氫鎳動力電池基礎(chǔ)知識講座(2010-03-12).

1、氫鐮動力電池基礎(chǔ)知識講座內(nèi)容提要1、電池的定義、分類和基本術(shù)語2、電池的基本性能參數(shù)3、氫謀電池的發(fā)展歷史、構(gòu)成及特點(diǎn)4、氫謀電池充放電原理及基本特征5、電動汽車基本知識以及對電池的要求6、中南大學(xué)氫謀動力電池基本電化學(xué)特征1.1、電池定義:化學(xué)能 電能電池是通過電化學(xué)氧化還原反應(yīng)將活性材料內(nèi)存 儲的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的裝置。本質(zhì)上為一個能量轉(zhuǎn)化器通常在電池的能量轉(zhuǎn)化過程中伴隨著熱能的產(chǎn)生。12、電池分類1.2.1、從電極反應(yīng)的可逆性而言可分為一次電池 和二次電也（蓄電池）;1.2.2、從電池的形狀講可分為圓形電池、方形電池、扣式電池等；/1.2.3、根據(jù)電池體系不一樣可分為堿性電池、酸 性

2、電池等；1.2.4、根據(jù)電池用途不一樣可分為常用電池、備 用電池等；1.2.5、根據(jù)能量功率的不同可分為能量型電池和13、電池基本術(shù)語CC:恒流充電，恒定電流的充電過程； CV:恒壓充電，恒定電壓的充電過程； Discharge:放電（一般用恒流放電表示）； Capacity:容量（電流對時間的積分）； DOD: 放電深度 Depth of discharge;SOC:荷 電狀態(tài) State of charge;Cut off Voltage:放電截止電壓； Energy density:能量密度；In Volumetric:體積能力密度In Gravimetric:重量能力密度Power d

3、ensity:功率密度；In Volumetric,體積功率密度In Gravimetric,重量功率密度C-rate:倍率充放電；HT/LT-charge/discharge performance:高低溫充總/放電能力；Cycling:循環(huán)；Self-discharge:自 放電；Over-charge: 過充電；Short Circuit:短路。Pulse-charge/discharge: 脈沖充電 / 放電21、表征電池的基本性能參數(shù)：2.1.1、電池電壓：通常具有開路電壓和工作電坷之分； 電池開路電壓與溫度和電池狀態(tài)等因素有關(guān)。 電池工作電壓又稱作放電電壓或碧負(fù)載繭壓，工作 電壓與

4、工作電流及溫度、電池SOC有關(guān)。2.1.2.電池容量:電池容量是指在L定放電條件下從電池中獲得的電能 的多少。子曠X/分理論容量、實(shí)際容量 額定容量理論容量是按照活性物質(zhì)的理論化學(xué)能計算； 實(shí)際容量是電池在一定條件下實(shí)際能夠放出的電能； 額定容量是規(guī)定電池在一定的放電條件下應(yīng)該放出的 最低限度的電量。213、電池內(nèi)阻：電池內(nèi)阻是電池（尤其是功率型電池） 非常重要的參數(shù)之一。通常包括三部分： 歐姆電阻、電化學(xué)極化電阻、濃差極化電阻2.1.4.電池能量： /電池在產(chǎn)豆毛件下對外做功所能輸出的電能,W=C XUX/215、電池的功率：/電池的功率是指在一定傲電制度下，單位時間內(nèi)電 池輸出的電量。p=

5、w/t表示電池承受工作電流的大小。216、電池壽命：電池的壽命與電池的使用方式密切相關(guān)。氫銀電池的發(fā)展歷史:主要分為3個階段：/(1) 、上世紀(jì)60年代未至70年代末為可行性研究階段；(2) 、上世紀(jì)70卑代末至80年代末為實(shí)用性研究階段； 1984年開始，荷蘭、美國、日本研究開發(fā)儲氫合金電極、 1988年Ovonic公司，1989年日本等先后開發(fā)成功氫謀電池(3) 、上世紀(jì)90年至今的產(chǎn)業(yè)化階段；中國上世紀(jì)80年代末研制成功電池用儲氫合金，1990 年研制成功AA型氫鐮電池。通過國家“863”(國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃)計劃的支 持，目前氫繰電池正逐步應(yīng)用于電動汽車領(lǐng)域，并且發(fā)展 速度較15C

6、upPoe doctrcoo (Zed bydroxKle)321、（1）、（2）、32、氫銀電池構(gòu)成及特點(diǎn)氫謀電池主要由五部分構(gòu)成： 氫氧化謀以及輔助材料構(gòu)成正極；/ 儲氫合金以及輔助材料構(gòu)成負(fù)極； 電池隔膜；（4）、電解液；（5）、電池外殼3.2.2.電池基本組成部分及作用：正極片構(gòu)成：活征村料為氫氧化謀，字電添加劑另Co類 材料，粘接劑，泡沫襟等；/負(fù)極片構(gòu)成：AB5型（AB?、AB3J）儲氫合金為活性材料， 導(dǎo)電添加劑為Ni類材料粘接劑，泡沫謀 或鍍謀鋼帶等；/電電池隔膜：阻止正負(fù)極之間直接電子導(dǎo)電，吸收電解液使 得正負(fù)極之間形成離子導(dǎo)電通道；電解液：主要是強(qiáng)堿性水溶液，腐蝕性強(qiáng)，在正

