镍氢电池特性

1.镍氢电池充放电特性

（1）充电特性

镍氢电池充电特性曲线大致可分为三段。

开始时电压上升较快，然后比较平坦。这是由于Ni（OH），导电性极差但充电产物NiOOH导电性是前者的I0倍，因而充电刚开始时，电压上升很快。有NiOOH生成后，充电电压上升速率降低，电压变得比较平坦。随着充电过程的进行，当充电容量接近电池的额定容量的75%左右时，储氢合金中的氢原子扩散速度减慢。由于氧在储氢合金中的扩散速度受负极反应速度的限制，以及此时正极开始逐步析出氧气，因而充电电压就再次呈现快速上升的趋势。当充电量超过电池设计容量之后就进入过充电阶段。此时正极析出的氧会在负极储氢合金表面进行还原、去极化，使负极电位正移，电池温度迅速升高，加之镍氢电池反应温度系数是负值，因此电池的充电电压就会下降。

镍氢电池常用恒流充电的方式进行充电，在充电过程中电池所达到的最高电压是镍氢电池的一个重要特性。充电最高电压往往标志着整个充电过程的电压=充电电压越低，说明电池在充电过程中的极化就越小，电池的充电效率就越高，电池的使用寿命就可能越长。

采用该方法，充电过程的终点控制是一个非常实际的问题.充电终点控制的方式主要有：

1）定时控制。设置一定的充电时间来控制充电终点，一般设定要充入110%额定容量所需的时间来控制。

2）TCO，即最高温度控制。考虑电池的安全和特性应当避免高温充电，一般电池温度升高到60℃时应当停止充电。

3）电压峰值控制。充电过程中电池的电压达到峰值并保持，即

△V=0，据此来判断充电的终点。

4）dT/dt即深度变化率控制。通过检测电池温度变化率峰值来判断充电的终点。

5）AT，即温度差控制。温度差为电池充满电时温度与环境温度之差.

6）-△V，即电压降控制。当电池充满电时，电压达到峰值后会下降一定的值，据此判断充电终点。

（2）放电特性镍氢电池工作电压为1.2V，指的是放电电压的平台电压。它是镍氢电池的重要性能指标。镍氢电池的放电性能随放电电流、温度和其他因素的改变而变化。如图4-4所示。电池的放电特性受电流/环境温度等因素的影响，电流越大，温度越低，电池放电电压和放电效率越低，长期大电流放电对电池的寿命也会造成一定的影响。截止电压一般设定在0.9~1.V，如果截止电压设定得太高，则电池容量不能被充分利用，反之，则容易引起电池过放。

2.容量特性

电池的实际容量受到理论容量的限制，但与实际放电机制和应用工况密切相关。在高倍率即大电流放电条件F，电极的极化增强，内阻增大，放电电压下降很快，电池的能量效率降低，电池的实际容量一般都低于额定容量。相应地，在低倍率放电条件下，放电电压下降缓慢.电池实际放出的容量常常高于额定容量。镍氢电池的充电电流、搁置时间、放电终止电压和放电电流等均会对放电容量产生影响。

（1）充电电流对放电容量的影响充电负极反应方程式中消耗电荷生成OH，电荷不能再释放利用，因而电池的充电效率总是小于100%。随充电电流倍率增大，电极极化增加，将加剧镍氢电池中氧气析出的复合反应，导致充电效率和放电容量降低。

基于该反应原理，放电容量随充电容量的变化也体现为随充电过程进行，电池SOC升高，电池可放电容量增加，初期可放电容量增加较快，随充电过程中复合反应出现，可放电容量增加速度减缓，最终可放电容量将达到稳定值。

（2）搁置时间对放电容量的影响搁置时间对镍氢电池放电容量的影响本质上就是镍氢电池的自放电问题。搁置时间对放电容量的影响是由于金属氧化物不稳定引起的，这种不稳定性在刚充完电或高荷电状态时表现尤为明显，而后渐趋平衡和稳定，因而镍氢电池放电容量随搁置时间的延长而下降，搁置的开始阶段容量下降较快。

（3）放电电流对放电容量的影响电池内阻主要包括欧姆内阻和电化学极化内阻两部分。欧姆内阻对一特定的电池来说也是一个定值，电化学极化内阻则与发生电化学反应时的极化状态有关，而放电电流是影响电极极化状态的一个重要因素。放电电流增大，电极极化也增大，电化学极化内阻就大，其端电压相对较低。对于相同的放电终止电压来说，最终反映为放电容量测试结果较低。

（4）放电终止电压对放电容量的影响放电终止电压直接影响放电时间，而放电容量实际是放电电流与放电时间的乘积，因而放电容量随放电终止电压的降低而增加。但镍氢电池的放电电压不能无限地降低，一般选定在0.9V左右。

过低将出现过放电现象，影响镍氢电池的使用寿命。

3.内压

镍氢电池内压产生的基本原因是电池在充放电过程中，正极析出氧气和负极析出氢气。从而产生电池的内压。镍氢电池的内压是直存在的，通常都维持在正常水平，不会引起安全问题。但在过充或过放情况下，电池内压升高到一定程度，就有可能带来安全问题镍氢电池的内压与充电方式及荷电状态有关。

当电池荷电状态达到100%以前，内压增加平缓，当荷电超过1000后，内压急剧增加。因此，过充电的镍氢电池存在一定的安全隐患。

试验数据表明，随着电池充电、放电循环次数增加，内压也会逐渐升高，同时电池中氢、氧气体比例也会发生变化。镍氢电池中电解液的量也会影响电池内压，电解液过多会使内压升得很高。