、鎳氫電池原理鎳氫電池正極活性物質(zhì)為氫氧化鎳（稱(chēng)氧化鎳電極），負(fù)極活性物質(zhì)為金屬氧化物，也稱(chēng)貯氫合金（電極稱(chēng)貯氫電極），電解液為6N氫氧化鉀，在電池充放電過(guò)程中的電池反應(yīng)為：氧化電極上：NIOOH+H2o+e====Ni（OH）2+OH。貯氫電極上：MH十oH-e=====M+H2O電池總反應(yīng)：MH+NiOOH====M+Ni（OH），其中，M表示貯氫合金材料。電池的開(kāi)路電壓為：1.2V?1.3V、因貯氫材料和制備工藝不同而有所不同。過(guò)充電時(shí)，兩極上的反應(yīng)為：氧化鎳電極上： 4OH-4e一2H2O十O2貯氫電極上； 2H2O+O2+4e一4OH電池過(guò)充電時(shí)的總反應(yīng)：O電池在設(shè)計(jì)中一般采米用負(fù)極過(guò)量的辦法，氧化鎳電極全充電態(tài)時(shí)產(chǎn)生氧氣，經(jīng)過(guò)擴(kuò)散在負(fù)極重新化合成水，這樣，既保持了電池內(nèi)壓的恒定，同時(shí)義使電解液濃度不致發(fā)生巨人變化。當(dāng)電池過(guò)放電時(shí)，電極反應(yīng)為：氧化鎳電極上：2H2O+2eH2+2OH貯氫電極上；H2+2OH-2e2H2O電池過(guò)放電時(shí)的總反應(yīng)：O雖然過(guò)放電時(shí)，電池總反應(yīng)的凈結(jié)果為零，但要出現(xiàn)反極現(xiàn)象。由于在正極上產(chǎn)生的氫氣會(huì)在負(fù)極上新化合，同樣也保持了體系的穩(wěn)定。另外，負(fù)極活性物質(zhì)氫以氫原子態(tài)能以相當(dāng)高的密度吸附干貯氫合金中，在這樣的電極上，吸放氫反應(yīng)能平穩(wěn)地進(jìn)行，放電性能較鎘-鎳電池而言得以提高。二、組成與結(jié)構(gòu)如上所述，鎳氫電池正極活性物質(zhì)為氫氧化鎳（稱(chēng)氧化鎳電極），負(fù)極活性物質(zhì)為金屬氫化物，也稱(chēng)貯氫合金（電極稱(chēng)貯氫電極），電解液為6N氫氧化鉀。由活性物質(zhì)構(gòu)成電極極片的工藝方式主要有饒結(jié)式、拉漿式、泡沫鎳式、纖維鎳式、嵌滲式等工藝方式，不同工藝制備的電極在容量、大電流放電性能上存在較大差異，一股依據(jù)使用條件的不同，采用不同的工藝構(gòu)成電池。通訊等民用電池人多采用拉漿式負(fù)極、泡沫鎳式正極構(gòu)成電池。常見(jiàn)的圓柱型鎳氫電池組成與結(jié)構(gòu)如圖1所示。圖1、圓柱密封鎳氫電池結(jié)構(gòu)示意圖三、性能與技術(shù)要求鎳金屬氫化物電池是由貯氫合金負(fù)極，鎳正極，氫氧化鉀電解液以及隔板等組成的可充電電池，它與鎳鎘電池的本質(zhì)區(qū)別只是在于負(fù)極材料的不問(wèn)。這種電池的電壓和鎳鎘電池完全相同，為12伏。它可以直接用在使用鎳鎘電池有器械件上。鎳氫電池的設(shè)想在七十年代開(kāi)始有人提及，大量的研究集中在九十年代，工業(yè)化生產(chǎn)從20世紀(jì)最后10年的初期開(kāi)始。作為負(fù)極材料的貯氫合金是由A和B兩種金屬形成的合金，其中A金屬（La，Ti，Zr等）可以大量吸進(jìn)氫氣，形成穩(wěn)定的氫化物。而B(niǎo)金屬（Ni,Co,Fe,Mn等）不能形成穩(wěn)定的氫化物，但氫很容易在其中移動(dòng)。也就是說(shuō)，A金屬控制著氫的吸藏量，而B(niǎo)金屬控制著吸放氫氣的可逆性。按照合金的晶體結(jié)構(gòu)，貯氫合金可分為AB5型、AB2型、AB型、固溶體型等，其中主要使用稀土金屬的是AB5型合金。AB5型貯氫合金主要由銅鑭系元素和鎳組成，同時(shí)少量添加鋁，錳，鉆等。不是所有的貯氫合金都能作鎳氫電池的負(fù)極材料。日本生產(chǎn)鎳金屬氫化物電池主要是用稀土金屬和混合稀土金屬作負(fù)極，生產(chǎn)的電池占全世界該種電池產(chǎn)最的90%以上，美國(guó)主要使用鈦銀基合金作負(fù)極，生產(chǎn)的電池約占全世界產(chǎn)量的5%，生產(chǎn)公司有奧芬尼克和杜拉塞樂(lè)等幾個(gè)公司。