镍氢电池应用前沿

随着经济水平的发展,汽车的保有数量急剧增加,能源和环境问题变得日益严重。开发和推广电动汽车等清洁能源汽车已成为世界各国争相研究的课题。以内燃机蓄电池共同驱动的混合动力车(HEV)首选的蓄电池采用的就是镍氢电池。
镍氢电池具有比功率高、耐过充过放、可快速充电及寿命长和无污染等特点。
下面先容车用镍氢电池的技术特点与难点:
1.a型i(oH)2的镍氢电池体系
因其在向y型NiooH转化电子数多于β型间的电子数,一直是新材料研究的热点,同时a型在向y型转化时膨胀系数小被认为是最理想的镍氢电池正极材料。其弱点是在强碱溶液中的不稳定性,易陈化转化成β氢氧化亚镍;同时其松装密度太小,无法实现填充的需要,解决这两个问题将是技术发展研究的重点。
2.AB2型贮氢合金粉在镍氢电池体系
AB2型贮氢合金粉被认为是理想的负极材料,420mAh/g的克容量一直是研究热点,但其使用寿命较短和低温下性能较差,同样影响它在镍氢电池体系的使用,有针对性地开展提高这两项技术的研究是重点。
3.电池宽温度范围
通过在正极中添加Ca、Y、Er、Ti、Tm的氧化物以及对电解液的组成和配比进行研究,提高镍电极的析氧过电位来提高电池在高温下的充电接受能力,特别是大电流时的充电效率,从而减少体系中因氧气产生、复合而引起的热效应;电池制作中降低体系的内阻,减小电化学极化,浓差极化和欧姆极化以减少相应热量的产生。降低单体电池的厚度,设计适当的电池间隙并配以冷却系统以利于电池热量的散发,同时配备热管理系统。选择钻含量高的贮氢合金,降低负极析氢平台压力,也是电池高温性能应用的主要解决方法。电池在低温时使用的主要问题是负极。采用富铺型的贮氢合金,同时采用低钻合金与高钻合金混合使用,可以有效改善负极在低温下的性能。
4.电池快速充电技术
电池要进行快速充电就必须解决电池内压和发热问题。降低电池内压,就要提高正极析氧过电位,提高正极充电效率,抑制正极充电产生的氧气。可以通过在正极中添加钻类添加剂、在电解液中加入提高正极充电效率的物质,提高负极预留容量和对负极进行表面处理都是降低电池内压的有效途径。调整电池预充容量,提高负极活化后的容量和电池负极预充量和预留量,使负极预留量保持较高比例,使负极在正极过充时保持良好的吸附氢能力,提高正极充电效率和在组合结构上设置冷却装置也是解决发热问题提高电池充电速度的方法。
5.电池组结构优化、组合设计研究
在汽车上使用单体电池以串联形式组合,结构十分紧凑,但需充分考虑电池的散热。在电池组合方面,对容量、内阻、温度、充放电特性曲线等因素的综合考虑时,还需对电池进行筛选组合,对组合电池位置分布进行研究。
6.蓄电池组综合管理系统
包括热管理系统、电池运行状态监控系统和维护系统等。热管理系统可以在高温下开启冷却系统或通过正温度系数,调整电池的充电电压。根据电池组模块在运行过程中短时间充放电的电压、温度等参数变化,在大量实验数据的基础上,通过App分析平台,建立较为准确的S0c判别数学模型。将整个电池组分为数十个模块,实时监控每一模块的参数变化,对出现的故障进行判别,并对某些可修复的故障进行自行弥补或修复。如果某电池遭受到永久伤害,系统应能自动换入备用电池,从而避免因某个电池的损坏而影响到整个电池组的性能。根据电动机工作特点,通过脉冲方式对电池充电,同时系统中必须具有欠压保护、过流保护、防短路等安全保护功能。硬件结构上采用高档单片机,确保电池管理系统操作的可靠性,在通讯方面采用CAN总线,确保汽车的中央控制单元对电池系统的有效控制,采用神经网络控制技术对电池的荷电量状态进行有效的监控。
7.电池故障判断专家系统技术研究
建立电池故障诊断专家系统,随时记录电池系统的异常现象,对外留有通讯接口,为车辆的故障诊断提供条件。
8.提高电池的循环寿命
设计先进的电池、极板和安全阀结构,降低体系内压以减少高温大电流充电时气体的析出,设计合理的外壳及密封方式以避免使用中水分的挥发;研究电池组模拟和实际循环中的失效模式,改进设计,控制电极与零部件的途径或加大设计余量以达到系统最佳的效果。
以上一共8个研究方向就是现有镍氢电池在最新应用领域的主要改进方向。

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