7、負(fù)極之間 提供荷電粒子，在電極表面荷電粒子得失電子而 發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生電流。電池外殼：常用金屬殼和塑料殼兩種。需要耐堿腐蝕、有 較強(qiáng)的耐候性、具有氣密強(qiáng)度、易于加工等。323、氫鎳電池基本特點(diǎn):/電壓/標(biāo)稱電壓為1.2V,/工作電壓一般在11.45V之間， 大電流放電工作電壓范圍、0.8V 1.7V之間， 放電最低電壓不能低于0.2V,充電最高電壓不能高于1.8VO容量：根據(jù)需要可以設(shè)計成不同容量的電池，但是受 材料自身導(dǎo)電性能的限制，目前技術(shù)水平難以 實(shí)現(xiàn)容量超過200Ah的電也。自放電：電池自放電受隔膜、電解液、溫度、S0C和儲 存時間條件等的影響。4.1 氫鐮電池充放電原理負(fù)極正極圖

8、1-1 MH-Ni電池電化學(xué)過程示;1圖Discharge process：正極：NiOOH + H2O+e i(OH)2+OH- 負(fù)極：MH + OH：M + H2OEfcL池反應(yīng)：MH + NiOOHM+Ni(OH)2Charge process:IE氫鐮電池充放電基本特征：(1) 、電池內(nèi)正極和負(fù)極屬于串聯(lián)式結(jié)構(gòu)；/(2) /通常負(fù)極設(shè)計容量高于正極，電池的放電容量以正極總放電容量為準(zhǔn)。以滿荷電態(tài)為例，正負(fù)極容量狀態(tài)可能為:情況A：電池放電完成時，正負(fù)極中均沒有電量，放電 末期電壓咖匕很快且不規(guī)則，當(dāng)負(fù)極不荷電時 很容易被氧化，影響電歲的使用壽命。情況“當(dāng)電池充滿電時，稍有過充電，則正極

9、上析氧 氣，同時負(fù)極上析出氫氣，嚴(yán)重影響電池內(nèi)壓， 同時帶來不安全因素。情況既存在剩余充電容量，也存在剩余放電容量，同 時解決了上述兩種情況的不足，是我們設(shè)計電池 必須考慮的因素之一。、電池在使用過程中，按照情況B所示原理*滿足“氧循環(huán)”機(jī)制。,/、電池負(fù)極中生產(chǎn)的氫氣在正極消耗的速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于正極產(chǎn)生的氧氣在負(fù)極的消耗速度。O2 + 4MH4M + 2H2O（較快的反應(yīng)）H2 + 2NiOOH 2Ni（OH）2 （較慢的反應(yīng)）高溫自放電鼓脹主要原因是負(fù)極析氫所致。/ A/ BCAB主要發(fā)生負(fù)極析氫以及少量正極被還原；BC主要使氫氣還原正極使得正負(fù)可利用容量一致。5.1、電動汽車基本知識：能源短

10、缺、環(huán)境污染引起汽車的革命-電動汽車(1) 、什么是電動汽車？(2) 、電動汽車的分類：純電動汽車混合電動汽車- -HEVandPHEV 燃料電池車(3) 、以電池為至少一種動力的電動汽車對電池的/塞?要求。汽車動力電池基本概念:/if動力電池一般指具有較高的容量和輸出功率能 力，可用作電動車輛驅(qū)動電源的二次電池。2、一般情況下，混合動力汽車車用動力電池進(jìn)行 的是頻繁、淺度的充放電循環(huán)?；旌蟿恿ο到y(tǒng)對電池的特別要求：r 7/(1) 大功率充放電能力：質(zhì)量比功聲和體積比功率是衡量蓄電池快速充放電能力的指標(biāo)，相對、于比能量要求, 混合動力汽車對比功率要求更高？ (2) 充放電效率：動力電池中能量的

11、循環(huán)必須經(jīng)過充 電-放電-充電的循環(huán)，高的充放電效率對保證整車效率具 有至關(guān)重要的作用。(3 )相對穩(wěn)定性：動力電池應(yīng)當(dāng)在快速充放電和充放 電過程變工況的條件下保持性能的相對穩(wěn)定，使其在動力 系統(tǒng)使用條件下能達(dá)到足夠的充放電循環(huán)次數(shù)。評價HEV用動力電池技術(shù)的指標(biāo)主要有以下幾點(diǎn)：(1)、質(zhì)量比功率(W/kg):卡電池的質(zhì)量比功率代表 每千克質(zhì)量的電池能提供的功率。宅的大小決定電池所能 輸出的最大功率，標(biāo)志著汽車的加速性能和最高車速， 對電動汽車的動力性能等有直接影響廣在混合動力汽車中, 電池的比功率是最關(guān)鍵的因素，因?yàn)殡姵氐碾姾谋M后可以 在內(nèi)燃機(jī)工況下重新進(jìn)行充電。(2)、質(zhì)量比能量(Wh/kg):標(biāo)志著純電動模式下的 續(xù)駛能力。(3) 、循環(huán)次數(shù)了動力電池的工作是一個不斷充電- 放電-充電-放電的循環(huán)過程，每充電和放電一次，動力電 池中的化學(xué)物質(zhì)就要發(fā)生一次可進(jìn)性的化學(xué)反應(yīng)。充電和 放電的效辜，最后部分或完全喪失其充電和放電 功能。 動力電池的工作循環(huán)次數(shù)是衡量動力電池壽命的重要指標(biāo), 對動力電池的使用有直接影響廠、成本：電池的成本與電池的新技術(shù)含量、材料、 制作方法和生產(chǎn)規(guī)模有關(guān)，目前新開發(fā)的高比