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煤矿井下仪器用镍氢电池的充放电分析

   根据国家相关对金属氢化物镍蓄电池(以下简称镍氢电池)的安全要求,在对镍氢电池进行充电时,应考虑其最佳安全充电截止电压,否则很容易产生氢气,甚至报废电池,但最佳安全充电截止电压如果选择不正确的话,将大大降低电池的容量。比如:单节 1.41V 和单节 1.40V 之间的电池容量可相差 30%。

目前,国内煤矿基本都配置大量安全检测防爆仪器,从安全和经济性角度考虑,镍氢电池作为仪器首选后备电源.但在实际使用和产品设计过程中,往往由于设计或使用不当,导致电池提前失效.瑞孚特VFOTE电池根据多年供货经验及与用户实际实地分析后,发现主要问题是对电池的使用设计不当造成.

一、充电

   如何选择最佳安全充电截止电压,必须通过高端的电池测试仪,在 20℃恒定的温度条件下,连续长时间的进行实验,并进行充电曲线分析,通过数学模型进行计算。

常见单节镍氢电池图片:

              

                    图1

   镍氢电池中的“金属”部分实际上是金属氢化物。镍氢电池 A 是稀土元素的混合物(或者)再加上钛(Ti);B 则是镍(Ni)(或者)还有铝(Al)。而一些高容量电池的“含多种成分”的电极则主要由 AB2 构成,这里的 A 则是钛(Ti)或者钒(V) 则是锆(Zr)或镍(Ni),B,再加上一些铬(Cr)、钴(Co)、铁(Fe)和(或)锰(Mn)。所有这些化合物扮演的都是相同的角色:可逆地形成金属氢化物。电池充电时,氢氧化钾(KOH)电解液中的氢离子(H+)会被释放出来,由这些化合物将它吸收,避免形成氢气(H2),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。但过充超过这些化合物的吸收能力,氢离子(H+)必然会被释放出来(因为单节镍氢电池的化合物有限,吸收的能力也有限)。

   充电截止电压选择不对,尽管这可能是安全的,但对电池的寿命可能会有不良影响。根据国际上的《镍氢电池充电指南》,长期使用涓流方式(以很小的电流长时间充电)充电有可能导致电池损坏。

   图 2 是国际上的《镍氢电池充电指南》的充电曲线要求。

                      

                            图2

   图 3 是瑞孚特VFOTE电池通过实验得到的曲线:

                         

                            图 3

二、放电

   镍氢电池具有较高的自放电效应,约为每个月 30%或更多。这要比镍镉电池每月 20%的自放电速率高。电池充得越满,自放电速率就越高(所以在设计充放电电路时,必须和最佳安全充电截止电压结合起来);当电量下降到一定程度时,自放电速率又会稍微下降。

   电池存放处的温度对自放电速率有十分大的影响。正因如此,瑞孚特VFOTE电池提醒您长时间不用的镍氢电池最好隔段时间充放电一次,并在“半满”状态。

三、温度影响

   一般来说,不要让电池的温度高于 45 度。电池充满的时候,电池会发热,大电流充满时温度应该为 42 度左右,不要超过 45 度,否则寿命会很快降低,电池内阻将会增大。还有,充电后电池温度较高,等冷却后才可对其充电,充电前也要等电池冷却。长时间不用后重新使用,最好充放几遍重新激活电池。平时使用的时候要注意保持包装皮的完整,不能有破损,以免短路。不要摔打冲击电池,不要火烧等等

四、电化学原理

 充电

  正极反应:Ni(OH)2 + OH- → NiOOH + H2O + e-

  负极反应:M + H2 O + e- → MH + OH-

  总 反 应:M + Ni(OH)2 → MH + NiOOH

 放电

  正极反应:NiOOH + H2 O + e- → Ni(OH)2 + OH-

  负极反应:MH + OH- → M + H2 O + e-

  总 反 应:MH + NiOOH → M + Ni(OH)2

 以上式中 M 为储氢合金,MH 为吸附了氢原子的储氢合金。最常用储氢

合金为 LaNi5。

 主要为 KOH 作电解液(电解质 7moL/LKOH+15g/LLiOH)

 

 

                                             ---武汉孚特伟业电子有限公司

 

 

 

  (:用户在设计使用或选型时有不清楚的问题,可以直接与武汉孚特伟业电子有限公司技术人员联系!)

 
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