成电池。
常见的圆柱型镍氢电池组成与结构如图1所示。
图1、圆柱密封镍氢电池结构示意图三、性能与技术要求镍金属氢化物电池是由贮氢合金负极,镍正极,氢氧化钾电解液以及隔板等组成的可充电电池,它与镍镉电池的本质区别只是在于负极材料的不问。
镍氢电池的工作原理镍氢电池和同体积的镍镉电池相比,容量增加一倍,充放电循环寿命也较长,并且无记忆效应。
镍氢电池正极的活性物质为NiOOH(放电时)和Ni(OH)2(充电时),负极板的活性物质为H2(放电时)和H2O(充电时),电解液采用30%的氢氧化钾溶液,充放电时的电化学反应如下:javascript:=picsize(this,600) border=0 dypop="按此在新窗口浏览图片">从方程式看出:充电时,负极析出氢气,贮存在容器中,正极由氢氧化亚镍变成氢氧化镍(NiOOH)和H2O;放电时氢气在负极上被消耗掉,正极由氢氧化镍变成氢氧化亚镍。
过量充电时的电化学反应:javascript:=picsize(this,600) border=0 dypop="按此在新窗口浏览图片">从方程式看出,蓄电池过量充电时,正极板析出氧气,负极板析出氢气。
由于有催化剂的氢电极面积大,而且氢气能够随时扩散到氢电极表面,因此,氢气和氧气能够很容易在蓄电池内部再化合生成水,使容器内的气体压力保持不变,这种再化合的速率很快,可以使蓄电池内部氧气的浓度,不超过千分之几。
从以上各反应式可以看出,镍氢电池的反应与镍镉电池相似,只是负极充放电过程中生成物不同,从后两个反应式可以看出,镍氢电池也可以做成密封型结构。
镍氢电池的电解液多采用KOH水溶液,并加入少量的LiOH。
隔膜采用多孔维尼纶无纺布或尼龙无纺布等。
为了防止充电过程后期电池内压过高,电池中装有防爆装置。
电池充电特性镍镉电池充电特性曲线如图1所示。
当恒定电流刚充入放完电的电池时,由于电池内阻产生压降,所以电池电压很快上升(A点)。
此后,电池开始接受电荷,电池电压以较低的速率持续上升。
在这个范围内(AB之间),电化学反应以一定的速率产生氧气,同时氧气也以同样的速率与氢气化合,因此,电池内部的温度和气体压力都很低。
javascript:=picsize(this,600) border=0 dypop="按此在新窗口浏览图片">图 1 镍镉电池的充电曲线电池充电过程中,产生的氧气高于复合的氧气时,电池内压力升高。
电池内的正常压力*大约为1磅力/英寸2。
过充电时,根据充电速率,电池内部压力将很快上升到100磅力/英寸2或者更高。
研究蓄电池的各种充电方法时,镍镉电池内产生的气体是一个重要问题。
气泡聚集在极板表面,将减小极板表面参与化学反应的面积并且增加电池的内阻。
过充电时,电池内产生的大量气体,如果不能很快复合,电池内部的压力就会显着增加,这样将损伤电池。
此外,压力过大时,密封电池将打开放气孔,从而使电解液逸散。
若电解液反复通过放气孔逸散,电解液的粘稠性增大,极板间离子的传输变得困难,因此电池的内阻增加,容量下降。
经过一定时间后(C点),电解液中开始产生气泡,这些气泡聚集在极板表面,使极板的有效面积减小,所以电池的内阻抗增加,电池电压开始较快上升。
这是接近充足电的信号。
充足电后,充入电池的电流不是转换为电池的贮能,而是在正极板上产生氧气超电位。
氧气是由于电解液电解而产生的,不是由于氢氧化镉还原为镉而产生的。
在氢氧化钾和水组成的电解液中,氢氧离子变成氧、水和自由电子,反应式为4OH―→O2↑+2H2O+4e―虽然电解液产生的氧气能很快在负极板表面的电解液中复合,但是电池的温度仍显着升高。
