鎳氫電池特性

1.鎳氫電池充放電特性

（1）充電特性

鎳氫電池充電特性曲線(xiàn)大致可分為三段。

開(kāi)始時(shí)電壓上升較快，然后比較平坦。這是由于Ni（OH），導(dǎo)電性極差但充電產(chǎn)物NiOOH導(dǎo)電性是前者的I0倍，因而充電剛開(kāi)始時(shí)，電壓上升很快。有NiOOH生成后，充電電壓上升速率降低，電壓變得比較平坦。隨著充電過(guò)程的進(jìn)行，當(dāng)充電容量接近電池的額定容量的75%左右時(shí)，儲(chǔ)氫合金中的氫原子擴(kuò)散速度減慢。由于氧在儲(chǔ)氫合金中的擴(kuò)散速度受負(fù)極反應(yīng)速度的限制，以及此時(shí)正極開(kāi)始逐步析出氧氣，因而充電電壓就再次呈現(xiàn)快速上升的趨勢(shì)。當(dāng)充電量超過(guò)電池設(shè)計(jì)容量之后就進(jìn)入過(guò)充電階段。此時(shí)正極析出的氧會(huì)在負(fù)極儲(chǔ)氫合金表面進(jìn)行還原、去極化，使負(fù)極電位正移，電池溫度迅速升高，加之鎳氫電池反應(yīng)溫度系數(shù)是負(fù)值，因此電池的充電電壓就會(huì)下降。

鎳氫電池常用恒流充電的方式進(jìn)行充電，在充電過(guò)程中電池所達(dá)到的最高電壓是鎳氫電池的一個(gè)重要特性。充電最高電壓往往標(biāo)志著整個(gè)充電過(guò)程的電壓=充電電壓越低，說(shuō)明電池在充電過(guò)程中的極化就越小，電池的充電效率就越高，電池的使用壽命就可能越長(zhǎng)。

采用該方法，充電過(guò)程的終點(diǎn)控制是一個(gè)非常實(shí)際的問(wèn)題.充電終點(diǎn)控制的方式主要有：

1）定時(shí)控制。設(shè)置一定的充電時(shí)間來(lái)控制充電終點(diǎn)，一般設(shè)定要充入110%額定容量所需的時(shí)間來(lái)控制。

2）TCO，即最高溫度控制?？紤]電池的安全和特性應(yīng)當(dāng)避免高溫充電，一般電池溫度升高到60℃時(shí)應(yīng)當(dāng)停止充電。

3）電壓峰值控制。充電過(guò)程中電池的電壓達(dá)到峰值并保持，即

△V=0，據(jù)此來(lái)判斷充電的終點(diǎn)。

4）dT/dt即深度變化率控制。通過(guò)檢測(cè)電池溫度變化率峰值來(lái)判斷充電的終點(diǎn)。

5）AT，即溫度差控制。溫度差為電池充滿(mǎn)電時(shí)溫度與環(huán)境溫度之差.

6）-△V，即電壓降控制。當(dāng)電池充滿(mǎn)電時(shí)，電壓達(dá)到峰值后會(huì)下降一定的值，據(jù)此判斷充電終點(diǎn)。

（2）放電特性鎳氫電池工作電壓為1.2V，指的是放電電壓的平臺(tái)電壓。它是鎳氫電池的重要性能指標(biāo)。鎳氫電池的放電性能隨放電電流、溫度和其他因素的改變而變化。如圖4-4所示。電池的放電特性受電流/環(huán)境溫度等因素的影響，電流越大，溫度越低，電池放電電壓和放電效率越低，長(zhǎng)期大電流放電對(duì)電池的壽命也會(huì)造成一定的影響。截止電壓一般設(shè)定在0.9~1.V，如果截止電壓設(shè)定得太高，則電池容量不能被充分利用，反之，則容易引起電池過(guò)放。

