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镍氢电池的特性和使用方法(FDK镍氢电池充电机制)

发布人:美男子玩编程时间:2022-09-19来源:工程师

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镍氢电池简介

镍氢电池是由氢离子和金属镍合成的一种碱性蓄电池,它的正极活性物质主要由镍制成,负极活性物质主要由贮氢合金制成。镍氢电池电量储藏比镍镉电池多30%,比镍镉电池更轻,运用寿命也更长,而且对环境无污染。镍氢电池的缺点是价格比镍镉电池要贵许多,功能比锂电池要差。


碱性电池在长期不使用后会漏出轻微腐蚀性及有害液体(会对人体有害又或损坏使用该电池的装置),而锂电池在不适使用时有机会燃烧或爆炸。相对来看镍氢电池算是最安全的电池。


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大功率的镍氢电池广泛应用于油电混合动力车辆中,最具代表性的例子是丰田普锐斯,该车使用了特别的充放电程序,电池充放电寿命可足够车辆使用十年。虽然镍氢电池的质量比锂离子电池大,但仍然有部分新能源汽车使用镍氢电池。从每个单体电池的电压来看,镍氢与镍镉电池的标称电压都是1.2V。


镍氢电池的主要应用特性如下所示:

  • 质量比功率高,目前商业化的镍氢功率型电池能达到1350W h/kg;

  • 循环次数多,目前应用在电动汽车上的镍氢动力蓄电池,80%放电深度(DOD)循环寿命可达1000次以上,为铅酸电池的3倍以上,100%DOD循环寿命在500次以上,在混合动力电动汽车中可使用5年以上;

  • 无污染,不含铅、镉等对人体有害的金属,为21世纪绿色环保电源;

  • 耐过充电和过放电、无记忆效应;

  • 使用温度范围宽,正常使用温度范围为-30~55℃,储存温度范围为-40 ~70°℃;

  • 安全、可靠,在短路、挤压、针刺、安全阀工作能力、跌落、加热、耐振动等安全性和可靠性试验中无爆炸、燃烧现象。


最近开发的项目使用到FDK的镍氢电池,所以出一篇博文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、可充电电池、电池设备、电子元器件和设备的制造商。FDK的产品广泛应用于工业设备、汽车用品、移动产品、通讯设备等应用。


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镍氢电池工作原理

镍氢电池是一种碱性电池,其负极采用由储氢材料作为活性物质的氢化物电极,正极采用氢氧化镍电极(简称镍电极),电解质为氢氧化钾水溶液。镍氢电池充电时,氢氧化钾电解液中的氢离子会被释放出来,由这些化合物将它吸收,避免形成氢气,以保持电池内部的压力和体积。当电池放电时,这些氢离子便会经由相反的过程而回到原来的地方。


镍镉、镍氢电池的充电过程非常相似,都要求恒流充电,以防止电池过充电。充电器对电池进行恒流充电,同时检测电池的电压和其他参数。为避免损坏电池,电池温度过低时不能开始快速充电,一旦电池温度达到规定数值后,也必须立即停止充电。


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镍氢电池的使用

一般情况下,新购买的镍氢电池只含有少量电量,要先进行充电然后再使用。如果电池出厂时间比较短,电量足,推荐先使用然后再充电。新买的镍氢电池一般要经过3~4次的充电和使用,性能才能发挥到最佳状态。很多朋友第一次充电后使用时间没有想象的那么多,在3~4次充电和使用后问题就迎刃而解了。


虽然镍氢电池无记忆效应,仍然推荐尽量每次使用完后再充电,并且是一次性充满,不要用一会儿充一会儿,有利于延长电池寿命。关于镍氢电池的充电方法可参见FDK提供的充电机制,如下图所示:


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长期不用的镍氢电池会在存放几个月后,自然进入一种“休眠”状态,电池寿命大大降低。如果镍氢电池已经放置了很长的时候,建议先用慢充进行充电为宜。据测试,镍氢电池保存的最佳条件是带电80%左右保存。这是因为镍氢电池的自放电较大(一个月10%~15%左右),如果电池完全放电后再保存,很长时间内不使用,电池的自放电现象就会造成电池的过放电,会损坏电池。


虽然镍氢电池有安全可靠无污染,但是也存在缺点:在生产制造成本上,镍氢电池比较贵、自放电性能比较差(放电电流相对较大)、能量密度大,在安全性能上比镍镉电池和铅酸电池要差等等,选型时候还是需要结合业务场景进行采购。


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关键词: 镍氢电池

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