此外由于充电电流用来产生氧气,所以电池内的压力也升高。
由于从大量的氢氧离子中比从很少的氢氧化镉中更容易分解出氧气,所以电池内的温度急剧上升,这样就使电池电压下降。
因此电池电压曲线出现峰值(D点)。
电解液中,氧气的产生和复合是放热反应,电池过充电时(E点),不停地产生氧气,从而使电池内的温度和压力升高。
如果强制排出气体,将引起电解液减少、电池容量下降并损伤电池。
若气体不能很快排出,电池将会爆炸。
采用低速率恒流涓流充电时,电池内将产生枝晶。
这些枝晶能够通过隔板在极板之间扩散。
在扩散较严重的情况下,这些枝晶会造成电池部分或全部短路。
镍氢电池的充电特性与镍镉电池类似,充电过程中二者的电压、温度曲线如图1-2和图1-3所示。
可以看出,充电终止时,镍镉电池电压下降比镍氢电池要大得多。
当电池容量达到额定容量的80%以前,镍镉电池的温度缓慢上升,当电池容量达到90%以后,镍镉电池的温度才很快上升。
当电池基本充足电时,镍镉/镍氢电池的温度上升率基本相同。
javascript:=picsize(this,600) border=0>充电过程与充电方法电池的充电过程通常可分为预充电、快速充电、补足充电、涓流充电四个阶段。
对长期不用的或新电池充电时,一开始就采用快速充电,会影响电池的寿命。
因此,这种电池应先用小电流充电,使其满足一定的充电条件,这个阶段称为预充电。
快速充电就是用大电流充电,迅速恢复电池电能。
快速充电速率一般在1C以上,快速充时间由电池容量和充电速率决定。
为了避免过充电,一些充电器采用小电流充电。
镍镉电池正常充电时,可以接受C/10或更低的充电速率,这样充电时间要10h以上。
采用小电流充电,电池内不会产生过多的气体,电池温度也不会过高。
只要电池接到充电器上,低速率恒流充电器就能对电池提供很小的涓流充电电流。
电池采用小电流充电时,电池内产生的热量可以自然散去。
涓流充电器的主要问题是充电速度太慢,例如,容量为1Ah的电池,采用C/10充电速率时,充电时间要10h以上。
此外,电池采用低充电速率反复充电时,还会产生枝晶。
大部分涓流充电器中,都没有任何电压或温度反馈控制,因而不能保证电池充足电后,立即关断充电器。
快速充电分恒流充电和脉冲充电两种,恒流充电就是以恒定电流对电流充电,脉冲充电则是首先用脉冲电流对电池充电。
然后让电池放电,如此循环。
电池脉冲的幅值很大、宽度很窄。
通常放电脉冲的幅值为充电脉冲的3倍左右。
虽然放电脉冲的幅值与电池容量有关,但是,与充电电流幅值的比值保持不变,脉冲充电时,充电电流波形如图1-4所示。
javascript:=picsize(this,600) border=0>充电过程中,镍镉电池中的氢氧化镍还原为氢氧化亚镍,氢氧化镉还原为镉。
在这个过程中产生的气泡,聚集在极板两边,这样就会减小极板的有效面积,使极板的内阻增大。
由于极板的有效面积变小,充入全部电量所需的时间增加。
加入放电脉冲后,气泡离开极板并与负极板上的氧复合。
这个去极化过程减小了电池的内部压力、温度和内阻。
同时,充入电池的大部分电荷都转换为化学能,而不会转变为气体和热量。
充放电脉冲宽度的选择应能保证极板恢复原来的晶体结构,从而消除记忆效应。
采用放电去极化措施后,可以提高充电效率并且允许大电流快速充电。
采用某些快速充电止法时,快速充电终止后,电池并未充足电。
为了保证充入100%的电量,还应加入补足充电过程。
补足充电速率一般不超过。
在补足充电过程中,温度会继续上升,当温度超过规定的极限时,充电器转入涓流充电状态。
