鎳氫電池應(yīng)用前沿

隨著經(jīng)濟(jì)水平的發(fā)展，汽車的保有數(shù)量急劇增加，能源和環(huán)境問題變得日益嚴(yán)重。開發(fā)和推廣電動(dòng)汽車等清潔能源汽車已成為世界各國爭相研究的課題。以內(nèi)燃機(jī)蓄電池共同驅(qū)動(dòng)的混合動(dòng)力車（HEV）首選的蓄電池采用的就是鎳氫電池。
鎳氫電池具有比功率高、耐過充過放、可快速充電及壽命長和無污染等特點(diǎn)。

下面介紹車用鎳氫電池的技術(shù)特點(diǎn)與難點(diǎn)：
1.a型i（oH）2的鎳氫電池體系
因其在向y型NiooH轉(zhuǎn)化電子數(shù)多于β型間的電子數(shù)，一直是新材料研究的熱點(diǎn)，同時(shí)a型在向y型轉(zhuǎn)化時(shí)膨脹系數(shù)小被認(rèn)為是最理想的鎳氫電池正極材料。其弱點(diǎn)是在強(qiáng)堿溶液中的不穩(wěn)定性，易陳化轉(zhuǎn)化成β氫氧化亞鎳；同時(shí)其松裝密度太小，無法實(shí)現(xiàn)填充的需要，解決這兩個(gè)問題將是技術(shù)發(fā)展研究的重點(diǎn)。
2.AB2型貯氫合金粉在鎳氫電池體系
AB2型貯氫合金粉被認(rèn)為是理想的負(fù)極材料，420mAh/g的克容量一直是研究熱點(diǎn)，但其使用壽命較短和低溫下性能較差，同樣影響它在鎳氫電池體系的使用，有針對(duì)性地開展提高這兩項(xiàng)技術(shù)的研究是重點(diǎn)。
3.電池寬溫度范圍
通過在正極中添加Ca、Y、Er、Ti、Tm的氧化物以及對(duì)電解液的組成和配比進(jìn)行研究，提高鎳電極的析氧過電位來提高電池在高溫下的充電接受能力，特別是大電流時(shí)的充電效率，從而減少體系中因氧氣產(chǎn)生、復(fù)合而引起的熱效應(yīng)；電池制作中降低體系的內(nèi)阻，減小電化學(xué)極化，濃差極化和歐姆極化以減少相應(yīng)熱量的產(chǎn)生。降低單體電池的厚度，設(shè)計(jì)適當(dāng)?shù)碾姵亻g隙并配以冷卻系統(tǒng)以利于電池?zé)崃康纳l(fā)，同時(shí)配備熱管理系統(tǒng)。選擇鉆含量高的貯氫合金，降低負(fù)極析氫平臺(tái)壓力，也是電池高溫性能應(yīng)用的主要解決方法。電池在低溫時(shí)使用的主要問題是負(fù)極。采用富鋪型的貯氫合金，同時(shí)采用低鉆合金與高鉆合金混合使用，可以有效改善負(fù)極在低溫下的性能。
4.電池快速充電技術(shù)
電池要進(jìn)行快速充電就必須解決電池內(nèi)壓和發(fā)熱問題。降低電池內(nèi)壓，就要提高正極析氧過電位，提高正極充電效率，抑制正極充電產(chǎn)生的氧氣?？梢酝ㄟ^在正極中添加鉆類添加劑、在電解液中加入提高正極充電效率的物質(zhì)，提高負(fù)極預(yù)留容量和對(duì)負(fù)極進(jìn)行表面處理都是降低電池內(nèi)壓的有效途徑。調(diào)整電池預(yù)充容量，提高負(fù)極活化后的容量和電池負(fù)極預(yù)充量和預(yù)留量，使負(fù)極預(yù)留量保持較高比例，使負(fù)極在正極過充時(shí)保持良好的吸附氫能力，提高正極充電效率和在組合結(jié)構(gòu)上設(shè)置冷卻裝置也是解決發(fā)熱問題提高電池充電速度的方法。
5.電池組結(jié)構(gòu)優(yōu)化、組合設(shè)計(jì)研究
在汽車上使用單體電池以串聯(lián)形式組合，結(jié)構(gòu)十分緊湊，但需充分考慮電池的散熱。在電池組合方面，對(duì)容量、內(nèi)阻、溫度、充放電特性曲線等因素的綜合考慮時(shí)，還需對(duì)電池進(jìn)行篩選組合，對(duì)組合電池位置分布進(jìn)行研究。
6.蓄電池組綜合管理系統(tǒng)
包括熱管理系統(tǒng)、電池運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)和維護(hù)系統(tǒng)等。熱管理系統(tǒng)可以在高溫下開啟冷卻系統(tǒng)或通過正溫度系數(shù)，調(diào)整電池的充電電壓。根據(jù)電池組模塊在運(yùn)行過程中短時(shí)間充放電的電壓、溫度等參數(shù)變化，在大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，通過軟件分析平臺(tái)，建立較為準(zhǔn)確的S0c判別數(shù)學(xué)模型。將整個(gè)電池組分為數(shù)十個(gè)模塊，實(shí)時(shí)監(jiān)控每一模塊的參數(shù)變化，對(duì)出現(xiàn)的故障進(jìn)行判別，并對(duì)某些可修復(fù)的故障進(jìn)行自行彌補(bǔ)或修復(fù)。如果某電池遭受到永久傷害，系統(tǒng)應(yīng)能自動(dòng)換入備用電池，從而避免因某個(gè)電池的損壞而影響到整個(gè)電池組的性能。根據(jù)電動(dòng)機(jī)工作特點(diǎn)，通過脈沖方式對(duì)電池充電，同時(shí)系統(tǒng)中必須具有欠壓保護(hù)、過流保護(hù)、防短路等安全保護(hù)功能。硬件結(jié)構(gòu)上采用高檔單片機(jī)，確保電池管理系統(tǒng)操作的可靠性，在通訊方面采用CAN總線，確保汽車的中央控制單元對(duì)電池系統(tǒng)的有效控制，采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)對(duì)電池的荷電量狀態(tài)進(jìn)行有效的監(jiān)控。
7.電池故障判斷專家系統(tǒng)技術(shù)研究
建立電池故障診斷專家系統(tǒng)，隨時(shí)記錄電池系統(tǒng)的異常現(xiàn)象，對(duì)外留有通訊接口，為車輛的故障診斷提供條件。
8.提高電池的循環(huán)壽命
設(shè)計(jì)先進(jìn)的電池、極板和安全閥結(jié)構(gòu)，降低體系內(nèi)壓以減少高溫大電流充電時(shí)氣體的析出，設(shè)計(jì)合理的外殼及密封方式以避免使用中水分的揮發(fā)；研究電池組模擬和實(shí)際循環(huán)中的失效模式，改進(jìn)設(shè)計(jì)，控制電極與零部件的途徑或加大設(shè)計(jì)余量以達(dá)到系統(tǒng)最佳的效果。
以上一共8個(gè)研究方向就是現(xiàn)有鎳氫電池在最新應(yīng)用領(lǐng)域的主要改進(jìn)方向。