电动汽车动力电池及检测案例分析
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一、高压动力电池的原理与特点 1.镍氢电池 在美、日等发达国家的混合动力汽车上，目前使用最多的是镍氢电池。镍氢电池的正极材料是氢氧化镍(NiOH)，负极则是金属氢化物，即为储氢合金(MH)，电解液是30%的氢氧化钾水溶液。这里所谓“储氢合金”是指具有很强“吸收”氢气能力的金属镍，其单位体积储氢的密度可相当于储存1000个大气压的高压氢气。储氢合金的关键在于能稳定的储气和放气，其工作原理是利用水的氢离子移动反应来获得电流，这时氢气在负极上被逐渐消耗掉。镍氢电池的电极反应为下式，式中e指带电的电子。 正 极 ：Ni(OH)2 OH-=NiOOH H2O e 负极：M H 2 O e = M H a b O H - Ni(OH)2 M=NiOOH MHab 镍氢电池是在镍镉电池基础上开发出来的，但镍镉电池中有重金属镉，对环境有重度污染，所以镍镉电池在发达国家目前均已限制发展和使用。镍氢电池则不存在重金属污染问题，而且镍氢电池在比能量、比功率及循环寿命等方面都优于镍镉电池，故被称之为“绿色”电池。其主要特点有： (1) 电池的比能量较高，即单位质量的能量密度较大，镍氢单体电池的额定电压为1.2V，通常由六个或十个单体电池构成一块电压为7.2V 或 12V 的电池组，丰田普锐斯混合动力车型上就用了这种7.2V 一节的电池( 图1)，电容量为6.5Ah,实测每节外形尺寸为274×106×20mm3，质量为1.1kg，有28节串联共计201.6V。镍氢电池的比能量超过70Wh/kg，车辆一次充电可续驶里程较长，适合在电动汽车上使用。同时其比功率可达200W/kg，在车辆加速或爬坡时输出大电流，能平稳持续放电来提供大功率。同时还可实现快速放电和充电，电池耐过充和耐过放的能力均较强。
图1 丰田电动汽车上的Ni-MH镍氢电池组 (2)镍氢电池在放电和充电过程中，正极板析出氧气，负极板析出氢气。氢气和氧气能够很容易在蓄电池内部再化合生成水，使容器内的气体压力保持不变，这种再化合的速率很快，电解液不会出现增加或减少的现象，不需调节电解液的密度，故电池本身可以采取密封结构，电池能实现免维护保护。 (3) 所谓电池的“记忆效应”是指如果电池每次没有放完电，如只放出40%，那么长期使用后，剩下的60%容量就无法放出，这就大大缩小了电池的储存电容量，直接影响电池的使用。但镍氢电池基本上不存在记忆问题，不要求100%放完电后才允许充电，能做到随放随充，极大地方便了电动汽车的充放电。即便镍氢电池在空置状态下放置一年，再充电时仍可恢复原容量97%以上电量，基本上与新电池一样。如在较长放置时有意让电池内部存有一部分电，则电池的恢复储电能力可更快更高。 (4)镍氢电池与镍镉电池比较，不存在镍镉电池中的金属镉对环境有重度污染的问题。镍氢电池还可再生利用，符合持续发展的理念。电池安全可靠，使用寿命长，循环充放电的次数可达3000 次以上，市场实际使用证明其寿命容易超过十年。 (5)镍氢电池的缺点则是存储的电压较低，能量密度也偏低，当前的价格相对较高;电池的均匀性较差，特别是在高速率、深放电的状况下，单体电池之间的容量和电压的差别较大;电池的自放电率较高;镍氢电池使用最重要的是要避免过充电和过放电，温度特性差，在45℃以上的高温环境，或在低于0℃ 以下环境下，镍氢电池将无法正常工作，电池容量与现实要求还有较大差距等问题，影响着氢镍电池在电动汽车上的广泛使用。 2.磷酸铁锂电池 |
