一種低溫型氫鎳電池的分析與研究

揚州工業職業技術學院 穆華榮

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一種低溫型氫鎳電池的分析與研究

揚州工業職業技術學院 穆華榮

【摘要】本文介紹了一種低溫型氫鎳電池的內部結構、工作原理，并在此基礎上給出了該氫鎳電池充放電的特性及溫度特性；同時介紹了一款采用MAX846A芯片設計的低成本鎳氫電池充電器，該氫鎳電池產品應用前景十分廣泛，在以后快節奏的生活中將成為電池的主流產品之一。

【關鍵詞】氫鎳電池；低溫；內部結構；工作原理

鎳氫電池相比鎳鎘電池而言，具有體積小、重量輕、容量大、免維護、無電池記憶效應等優點，目前得到了愈來愈廣泛的應用。本文介紹了一種低溫型氫鎳電池的內部結構、工作原理，并在此基礎上給出了該氫鎳電池充放電的特性及溫度特性；同時介紹了一款采用MAX846A芯片設計的低成本鎳氫電池充電器。

1 實驗

1.1 電池內部結構

氫鎳電池由正極片、負極片、隔膜、電解液、殼體和蓋體組成，結構如下所示。

圖1　氫鎳電池內部結構示意圖

圖2　氫鎳電池正負極片等示意圖

圖3　氫鎳電池正負極蓋等示意圖

1.2 工作原理

電池的正極活性物質為鎳的氫氧化物，在金屬氧化物-鎳（MH/Ni）電池中，應用CO(OH)2、金屬CO粉等作為正極添加劑，當電池初始充電時，它被氧化成β-CoOOH形式覆蓋在Ni(OH)2顆粒附近，構成一個很好的正極導電網絡，提高了Ni(OH)2使用效率[1]。負極為儲氫合金，充電及工作時，電池反應如下：

Ni(OH)2+M----NiOOH+MH

充電后期，氧氣將從正極析出：

4OH---O2+2H2O+4e-

析出的氧氣通過隔膜到達負極，發生如下反應：

O2+2H2O+4e----4OH–

由于采用了先進的極板制造工藝，同時設計時負極有效容量高于正極，正常條件下，充電后期產生的氧氣可以有效地被負極吸收。

1.3 電池主要特點

(1)綠色電源：氫鎳電池在制造和使用過程中均無有毒物質出現，既保護了環境，又保護了制造者和消費者的身體健康。

(2)無記憶效應：氫鎳電池消除了傳統鎘鎳電池所具有的記憶效應，使用十分方便。

(3)長壽命：氫鎳電池在正常使用下具有500次以上的充放電壽命。

(4)快速充電：采用適當的充電器，氫鎳電池可在0.5-6小時內完成充電。

(5)放電性能優異：氫鎳電池內阻低，放電電壓高而平穩。

(6)溫度范圍廣：氫鎳電池可在-40℃～+70℃的溫度條件下工作。

(7)型號齊全：可以提供1/3AAA到F型50多個品種的圓柱形電池，同時還可提供扣式及方形電池。

2 結果與討論

2.1 低溫型氫鎳電池主要特性

2.1.1 負極板、正極板材料

負極板采用燒結式氫電極，正極板應用CO(OH)2、金屬CO粉等作為正極添加劑。[2]

2.1.2 充電特性

充電時間與充電電壓的關系曲線見下圖所示：

圖4　氫鎳電池充電曲線圖

一般情況下，氫鎳電池放電時會發熱，而充電時往往吸熱，且不宜在高溫環境下充電，因此需對電池充電溫度進行控制。溫度控制可以通過軟件或硬件實現。當通過軟件對氫鎳電池進行充電溫度控制時，在充電過程中，先對氫鎳電池進行溫度檢測，將檢測的電池多個溫度值取平均值，并作為電池目前溫度，然后在控制程序中設置一個溫度上限值。當電池充電溫度超過這個溫度上限值時終止充電。[3]

2.1.3 放電特性

使用特殊的工藝保證電池具有最小的內阻，常溫下，0.5C～4C高倍率放電在放電平臺和循環壽命等性能與高功率氫鎳電池相似。[4]

圖5　氫鎳電池放電曲線圖

2.1.4 溫度特性

該氫鎳電池使用溫度范圍廣，特殊的工藝和材料保證電池在低溫下放電具有很高的放電效率（-45℃～70℃），優越的低溫充放電特性和長使用壽命，高可靠性。

圖6　氫鎳電池溫度特性圖

2.2 低溫型氫鎳電池充電過程

2.2.1 充電器

采用MAXIM公司生產的充電控制芯片MAX846A設計一款低成本鎳氫電池充電器，MAX846A芯片為16腳QSOP封裝，內部電路由低壓差、高精度線性穩壓電路、高精度基準電壓源以及電壓/電流轉換調節器等電路組成。其中線性穩壓電路的輸出電壓約2倍于基準電壓，可為外接控制電路供電，且提供短路保護。

2.2.2 充電過程

MAX846A充電過程大致可分為預充電、恒定電流充電和涓流充電三部分。

（1）預充電

如輸入浮空電壓被檢測為2.5V以上時，則開始恒定電流充電。如小于2.5V，則認為電池性能變差或電池發生故障。

（2）恒定電流充電

以恒定電流對氫鎳電池充電。隨著充電開始，氫鎳電池電壓將逐漸升高，當達到所設定的電壓時，恒定電流快速遞減，并開始涓流充電。

（3）涓流充電

涓流充電時，充電電流逐漸減小，對電池進行補充電。充電器輸入電壓：AC220V，50HZ。

3 結論

本文介紹了一種低溫型氫鎳電池的內部結構、工作原理，并在此基礎上給出了該氫鎳電池充放電的特性及溫度特性曲線；同時介紹了一款采用MAX846A芯片設計的低成本鎳氫電池充電器，該氫鎳電池低溫性能好，在--45℃～70℃具有很高的放電效率。

參考文獻

[1]李曉峰,等.MH-Ni電池儲存性能的改善及其機理研究[J].電化學,2004(4).

[2]胡威,等.鎳氫電池正負極活性物配比對電池內壓的影響[J].化學工業與工程,2006(2).

[3]陳琳.空間氫鎳電池充電技術研究[J].電源技術,2008(5).

[4]江蘇海四達化學電源有限公司電池手冊.

穆華榮（1958—），男，江蘇揚州人，副教授，主要研究方向：化學電源、電化學及分析儀器等。

作者簡介：