电动车用镍氢电池模块的充放电模型研究

氢氧化镍电极的充放电机制

氢氧化镍电极的充放电机制

介绍

氢氧化镍电极是一种重要的电化学储能材料，广泛应用于镍氢电池、锂离子电池等二次电池系统中。本文将从氢氧化镍的结构、充放电机制、影响因素等方面进行详细阐述。

一、 氢氧化镍的结构

1. 氢氧化镍晶体结构

氢氧化镍属于层状结构的物质，其晶体结构为α-Ni(OH)2或β-Ni(OH)2。其中，α-Ni(OH)2为三方晶系，β-Ni(OH)2为六方晶系。

2. 氢氧化镍微观结构

在微观上，氢氧化镍由许多层状的Ni(OH)2片组成。每个Ni(OH)2片中心有一个Ni离子，被6个OH-离子包围。当充入或释放水分子时，OH-离子会与水分子形成配合物，并进一步与Ni离子形成新的键合。

二、 氢氧化镍电极的充放电机制

1. 充电机制

在充电过程中，外部直流电源将电子输送到氢氧化镍电极，使得Ni2+被还原为Ni(OH)2。同时，水分子中的H+离子会与OH-离子结合，生成水分子，并释放出电子。

2. 放电机制

在放电过程中，Ni(OH)2会被氧化为NiOOH。这个过程是通过将电子从外部直流电源输送到氢氧化镍电极上实现的。同时，OH-离子与水分子形成OH-配合物，并释放出H+离子。

三、 影响因素

1. 电解液

在充放电过程中，电解液对氢氧化镍的充放电性能有很大的影响。一般来说，强酸性或强碱性的电解液会降低氢氧化镍的充放电效率。

2. 温度

温度也是影响氢氧化镍充放电效率的重要因素。通常情况下，较高的温度会提高充放电效率。

3. 循环次数

循环次数对于氢氧化镍的充放电效率也有很大影响。随着循环次数增加，其充放电效率也会逐渐下降。

结论

综上所述，氢氧化镍电极是一种重要的电化学储能材料，其充放电机制包括充电和放电两个过程。在充放电过程中，影响因素包括电解液、温度和循环次数等。通过对这些影响因素的控制，可以提高氢氧化镍的充放电效率，进而提高二次电池系统的性能。

镍镉电池/镍氢电池的原理及充电方法 详解

［ 作者：佚名 转贴自：《IT大虾网》 ］

镍镉/镍氢电池的发展

1899年，Waldmar Jungner在开口型镍镉电池中，首先使用了镍极板，几乎与此同时，Thomas Edison 发明了用于电动车的镍铁电池。遗憾的是，由于当时这些碱性蓄电池的极板材料比其它蓄电池的村料贵得多，因此实际应用受到了极大的限制。

后来，Jungner的镍镉电池经过几次重要改进，性能明显改善。其中最重要的改进是在1932年，科学家在镍电池中开始使用了活性物质。他们将活性物质放入多孔的镍极板中，然后再将镍极板装入金属壳内。镍镉电池发展史上另一个重要的里程碑是1947年密封型镍镉电池研制成功。在这种电池中，化学反应产生的各种气体不用排出，可以在电池内部化合。密封镍镉电池的研制成功，使镍镉电池的应用范围大大增加。

密封镍镉电池效率高、循环寿命长、能量密度大、体积小、重量轻、结构紧凑，并且不需要维护，因此在工业和消费产品中得到了广泛应用。

随着空间技术的发展，人们对电源的要求越来越高。70年代中期，美国研制成功了功率大、重量轻、寿命长、成本低的镍氢电池，并且于1978年成功地将这种电池应用在导航卫星上，镍氢电池与同体积镍镉电池相比，容量可提高一倍，而且没有重金属镉带来的污染问题。它的工作电压与镍镉电池完全相同，工作寿命也大体相当，但它具有良好的过充电和过放电性能。近年来，镍氢电池受到世界各国的重视，各种新技术层出不穷。镍氢电池刚问世时，要使用高压容器储存氢气，后来人们采用金属氢化物来储存氢气，从而制成了低压甚至常压镍氢电池。1992年，日本三洋公司每月可生产200万只镍氢电池。目前国内已有20多个单位研制生产镍氢电池，国产镍氢电池的综合性能已经达到国际先进水平。

蓄电池参数

蓄电池的五个主要参数为：电池的容量、标称电压、内阻、放电终止电压和充电终止电压。电池的容量通常用Ah(安时)表示，1Ah就是能在1A的电流下放电1小时。单元电池内活性物质的数量决定单元电池含有的电荷量，而活性物质的含量则由电池使用的材料和体积决定，因此，通常电池体积越大，容量越高。与电池容量相关的一个参数是蓄电池的充电电流。蓄电池的充电电流通常用充电速率C表示，C为蓄电池的额定容量。例如，用2A电流对1Ah电池充电，充电速率就是2C；同样地，用2A电流对500mAh电池充电，充电速率就是4C。