1.鎳金屬氫化物電池的優(yōu)越性。Ni-MH電池具有能量密度高、功率密度高、可快速充放電、循環(huán)壽命長(zhǎng)以及無(wú)記憶效應(yīng)、無(wú)污染、可兔維護(hù)、使用安全等特點(diǎn)，被稱(chēng)為綠色電池。該種電池同鎳鍋電池相比，性能指標(biāo)普遍高于鎳鎘電池；Ni-MH電池的比能量是鎳鎘電池的1.5—2倍。電流充放電時(shí)，無(wú)記憶效應(yīng)、低溫特性好、綜合性能優(yōu)于鎳鎘電池，同時(shí)鎳鎘電池廢電池處理復(fù)雜，在能源緊張，環(huán)境污染嚴(yán)重的今天，Hi—MH電池顯示出廣闊的應(yīng)用前景。因?yàn)闃O鎳電極同鎳鎘電池完全一樣，所以凡是能使用鎳鎘電池的電器都可以使用鎳金屬氫化電池；它無(wú)毒，利于環(huán)保且綜合性能優(yōu)于鎳鎘電池，它也不會(huì)象鋰高子電池那樣遇潮易爆炸。因此，近五年來(lái)生產(chǎn)發(fā)展速度遠(yuǎn)高于鎳鎘電池。2，鎳金屬氫化物電池水平現(xiàn)狀鎳金屬氫化物電池與鎳鎘電池相同點(diǎn)是電壓一樣。不同點(diǎn)是自放電率約高。其它各項(xiàng)性能指標(biāo)有高有低，有些高于鎳鎘電池，有些低于鋰離子電池。表 1詳細(xì)列出了日本鎳金屬氫化物電池的性能水平現(xiàn)狀。表1 日本小型貯氫電池性能水平現(xiàn)狀性能參數(shù)鎘/鎳電池鎳金屬氫化物電池放電電壓（V）1. —1.01.2—1.0重量比能量（WH/Kg）50一6060—80體積比能量（WH/|）140一180240—300價(jià)格（$/次）0.06O.1能量?jī)r(jià)格（$/WH）0.3O.4低溫性能（-2O，放電％）5O5O自放電（％/月）1520快速充電（倍率C）43 —20功率密度（W/I）1OOO1OOO工作溫度（C）-4O一45-40一45使用壽命（年）4—84一8充電控制極限（V）1.41.4放電控制電壓（V）臨界0.8臨界0.8四、檢測(cè)分選、組合與報(bào)表攝相機(jī)電池的性能檢測(cè)主要是依據(jù)電池在實(shí)際工作條件的需要求來(lái)定，其主要步驟如下：l、對(duì)新購(gòu)置的電池（或自行研制的電池），需在有關(guān)性能檢測(cè)或化成設(shè)備上，對(duì)所有單體電池進(jìn)行恒流充、放電三至五個(gè)循環(huán)，充、放電電流為02C，100%DOD（放電截止電位為10伏），電池容量趨于穩(wěn)定后，判斷電池的額定容量。2、 將所有單體電池按攝相機(jī)從開(kāi)機(jī)、工作、關(guān)機(jī)過(guò)程所有工況及充電器所進(jìn)行的充電工況等所需電流，按步驟設(shè)定測(cè)試程序所需充放電電流。得到相應(yīng)的電池充電放電曲線。如有可能還需測(cè)試電池低溫、高溫條件下（分別根據(jù)攝相機(jī)用戶(hù)所在地冬天、夏天氣溫而定）的容量，必要時(shí)，測(cè)定電池的使用壽命或按國(guó)標(biāo)測(cè)試。3、 將第2步驟測(cè)試所得所有單體電池的充放電曲線，在同一坐標(biāo)系中進(jìn)行比較。將電池充放電曲線最相近的電池按10個(gè)單體電池一組組合，并記錄相應(yīng)電池編號(hào)。4、 將組合后的電池，按要求裝殼后，在12V測(cè)試量程上，再按第二步驟測(cè)試電池組相應(yīng)的充放電曲線，判斷電池組放電電壓平臺(tái)，以確定電池品質(zhì)等級(jí)。5、 在第4步驟電池組中，接入相應(yīng)過(guò)流保護(hù)器、熱敏電阻及電壓比較線路或芯片（單片機(jī)等），或電池充電器；并根據(jù)以上步驟所測(cè)定電池性能狀況，確定電池充放電控制方式。6、 電池組按第5步驟控制方式檢測(cè)充放電性能，并檢測(cè)電池組在短路、斷路、長(zhǎng)時(shí)間過(guò)充電、過(guò)放電等極端條件下，控制線路的保護(hù)的可靠性與安全性。