鎳氫電池應用前沿

隨著(zhù)經(jīng)濟水平的發(fā)展，汽車(chē)的保有數量急劇增加，能源和環(huán)境問(wèn)題變得日益嚴重。開(kāi)發(fā)和推廣電動(dòng)汽車(chē)等清潔能源汽車(chē)已成為世界各國爭相研究的課題。以?xún)热紮C蓄電池共同驅動(dòng)的混合動(dòng)力車(chē)（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(guò)充過(guò)放、可快速充電及壽命長(cháng)和無(wú)污染等特點(diǎn)。

下面介紹車(chē)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轉化電子數多于β型間的電子數，一直是新材料研究的熱點(diǎn)，同時(shí)a型在向y型轉化時(shí)膨脹系數小被認為是最理想的鎳氫電池正極材料。其弱點(diǎn)是在強堿溶液中的不穩定性，易陳化轉化成β氫氧化亞鎳；同時(shí)其松裝密度太小，無(wú)法實(shí)現填充的需要，解決這兩個(gè)問(wèn)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型貯氫合金粉被認為是理想的負極材料，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，有針對性地開(kāi)展提高這兩項技術(shù)的研究是重點(diǎn)。
3.電池寬溫度范圍
通過(guò)在正極中添加Ca、Y、Er、Ti、Tm的氧化物以及對電解液的組成和配比進(jìn)行研究，提高鎳電極的析氧過(guò)電位來(lái)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、復合而引起的熱效應；電池制作中降低體系的內阻，減小電化學(xué)極化，濃差極化和歐姆極化以減少相應熱量的產(chǎn)生。降低單體電池的厚度，設計適當的電池間隙并配以冷卻系統以利于電池熱量的散發(fā)，同時(shí)配備熱管理系統。選擇鉆含量高的貯氫合金，降低負極析氫平臺壓力，也是電池高溫性能應用的主要解決方法。電池在低溫時(shí)使用的主要問(wèn)題是負極。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壓和發(fā)熱問(wèn)題。降低電池內壓，就要提高正極析氧過(guò)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^(guò)在正極中添加鉆類(lèi)添加劑、在電解液中加入提高正極充電效率的物質(zhì)，提高負極預留容量和對負極進(jìn)行表面處理都是降低電池內壓的有效途徑。調整電池預充容量，提高負極活化后的容量和電池負極預充量和預留量，使負極預留量保持較高比例，使負極在正極過(guò)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構上設置冷卻裝置也是解決發(fā)熱問(wèn)題提高電池充電速度的方法。
5.電池組結構優(yōu)化、組合設計研究
在汽車(chē)上使用單體電池以串聯(lián)形式組合，結構十分緊湊，但需充分考慮電池的散熱。在電池組合方面，對容量、內阻、溫度、充放電特性曲線(xiàn)等因素的綜合考慮時(shí)，還需對電池進(jìn)行篩選組合，對組合電池位置分布進(jìn)行研究。
6.蓄電池組綜合管理系統
包括熱管理系統、電池運行狀態(tài)監控系統和維護系統等。熱管理系統可以在高溫下開(kāi)啟冷卻系統或通過(guò)正溫度系數，調整電池的充電電壓。根據電池組模塊在運行過(guò)程中短時(shí)間充放電的電壓、溫度等參數變化，在大量實(shí)驗數據的基礎上，通過(guò)軟件分析平臺，建立較為準確的S0c判別數學(xué)模型。將整個(gè)電池組分為數十個(gè)模塊，實(shí)時(shí)監控每一模塊的參數變化，對出現的故障進(jìn)行判別，并對某些可修復的故障進(jìn)行自行彌補或修復。如果某電池遭受到永久傷害，系統應能自動(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。根據電動(dòng)機工作特點(diǎn)，通過(guò)脈沖方式對電池充電，同時(shí)系統中必須具有欠壓保護、過(guò)流保護、防短路等安全保護功能。硬件結構上采用高檔單片機，確保電池管理系統操作的可靠性，在通訊方面采用CAN總線(xiàn)，確保汽車(chē)的中央控制單元對電池系統的有效控制，采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )控制技術(shù)對電池的荷電量狀態(tài)進(jìn)行有效的監控。
7.電池故障判斷專(zhuān)家系統技術(shù)研究
建立電池故障診斷專(zhuān)家系統，隨時(shí)記錄電池系統的異?，F象，對外留有通訊接口，為車(chē)輛的故障診斷提供條件。
8.提高電池的循環(huán)壽命
設計先進(jìn)的電池、極板和安全閥結構，降低體系內壓以減少高溫大電流充電時(shí)氣體的析出，設計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)設計，控制電極與零部件的途徑或加大設計余量以達到系統最佳的效果。
以上一共8個(gè)研究方向就是現有鎳氫電池在最新應用領(lǐng)域的主要改進(jìn)方向。