采用等效电路的参数自适应电池模型及电池荷电状态估计方法

宁博;徐俊;曹秉刚;杨晴霞;王斌;许广灿

【摘 要】针对电池离线参数辨识复杂、模型系统误差无法在线校正等问题,提出基于等效电路的参数自适应电池模型及电池荷电状态估计方法.该方法设计了针对动力电池的自适应参数观测器并证明了稳定性,通过在线估计电池参数从根源校正模型误差,建立滑动平均滤波器对估计参数滤波降噪,利用多时间维度思想周期性更新电池模型,并结合卡尔曼滤波算法进行荷电状态估计.搭建电池充放电测试平台进行实验,实验结果表明:城市道路循环工况下,基于参数自适应电池模型的卡尔曼滤波电池荷电状态估计误差小于3％.该算法简单、准确、适应性强,对于多变环境、长周期使用条件下的动力电池监测具有较高的实用价值.

【期刊名称】《西安交通大学学报》

【年(卷),期】2015(049)010

【总页数】6页(P67-71,78)

【关键词】动力电池;电池模型;参数自适应;荷电状态估计

【作 者】宁博;徐俊;曹秉刚;杨晴霞;王斌;许广灿

【作者单位】西安交通大学电动汽车与系统控制研究所,710049,西安;西安交通大学电动汽车与系统控制研究所,710049,西安;西安交通大学电动汽车与系统控制研究所,710049,西安;西安交通大学电动汽车与系统控制研究所,710049,西安;西安交通大学电动汽车与系统控制研究所,710049,西安;西安交通大学电动汽车与系统控制研究所,710049,西安 【正文语种】中 文

【中图分类】TM912.8

电池管理系统(battery management system,BMS)是电动汽车的关键部件之一。作为BMS控制策略的基础,荷电状态(state of charge,SOC)估计的准确性直接关系着车辆安全性、动力性和经济性,而电池模型的准确度对SOC估计精度影响极大[1]。尽管滑模[2]、PI[3]、卡尔曼滤波[4]等算法能够补偿一定SOC估计误差,但是并不能消除电池内部参数变化导致的模型系统误差。建立一种自适应电池模型,动态估计并在线更新模型参数对于保证SOC估计精度至关重要。

电动车电池的循环寿命预测方法研究

电动车的快速发展，带来了更多的便利与舒适，同时也带来了新的瓶颈——电池的使用寿命问题。据调查，电动车的电池寿命仅为3-5年，且不能重复充电，需要进行更换。为了延长电池的使用寿命，研究电动车电池的循环寿命预测方法是非常必要的。

电动车电池的种类

目前，市面上常见的电动车电池主要有铅酸电池、锂电池和镍氢电池。其中铅酸电池一般用于传统式电动车，锂电池和镍氢电池则逐渐成为电动车主流的动力来源。

电动车电池的循环寿命

电动车电池的循环寿命指的是电池的循环使用次数。目前，电动车电池的循环寿命一般在300-500次左右。在电动车的使用中，往往充电和放电是不可避免的，因此循环寿命也成了电池使用的最大瓶颈。

电动车的电池作为动力来源，其性能的好坏直接影响车辆的行驶质量及里程。目前，业内专家多采用循环寿命作为电池性能的衡量指标，同时，也对电动车电池循环寿命的预测方法进行了研究与探讨。

电动车电池循环寿命预测方法

电动车电池的循环寿命预测是依据电池的充放电特性进行分析，理论上可以根据电池的容量和放电深度来计算电池的寿命。目前，常用的电动车电池循环寿命预测方法主要有下面几种：

1. 计算模型法

计算模型法主要是指利用已知的参数来计算电池的寿命。该方法适用于同一型号电池预测。

2. 静态容量法

静态容量法主要是通过放电测试单体电池在规定条件下所出现的失能以及额定容量来预测电池的寿命。该方法适合应用于时间较短的电池，例如手机电池之类的。

3. 动态测试法

动态测试法主要是指通过特定的实验仪器对单体电池的放电特性进行测试，测试结果可以提供给设计师进行电路的设计，从而提高电池使用寿命。这种方法适合用于开发高端汽车、锂电池芯片设计以及应用于高端通信产品之类的场景。

以上三种方法的应用范围较为狭窄，不能适应所有的场景。因此，研究电动车电池的循环寿命预测方法，得出更全面、细致的预测模型将是未来的发展方向。