7、 將合格品封殼、包裝、再檢測(cè)。有關(guān)電池性能報(bào)表在測(cè)試上位計(jì)算機(jī)制定，參考報(bào)表如下:表1、電池性能檢測(cè)報(bào)表： 檢測(cè)室溫:電池編號(hào)額定容量1.2V以上電壓平臺(tái)％充由最高電壓充電溫升自放為電123???表2、電池成組方式： 檢測(cè)室溫:電池組編號(hào)額定容量1.2V以上電壓平臺(tái)％充電最高電壓充電溫升自放電l23???六、 裝配與線路（略）七、 充電與充電器在可充電池（化學(xué)電池或物理電池）的運(yùn)用過(guò)程中，充電器是其成功運(yùn)用的重要裝置，所以可充電池一出世，充電器便是個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題，因?yàn)槌潆娖鞯暮脡闹苯佑绊懙诫姵氐膬蓚€(gè)重要技術(shù)指標(biāo)：1）可充電池的使用容量；2）可充電池的循環(huán)使用次數(shù)，即使用壽命。然而直到六十年代以前，充電器技術(shù)并沒(méi)有得到長(zhǎng)足發(fā)展，普遍采用的方法主要是恒流或恒壓充電方法，充電效果不是太理想。這種狀況直到六十年代基于最低出氣率可充曲線原理發(fā)現(xiàn)電池可接受充電電流大小隨時(shí)間按指數(shù)規(guī)律下降這一規(guī)律后，才證實(shí)恒流或恒壓充電均不是最適合的方法。因?yàn)楹懔鞒潆姇r(shí)，其起始充電電流總是低于電池的可接受能力，造成充電效率低，充電時(shí)間長(zhǎng)，而在充電后期，最終的充電電流又總是高于電池可接受的程度，因而電池內(nèi)部氣體析出率不斷增加，到充電結(jié)束時(shí)，所有充電電流全部供給氣體析出，電池內(nèi)部電壓迅速增加，電池溫度也隨之迅速上升，造成每次充電電極上都有活性物質(zhì)脫落，從而大大降低了電池的壽命，而恒壓充電方法在充電初期電池內(nèi)阻極低致使充電電流過(guò)大，而隨時(shí)間并不按指數(shù)規(guī)律下降（常偏離制定曲線）。根據(jù)充電曲線研究實(shí)驗(yàn)，又提出了所謂的兩段式、三段式或更多段式充電。所謂兩段式充電指首先對(duì)電池進(jìn)行恒流或恒壓充電，當(dāng)電池電壓達(dá)到一定程度，然后對(duì)電池進(jìn)行涓流充電：所謂三段式一般是首先對(duì)電池進(jìn)行恒流充是，待電池電壓達(dá)到電壓閥值后轉(zhuǎn)化為第二階段，即所謂限壓充電階段，當(dāng)充電電流小到某種程度后轉(zhuǎn)化為第三階段.即所謂限壓充電。另外，由于實(shí)際運(yùn)用的需要，往往還希望對(duì)電池進(jìn)行快速充電.影響充電器快速充電還有兩個(gè)重要因素：一是極化電壓：二是記憶效應(yīng)，其中極化電壓是在充電過(guò)程中，電荷堆積于電池電極上而產(chǎn)生的反問(wèn)電壓，實(shí)際上表現(xiàn)為對(duì)電池內(nèi)阻的增加上，消除它的有效方法是采用負(fù)脈沖方法在電池兩端瞬間放電去除電極上堆積的電荷.并由此產(chǎn)生了脈沖充電方法：記憶效應(yīng)并不是所有電池都有，可以通過(guò)多次的充放電即可消除。上述兩種效應(yīng)應(yīng)該在充電控制器設(shè)計(jì)中予以重視。實(shí)際上，充電控制器在近年采取得了長(zhǎng)足的發(fā)展，一個(gè)明顯的標(biāo)志就是世界上大多數(shù)的半導(dǎo)體廠商大都出品了自己的充電器芯片，有的還帶有中央處理器（即CPU）。綜上所述，盡管已經(jīng)有了多種充電方法，而且也有一定的效果，然而大多忽略了一個(gè)重要事實(shí)，即充電電池并不是工作于理想狀態(tài)，每個(gè)電池都有自己獨(dú)特的個(gè)性.確切地說(shuō)每個(gè)充電電池都有自己有別干其它甚至是同類(lèi)電池的充放電曲線，該曲線甚至在充電過(guò)程中還足動(dòng)態(tài)變化的，這就意味著好的充電控制模式應(yīng)該是變化的，而且應(yīng)該與電池的充放電曲線變化一致才是最佳的。