存放时,镍镉电池的电量将按C/30到C/50的放电速率减小,为了补偿电池因自放电而损失的电量,补足充电结束后,充电器应自动转入涓流电过程。
涓流充电也称为维护充电。
根据电池的自放电特性,涓流充电速率一般都很低。
只要电池接在充电器上并且充电器接通电源,在维护充电状态下,充电器将以某一充电速率给电池补充电荷,这样可使电池总处于充足电状态。
快速充电终止控制方法采用快速充电法时,充电电流为常规充电电流的几十倍。
充足电后,如果不及时停止快速充电,电池的温度和内部压力将迅速上升。
内部压力过大时,密封电池将打开放气孔,从而使电解液逸散,造成电解液的粘稠性增大,电池的内阻增大,容量下降。
从镍镉电池快速充电特性可以看出,充足电后,电池电压开始下降,电池的温度和内部压力迅速上升,为了保证电池充足电又不过充电,可以采用定时控制、电压控制和温度控制待多种方法。
(1)定时控制采用充电速率时,电池1h可充足;采用充电速率时,30min可充足。
因此,根据电池的容量和充电电流,很容易确定所需的充电时间。
这种控制方法最简单,但是由于电池的起始充电状态不完全相同,有的电池充不足,有的电池过充电,因此,只有充电速率小于时,才允许采用这种方法。
(2)电压控制在电压控制法中,最容易检测的是电池的最高电压。
常用的电压控制法有:最高电压(Vmax)从充电特性曲线可以看出,电池电压达到最大值时,电池即充足电。
充电过程中,当电池电压达到规定值后,应立即停止快速充电。
这种控制方法的缺点是:电池充足电的最高电压随环境温度、充电速率而变,而且电池组中各单体电池的最高充电压也有差别,因此采用这种方法不可能非常准确地判断电池已足充电。
电压负增量(-ΔV)由于电池电压的负增量与电池组的绝对电压无关,而且不受环境温度和充电速率等因素影响,因此可以比较准确地判断电池已充足电。
这种控制方法的缺点是:电池电压出现负增量后,电池已经过充电,因此电池的温度较高。
此外镍氢电池充足电后,电池电压要经过较长时间,才出现负增量,过充电较严重。
因此,这种控制方法主要适用于镍镉电池。
电压零增量(0ΔV)镍氢电池充电器中,为了避免等待出现电压负增量的时间过久而损坏电池,通常采用0ΔV控制法。
这种方法的缺点是:充足电以前,电池电压在某一段时间内可能变化很小,从而造成过早地停止快速充电。
为此,目前大多数镍氢电池快速充电器都采用高灵敏-0ΔV检测,当电池电压略有降低时,立即停止快速充电。
(3)温度控制为了避免损坏电池,电池温度过低时不能开始快速充电,电池温度上升到规定数值后,必须立即停止快速充电。
常用的温度控制方法有:最高温度(Tmax)充电过程中,通常当电池温度达到45℃时,应立即停止快速充电。
电池的温度可通过与电池装在一起的热敏电阻来检测。
这种方法的缺点是热敏电阻的响应时间较长,温度检测有一定滞后,同时,电池的最高工作温度与环境温度有关。
当环境温度过低时,充足电后,电池的温度也达不到45℃。
温升(ΔT)为了消除环境影响,可采用温升控制法。
当电池的温升达到规定值后,立即停止快速充电。
为了实现温升控制,必须用两只热敏电阻,分别检测电池温度和环境温度。
温度变化率(ΔT/Δt)镍氢和镍镉电池充足电后,电池温度迅速上升,而且上升速率ΔT/Δt 基本相同,当电池温度每分钟上升1℃时,应当立即终止快速充电,这种充电控制方法,近年来被普遍采用。
应当说明,由于热敏电阻的阻值与温度关系是非线性的,因此,为了提高检测精度应设法减小热敏电阻非线性的影响。
最低温度(Tmin)当电池温度低于10℃时,采用大电流快速充电,会影响电池的寿命。
在这种情况下,充电器应自动转入涓流充电,待电池的温度上升到10℃后,再转入快速充电。