2.容量特性

電池的實(shí)際容量受到理論容量的限制，但與實(shí)際放電機(jī)制和應(yīng)用工況密切相關(guān)。在高倍率即大電流放電條件F，電極的極化增強(qiáng)，內(nèi)阻增大，放電電壓下降很快，電池的能量效率降低，電池的實(shí)際容量一般都低于額定容量。相應(yīng)地，在低倍率放電條件下，放電電壓下降緩慢.電池實(shí)際放出的容量常常高于額定容量。鎳氫電池的充電電流、擱置時(shí)間、放電終止電壓和放電電流等均會(huì)對(duì)放電容量產(chǎn)生影響。

（1）充電電流對(duì)放電容量的影響充電負(fù)極反應(yīng)方程式中消耗電荷生成OH，電荷不能再釋放利用，因而電池的充電效率總是小于100%。隨充電電流倍率增大，電極極化增加，將加劇鎳氫電池中氧氣析出的復(fù)合反應(yīng)，導(dǎo)致充電效率和放電容量降低。

基于該反應(yīng)原理，放電容量隨充電容量的變化也體現(xiàn)為隨充電過(guò)程進(jìn)行，電池SOC升高，電池可放電容量增加，初期可放電容量增加較快，隨充電過(guò)程中復(fù)合反應(yīng)出現(xiàn)，可放電容量增加速度減緩，最終可放電容量將達(dá)到穩(wěn)定值。

（2）擱置時(shí)間對(duì)放電容量的影響擱置時(shí)間對(duì)鎳氫電池放電容量的影響本質(zhì)上就是鎳氫電池的自放電問(wèn)題。擱置時(shí)間對(duì)放電容量的影響是由于金屬氧化物不穩(wěn)定引起的，這種不穩(wěn)定性在剛充完電或高荷電狀態(tài)時(shí)表現(xiàn)尤為明顯，而后漸趨平衡和穩(wěn)定，因而鎳氫電池放電容量隨擱置時(shí)間的延長(zhǎng)而下降，擱置的開(kāi)始階段容量下降較快。

（3）放電電流對(duì)放電容量的影響電池內(nèi)阻主要包括歐姆內(nèi)阻和電化學(xué)極化內(nèi)阻兩部分。歐姆內(nèi)阻對(duì)一特定的電池來(lái)說(shuō)也是一個(gè)定值，電化學(xué)極化內(nèi)阻則與發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)時(shí)的極化狀態(tài)有關(guān)，而放電電流是影響電極極化狀態(tài)的一個(gè)重要因素。放電電流增大，電極極化也增大，電化學(xué)極化內(nèi)阻就大，其端電壓相對(duì)較低。對(duì)于相同的放電終止電壓來(lái)說(shuō)，最終反映為放電容量測(cè)試結(jié)果較低。

（4）放電終止電壓對(duì)放電容量的影響放電終止電壓直接影響放電時(shí)間，而放電容量實(shí)際是放電電流與放電時(shí)間的乘積，因而放電容量隨放電終止電壓的降低而增加。但鎳氫電池的放電電壓不能無(wú)限地降低，一般選定在0.9V左右。

過(guò)低將出現(xiàn)過(guò)放電現(xiàn)象，影響鎳氫電池的使用壽命。

3.內(nèi)壓

鎳氫電池內(nèi)壓產(chǎn)生的基本原因是電池在充放電過(guò)程中，正極析出氧氣和負(fù)極析出氫氣。從而產(chǎn)生電池的內(nèi)壓。鎳氫電池的內(nèi)壓是直存在的，通常都維持在正常水平，不會(huì)引起安全問(wèn)題。但在過(guò)充或過(guò)放情況下，電池內(nèi)壓升高到一定程度，就有可能帶來(lái)安全問(wèn)題鎳氫電池的內(nèi)壓與充電方式及荷電狀態(tài)有關(guān)。

當(dāng)電池荷電狀態(tài)達(dá)到100%以前，內(nèi)壓增加平緩，當(dāng)荷電超過(guò)1000后，內(nèi)壓急劇增加。因此，過(guò)充電的鎳氫電池存在一定的安全隱患。

試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，隨著電池充電、放電循環(huán)次數(shù)增加，內(nèi)壓也會(huì)逐漸升高，同時(shí)電池中氫、氧氣體比例也會(huì)發(fā)生變化。鎳氫電池中電解液的量也會(huì)影響電池內(nèi)壓，電解液過(guò)多會(huì)使內(nèi)壓升得很高。