事實(shí)上，每個(gè)電池在充電的任意時(shí)刻總存在一個(gè)最佳的充電電流和充電模式的，問(wèn)題是我們?nèi)绾尾拍鼙平@個(gè)暈佳值。以下介紹一些較好的自適應(yīng)控制智能快速電沁充電器控制方法的思路要點(diǎn)。.總體控制方法：采用了正負(fù)（包括O脈沖）脈沖作為對(duì)電池的充放電控制波形，其中正脈沖為充電脈沖，負(fù)脈沖為放電脈沖，O脈沖間于充電與放電脈沖間，表示充放電的休止期。事實(shí)上，上述三種脈沖在后面講的控制過(guò)程中都有可熊時(shí)間長(zhǎng)度為0,比如，O脈沖和負(fù)脈沖的時(shí)間周期為時(shí)，總體控制波形仿真限壓充電模式：而特定的組合脈沖形式又可以仿真為恒流充電等?？傊?，通過(guò)調(diào)整這種波形可以仿真幾乎所有的充電波形和充電模式；.采集的信息：在本方法中，采集的信息包括：正脈沖期間的充電電流大小及其隨時(shí)間的變化：負(fù)脈沖期間的放電電流及其隨時(shí)間的變化量：電池溫度及其隨時(shí)間的變化量，電池電壓及其隨時(shí)間的變化量。這些信息是我們用于學(xué)習(xí)和控制的第一手材料，通過(guò)對(duì)他們的分析可以估算電池的內(nèi)阻，進(jìn)而計(jì)算出電池當(dāng)前所處的狀態(tài)等；充滿(mǎn)判斷規(guī)則：對(duì)充電電池是否在充電過(guò)程中已充滿(mǎn)的判斷是充電器的重要指標(biāo)，如果電池未充滿(mǎn)而錯(cuò)判為充滿(mǎn)將導(dǎo)致電池欠充，反過(guò)來(lái)則將導(dǎo)致電池過(guò)充，兩種情況都對(duì)電池的壽命有重大影響。綜合起來(lái)，判斷規(guī)則有如下幾種：?定時(shí)控制；?電壓控制(含最高電壓：電壓負(fù)增量：電壓零增量等)；?溫度控制(包括最高溫度，最高溫升：溫度變化率等)；?電流控制等。較好的辦法是采用綜合判斷方法，對(duì)每個(gè)指標(biāo)進(jìn)行跟蹤，并按模糊數(shù)學(xué)原理分別記分，按照置信度做出最佳判斷。下面說(shuō)明本方法的特點(diǎn)：充電技術(shù)能自適應(yīng)地動(dòng)態(tài)調(diào)整充電脈沖各參數(shù)值，使電池充電曲線與電池當(dāng)前的充放電曲線一致，由于該曲線是變化的，所以充電脈沖也是不斷變化和調(diào)整的；終止充電策略可能的情況下采用下模糊數(shù)學(xué)原理，充電器具體穩(wěn)定可靠的特點(diǎn)，使充電不至錯(cuò)判，從而大幅度提高充電器的可靠性；本技術(shù)對(duì)電池類(lèi)型沒(méi)有要求，也就是說(shuō)本充電技術(shù)可同時(shí)對(duì)鉛酸、竦鎘、銀鋅、竦氫或鋰電池充電，而且充電效果并不因?yàn)殡姵仡?lèi)型的不同而有所差異；更進(jìn)一步，本技術(shù)對(duì)電池的當(dāng)前狀態(tài)也有要求，即只要電池沒(méi)有短路或者斷路，都可以對(duì)電池進(jìn)行正常充電，所以本充電技術(shù)還可對(duì)性能有所下降的電池有恢復(fù)或治愈的功能；由于采用了自適應(yīng)控制立法，對(duì)電池?zé)o傷害，更加上上面4點(diǎn)，本技術(shù)可延長(zhǎng)電池的使用壽命。實(shí)際民用竦氫電池的充電方式，因考慮到成本、便攜、可靠等方面的要求，大多仍采用分段恒流充電控制方式。八、品質(zhì)檢查與包裝本項(xiàng)目流程圖(略)所有組合后的電池，都應(yīng)先進(jìn)行常規(guī)容量等性能檢測(cè)，然后按以下步驟嚴(yán)格檢測(cè)是否有失控，或達(dá)不到要求的情況：電池組短路時(shí)，系統(tǒng)斷電保護(hù)可靠性電池長(zhǎng)時(shí)間過(guò)充電時(shí)，系統(tǒng)斷電保護(hù)可靠性電池放電終