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大致可分為三段。

開始時電壓上升較快，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，因而充電剛開始時，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，儲氫合金中的氫原子擴散速度減慢。由于氧在儲氫合金中的擴散速度受負(fù)極反應(yīng)速度的限制，以及此時正極開始逐步析出氧氣，因而充電電壓就再次呈現(xiàn)快速上升的趨勢。當(dāng)充電量超過電池設(shè)計容量之后就進(jìn)入過充電階段。此時正極析出的氧會在負(fù)極儲氫合金表面進(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下降。

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

采用該方法，充電過程的終點控制是一個非常實際的問題.充電終點控制的方式主要有：

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

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℃時應(yīng)當(dāng)停止充電。

3）電壓峰值控制。充電過程中電池的電壓達(dá)到峰值并保持，即

△V=0，據(jù)此來判斷充電的終點。

4）dT/dt即深度變化率控制。通過檢測電池溫度變化率峰值來判斷充電的終點。

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

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

（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，長期大電流放電對電池的壽命也會造成一定的影響。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，則容易引起電池過放。

2.容量特性

電池的實際容量受到理論容量的限制，但與實際放電機制和應(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，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、擱置時間、放電終止電壓和放電電流等均會對放電容量產(chǎn)生影響。

（1）充電電流對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）擱置時間對放電容量的影響擱置時間對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題。擱置時間對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間的延長而下降，擱置的開始階段容量下降較快。

（3）放電電流對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)阻對一特定的電池來說也是一個定值，電化學(xué)極化內(nèi)阻則與發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)時的極化狀態(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，其端電壓相對較低。對于相同的放電終止電壓來說，最終反映為放電容量測試結(jié)果較低。

（4）放電終止電壓對放電容量的影響放電終止電壓直接影響放電時間，而放電容量實際是放電電流與放電時間的乘積，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限地降低，一般選定在0.9V左右。

過低將出現(xiàn)過放電現(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，不會引起安全問題。但在過充或過放情況下，電池內(nèi)壓升高到一定程度，就有可能帶來安全問題鎳氫電池的內(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1000后，內(nèi)壓急劇增加。因此，過充電的鎳氫電池存在一定的安全隱患。

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