1. 镍氢电池简介
镍氢电池是由氢离子和金属镍组成的碱性蓄电池,正极活性物质主要由镍制成,负极活性物质主要由储氢合金制成。镍氢电池比镍镉电池可多储存30%的电量,重量比镍镉电池轻,使用寿命更长,而且环保。镍氢电池的缺点是价格比镍镉电池贵很多,性能比锂电池差。
碱性电池长时间不使用后会漏出轻微腐蚀性有害液体(可能对人体有害或损坏使用电池的设备),而锂电池如果使用不当则有燃烧或爆炸的危险。相对而言,镍氢电池是最安全的电池。
高功率的镍氢电池在混合动力汽车上应用广泛,最具代表性的就是丰田普锐斯,它采用了特殊的充放电方案,电池的充放电寿命足够车辆使用十年。虽然镍氢电池的质量比锂离子电池大,但部分新能源汽车仍然采用镍氢电池。从每个单节电池的电压来看,镍氢和镍镉电池的标称电压相差1.2V。
镍氢电池主要应用特点如下:
较高的能量质量比,目前商用的镍氢动力电池可以达到1350W·h/kg。
循环次数多。目前电动汽车使用的镍氢动力电池在80%放电深度(DOD)下循环寿命可达1000次以上,是铅酸电池的3倍以上,100%DOD下循环寿命达500次以上,在混合动力汽车中可使用5年以上。
无污染,不含铅、镉等对人体有害的金属,是21世纪绿色环保电源;
耐过充过放,无记忆效应;
使用温度范围宽,正常工作温度范围为-30~55℃,存储温度范围为-40~70℃;
安全可靠,在短路、挤压、穿刺、安全阀工作容量、跌落、加热、抗振动等安全可靠性试验中不发生爆炸、燃烧。
最近开发的项目用到了FDK的镍氢电池,所以写了一篇博文来分享一下相关的知识。
FDK株式会社(简称FDK)成立于1950年,总部位于日本,是一家主要制造、销售和出口各种电池、充电电池、电池设备、电子元件及设备的制造商。FDK的产品广泛应用于工业设备、汽车产品、移动产品、通讯设备等应用领域。
FDK镍氢电池资源下载:【选型】FDK镍氢电池选型指南(FDK镍氢电池充电机制)
2.镍氢电池的工作原理
镍氢电池是一种碱性电池,其负极采用含储氢材料的氢化物电极作为活性物质,正极采用氢氧化镍电极(简称镍电极),电解液为氢氧化钾水溶液。镍氢电池充电时,氢氧化钾电解液中的氢离子会释放出来,这些化合物会吸收这些氢离子,避免氢气的形成,从而维持电池内部的压力和体积。当电池放电时,这些氢离子又会通过逆过程回到原来的位置。
NiCd 和 NiMH 电池的充电过程非常相似,两者都需要恒流充电以防止电池过充。充电器在检测电池电压和其他参数的同时以恒定电流对电池进行充电。为避免损坏电池,当电池温度过低时不能启动快速充电,一旦电池温度达到规定值,必须立即停止充电。
3. 使用镍氢电池
一般来说,新买的镍氢电池只含有少量的电量,使用前需要充电。如果电池出厂时间不长,电量充足,建议先使用后充电。新买的镍氢电池一般需要充电使用3到4次才能发挥出最佳性能。很多朋友第一次充电后,电池并没有想象中那么长的使用寿命。经过3到4次充电和使用后,问题就解决了。
虽然镍氢电池没有记忆效应,但还是建议每次使用后都进行充电,并且一次充满,而不是短时间充电,这样有利于延长电池寿命。镍氢电池的充电方法请参考FDK提供的充电机制,如下图所示:
长期不使用的镍氢电池,在存放几个月后,自然会进入“休眠”状态,电池寿命会大大降低。如果镍氢电池存放时间较长,建议先用慢速充电器充电。据测试,存放镍氢电池的最佳状态是充电量在80%左右时存放。这是因为镍氢电池的自放电较大(每月约10%至15%),如果电池完全放电后存放,长时间不使用,电池的自放电会导致电池过放电而损坏。
镍氢电池虽然安全可靠、无污染,但也有缺点:在生产成本方面,镍氢电池价格相对较高、自放电性能相对较差(放电电流较大)、能量密度较高、安全性能比镍镉电池、铅酸电池差等。在选择电池时,还是需要根据业务场景来购买。
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