一种低温型氢镍电池的分析与研究

扬州工业职业技术学院 穆华荣



一种低温型氢镍电池的分析与研究

扬州工业职业技术学院 穆华荣

【摘要】本文介绍了一种低温型氢镍电池的内部结构、工作原理，并在此基础上给出了该氢镍电池充放电的特性及温度特性；同时介绍了一款采用MAX846A芯片设计的低成本镍氢电池充电器，该氢镍电池产品应用前景十分广泛，在以后快节奏的生活中将成为电池的主流产品之一。

【关键词】氢镍电池；低温；内部结构；工作原理

镍氢电池相比镍镉电池而言，具有体积小、重量轻、容量大、免维护、无电池记忆效应等优点，目前得到了愈来愈广泛的应用。本文介绍了一种低温型氢镍电池的内部结构、工作原理，并在此基础上给出了该氢镍电池充放电的特性及温度特性；同时介绍了一款采用MAX846A芯片设计的低成本镍氢电池充电器。

1 实验

1.1 电池内部结构

氢镍电池由正极片、负极片、隔膜、电解液、壳体和盖体组成，结构如下所示。

图1　氢镍电池内部结构示意图

图2　氢镍电池正负极片等示意图

图3　氢镍电池正负极盖等示意图

1.2 工作原理

电池的正极活性物质为镍的氢氧化物，在金属氧化物-镍（MH/Ni）电池中，应用CO(OH)2、金属CO粉等作为正极添加剂，当电池初始充电时，它被氧化成β-CoOOH形式覆盖在Ni(OH)2颗粒附近，构成一个很好的正极导电网络，提高了Ni(OH)2使用效率[1]。负极为储氢合金，充电及工作时，电池反应如下：

Ni(OH)2+M----NiOOH+MH

充电后期，氧气将从正极析出：

4OH---O2+2H2O+4e-

析出的氧气通过隔膜到达负极，发生如下反应：

O2+2H2O+4e----4OH–

由于采用了先进的极板制造工艺，同时设计时负极有效容量高于正极，正常条件下，充电后期产生的氧气可以有效地被负极吸收。

1.3 电池主要特点

(1)绿色电源：氢镍电池在制造和使用过程中均无有毒物质出现，既保护了环境，又保护了制造者和消费者的身体健康。

(2)无记忆效应：氢镍电池消除了传统镉镍电池所具有的记忆效应，使用十分方便。

(3)长寿命：氢镍电池在正常使用下具有500次以上的充放电寿命。

(4)快速充电：采用适当的充电器，氢镍电池可在0.5-6小时内完成充电。

(5)放电性能优异：氢镍电池内阻低，放电电压高而平稳。

(6)温度范围广：氢镍电池可在-40℃～+70℃的温度条件下工作。

(7)型号齐全：可以提供1/3AAA到F型50多个品种的圆柱形电池，同时还可提供扣式及方形电池。

2 结果与讨论

2.1 低温型氢镍电池主要特性

2.1.1 负极板、正极板材料

负极板采用烧结式氢电极，正极板应用CO(OH)2、金属CO粉等作为正极添加剂。[2]

2.1.2 充电特性

充电时间与充电电压的关系曲线见下图所示：

图4　氢镍电池充电曲线图

一般情况下，氢镍电池放电时会发热，而充电时往往吸热，且不宜在高温环境下充电，因此需对电池充电温度进行控制。温度控制可以通过软件或硬件实现。当通过软件对氢镍电池进行充电温度控制时，在充电过程中，先对氢镍电池进行温度检测，将检测的电池多个温度值取平均值，并作为电池目前温度，然后在控制程序中设置一个温度上限值。当电池充电温度超过这个温度上限值时终止充电。[3]

2.1.3 放电特性

使用特殊的工艺保证电池具有最小的内阻，常温下，0.5C～4C高倍率放电在放电平台和循环寿命等性能与高功率氢镍电池相似。[4]

图5　氢镍电池放电曲线图

2.1.4 温度特性

该氢镍电池使用温度范围广，特殊的工艺和材料保证电池在低温下放电具有很高的放电效率（-45℃～70℃），优越的低温充放电特性和长使用寿命，高可靠性。

图6　氢镍电池温度特性图

2.2 低温型氢镍电池充电过程

2.2.1 充电器

采用MAXIM公司生产的充电控制芯片MAX846A设计一款低成本镍氢电池充电器，MAX846A芯片为16脚QSOP封装，内部电路由低压差、高精度线性稳压电路、高精度基准电压源以及电压/电流转换调节器等电路组成。其中线性稳压电路的输出电压约2倍于基准电压，可为外接控制电路供电，且提供短路保护。

2.2.2 充电过程

MAX846A充电过程大致可分为预充电、恒定电流充电和涓流充电三部分。

（1）预充电

如输入浮空电压被检测为2.5V以上时，则开始恒定电流充电。如小于2.5V，则认为电池性能变差或电池发生故障。

（2）恒定电流充电

以恒定电流对氢镍电池充电。随着充电开始，氢镍电池电压将逐渐升高，当达到所设定的电压时，恒定电流快速递减，并开始涓流充电。

（3）涓流充电

涓流充电时，充电电流逐渐减小，对电池进行补充电。充电器输入电压：AC220V，50HZ。

3 结论

本文介绍了一种低温型氢镍电池的内部结构、工作原理，并在此基础上给出了该氢镍电池充放电的特性及温度特性曲线；同时介绍了一款采用MAX846A芯片设计的低成本镍氢电池充电器，该氢镍电池低温性能好，在--45℃～70℃具有很高的放电效率。

参考文献

[1]李晓峰,等.MH-Ni电池储存性能的改善及其机理研究[J].电化学,2004(4).

[2]胡威,等.镍氢电池正负极活性物配比对电池内压的影响[J].化学工业与工程,2006(2).

[3]陈琳.空间氢镍电池充电技术研究[J].电源技术,2008(5).

[4]江苏海四达化学电源有限公司电池手册.

穆华荣（1958—），男，江苏扬州人，副教授，主要研究方向：化学电源、电化学及分析仪器等。

作者简介：