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谈电动汽车动力 电池--镍基蓄电池
来源:本站收集  作者:佚名  2013-06-23 07:07:47

    镍基蓄电池是指用氢氧化亚镍作正极活性物质的碱性蓄电池。所谓碱性蓄电池,是指以氢氧化钾(KOH),氢氧化钠(NaOH)水溶液作为电解质的蓄电池。碱性蓄电池有镍铁、镍镉、镍氢、锌银等。碱性蓄电池的优点有能量密度高、自放电小、储存性能较好、可制作成密闭蓄电池、易于实现小型化。目前在电动汽车上使用的镍基蓄电池主要有镍镉(Ni-Cd)蓄电池、镍锌(Ni-Zn)蓄电池和镍氢(Ni-MH)蓄电池等。镍镉蓄电池和铅酸蓄电池相比,比能量能够达到55 Wh/kg,比功率能够达到200 W/kg,循环寿命可达到2000次,而且可以快速充电,虽说其价格为铅酸蓄电池的4倍~5倍,但由于其在比能量和使用寿命方面的优势,因此其长期的实际使用成本并不高。但由于其含有重金属镉,在使用中不注意回收的话,就会造成环境污染,目前许多发达国家都已限制发展和使用镍镉蓄电池。而镍氢蓄电池则是一种绿色镍金属电池,它的正负极分别为镍氢氧化物和储氢合金材料,不存在重金属污染问题,且其在工作过程中不会出现电解液增减现象,蓄电池可以实现密封设计。镍氢蓄电池在比能量、比功率及循环寿命等方面都比镍镉蓄电池有所提高,使用镍氢蓄电池电动汽车一次充电后的续驶里程曾经达到过600 km,目前在欧美已实现了批量生产和使用。就其工作原理和特点而言镍氢蓄电池是适合电动汽车使用的,已被列为近期和中期电动汽车用首选动力电池,但其还存在价格太高,均匀性较差(特别是在高速率、深放电下蓄电池之间的容量和电压差较大),自放电率较高,性能水平和现实要求还有差距等问题,这些问题都影响着镍氢蓄电池电动汽车上的广泛使用。

1镍镉(Ni-Cd )蓄电池
1.1镍镉蓄电池的工作原理
    镍镉蓄电池的正极材料为氢氧化亚镍和石墨粉的混合物,负极材料为海绵状镉粉和氧化镉粉,电解液通常为氢氧化钠或氢氧化钾溶液。当环境温度较高时,使用密度为1.17-1.19(15℃时)的氢氧化钠溶液;当环境温度较低时,使用密度为1.191.21(15℃时)的氢氧化钾溶液;在-15℃以下时,使用密度为1.25-1.27(15℃时)的氢氧化钾溶液。为兼顾低温性能和电荷保持能力,密封镍锡蓄电池采用密度为1.40 (15℃时)的氢氧化钾溶液。为了增加蓄电池的容量和循环寿命,通常在电解液中加入少量的氢氧化锉(大约每升电解液加15 g-20 g)。镍锡蓄电池充电后,正极板上的活性物质变为氢氧化镍(Ni00H),负极板上的活性物质变为金属镉;镍镉蓄电池放电后,正极板上的活性物质变为羟基氧化亚镍,负极板上的活性物质变为氢氧化镉。镍镉蓄电池充电终了时,充电电流将使蓄电池内发生电解水的反应,在正、负极板上将分别有氧气和氢气析出。氢氧化钠或氢氧化钾并不直接参与反应,只起导电作用。从蓄电池反应来看,充电过程中生成水分子,放电过程中消耗水分子,因此充、放电过程中电解液浓度变化很小,不能用密度计检测充放电程度。

1.2镍镉蓄电池的记忆效应
    镍镉蓄电池使用过程中,如果电量没有全部放完就开始充电,下次再放电时,就不能放出全部电量。比如,镍镉蓄电池只放出800X;的电量后就开始充电,充足电后,该蓄电池也只能放出80%的电量,这种现象称为记忆效应。

    蓄电池全部放完电后,极板上的结晶体很小。蓄电池部分放电后,氢氧化亚镍没有完全变为羟基氧化镍,剩余的氢氧化亚镍将结合在一起,形成较大的结晶体,结晶体变大是镍镉蓄电池产生记忆效应的主要原因。

1.3镍镉蓄电池常见故障及原因分析
    (1)白色结晶。产生结晶的部位多在蓄电池极柱和运行气塞处,这是由于添加纯水或电解液时液面过高,加之运行气塞密封不严,对蓄电池充电时,电解液发生化学反应释放热量,溶液产生热膨胀而溢出气塞,日积月累,形成白色结晶。为了防止极柱和运行气塞处产生白色结晶,首先在添加纯水和电解液时应注意不要超过液面上线,密封部位要紧固,防止电解液溢出气塞;其次每隔3个月应把运行气塞拧开放在3%的硼酸水溶液或清水中浸泡,沥干后,再重新装上,可达到预防的目的;对已产生的白色结晶,可用清水或3%的硼酸水擦干净。

    (2)绿色锈蚀。产生绿色锈蚀的部位在极柱、跨接板及连接线头处,这是因为极柱、跨接板和连接线头均为裸导体,长期裸露在外,在潮湿环境中,铜与氧气发生化学反应形成绿色铜锈。对极柱、跨接板及连接线头产生的绿色锈蚀,首先要清除绿锈,然后在接头连接处涂上电力复合脂,取代以前常用的中性凡士林,因中性凡士林的滴点太低,容易流失,而电力复合脂滴点高达200℃左右,具有良好的导电和防腐性能。

    (3)其他故障。镍镉(Ni-Cd)蓄电池其他常见故障及排除方法见表1所列。

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