项目三 任务5 镍镉镍氢电池的工作特性（课件）《新能源汽车动力蓄电池系统构造与检修》同步精品课堂（机工版）

同步精品课程——中职专业课 项目三任务5 镍镉镍氢电池的工作特性 《新能源汽车动力蓄电池系统构造与检修》（第1版）机械工业出版社 1 学习目标 项目三任务5镍镉镍氢电池的工作特性 知识目标 能理解镍镉电池的特性。 能力目标 能掌握镍氢电池的特点。 情感目标 1.让学生认识到新能源汽车动力电池的重要性。 2.积极参与课堂，能够表达自己的观点和想法。 学习内容 01 1.能理解镍镉电池的特性。 2.能掌握镍氢电池的特点。 3.能分析镍氢动力电池的应用。 4.培养一丝不苟、严肃认真的工作作风。 新知学习 02 二、相关知识 镍镉、镍氢电池的工作特性 1、镍镉电池的特性 镍镉电池标称电压为1.2V，具有使用寿命长(可充放电循环1000次以上)、机械强度高、密封性能好、使用温度范围大(-40～+50℃)维护保养方便、能耐受大电流(高于正常使用电流的几倍乃至10倍)的瞬时冲击等优点。 1、镍镉电池的特性 (1)充放电性能 镍镉电池的标准电动势是1.299V，额定电压是1.2V，平均工作电压为1. 20～1. 25V。剐充完电的电池开路电压较高，可以到达1.4V以上，放置一段时间，正极不稳定的NiO2发生分解，开路电压会降低到1.35V左右。 (2)倍率持续放电特性 动力镍镉电池允许大电流放电而不会损坏，允许放电倍率在10C以上，但是大电流放电时，电压下降很快，电池可放出的能量下降。 新知学习 02 (3)高低温放电性能 温度升高时，镍镉电池的容量会增加，但温度超过50℃时，电池可能失效。 低温情况下，镍镉电池的容量下降。如-45℃以O.2C放电镍镉电池一般只能提供50%左右的额定容量；-18℃以3C放电一般可以放出30%以上的额定容量。 (4)耐过充电和过放电性能 镍镉电池具有很好的耐过充电和过放电能力。1C恒电流持续充电2h，或强迫过放电不超过2h，电池不会损坏。铅酸及锂离子电池在这种情况下，将产生永久的损坏。 新知学习 02 2、镍镉电池应用存在的问题 （1）记忆效应 镍镉电池长期不彻底充电、放电，易在电池内留下痕迹，降低电池容量，这种现象称为电池记忆效应。比如，镍镉电池长期只放出80%的电量后就开始充电，一段时间后，电池充满电后也只能放出80%的电量。 新知学习 02 记忆效应的出现主要是由于传统工艺中负极为烧结式，镉晶粒较粗，如果镍镉电池在完全放电之前就重新充电，镉晶粒容易聚集成块，造成Ni电极膨胀或生成不导电的Ni(OH)2，从而引起电池电压下降或容量减少，使电池放电时形成次级放电平台。镍镉电池会储存这一放电平台并在下次循环中将其作为放电的终点。同样在每一次使用中，任何一次不完全的放电都将加深这一效应，使电池的容量变得更低。 （2）环境污染 镉是镍镉电池的必备原材料，但有大量研究表明，在人体内，镉的半衰期长达730年，可蓄积50年之久，摄入或吸人过量的镉可引起肾、肺、肝、骨、生殖效应及癌症。基于环境保护的原因，许多发达国家已建议禁止使用镍镉电池。 新知学习 02 3、镍氢电池与镍镉电池的对比分析 同镍镉电池相比，镍氢电池具有以下显著优点： 1)能量密度高，同尺寸电池，容量是镍镉电池的1.5～2倍。 2)环境相容性好,无镉污染， 3)可大电流快速充放电，充放电倍率高。 4)无明显的记忆效应。 5)低温性能好，耐过充放能力强。 6)工作电压与镍镉电池相同，为1.2V。 镍氢电池的缺点是自放电与寿命不如镍镉电池。 新知学习 02 4、镍氢电池特性 （1）充电特性 充电特性曲线如图所示，该曲线大致可分为三段。 开始时电压上升较快，然后比较平坦，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，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，充电电压越低，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。 新知学习 02 4、镍氢电池特性 （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，是镍氢电池的重要性能指标。如下图所示。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0.9～1V，截止电压设定得太高,电池容量不能被充分利用，反之，则容易引起电池过放。 新知学习 02 （3）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下，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。 充电电流倍率增大，导致充电效率和放电容量降低；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；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；放电容量随放电终止电压的降低而增加。 新知学习 02 （4）内压 镍氢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。镍氢电池的内压是一直存在的，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。 （5）自放电和储存性能 电池的自放电主要是由电极材料、制造工艺、储存条件等多方面因素决定的，在2℃下，镍氢电池的月自放电率达到20%～25%。 镍氢电池的存放条件为：存放区应保持清洁、凉爽、通风；温度应在10—25℃之间，一般不应超过30℃；相对湿度以不大于65%为宜。 （6）温度特性 镍氢电池在中高温环境下，电池放电容量明显比低温时放电容量大。 （7）循环寿命 镍氢电池一般采用浅充浅放的应用机制，即SOC在40%～80%之间应用，因此电池的使用寿命已经可以达到5年以上,甚至达到10年以上。 新知学习 02 三、镍镉、镍氢电池的实际应用 1、应用概况 最早的碱性蓄电池是瑞典W.Jungner于1899年发明的镍镉电池(Cd-Ni)和爱迪生1901年明的镍铁电池(Fe-Ni)。20世纪70~80年代，镍镉蓄电池曾用作电动车辆的动力电池。但随着新技术的发展以及对金属镉造成环境危害和对人的危害的认识，其使用量逐年减少，以欧盟、美因为主的工业国家，已经出台法规或相关法律禁止镍镉电池的生产和应用。 新知学习 02 1984年荷兰飞利浦公司成功研制出LaNi5储氢合金用于制各镍氢电池(MH-Ni)，它成为取代镍镉电池的理想产品。20世纪90年代开始，镍氢电池在多种电子产品上广泛应用，并成为混合动力电池汽车的主流动力电源。目前丰田公司的PRIUS混合动力汽车和本田公司的CIVIC混合动力汽车都采用镍氢动力电池。 镍镉电池仅在某些领域，由于其特有的高功率特性和良好的低温性能仍在应用。如在航空领域用做飞机发动机起动及随航备用电源、电力装置开关瞬间分合闸和事故照明电源、铁路系统电力机车供电电源等。 新知学习 02 2、镍氢动力电池在电动汽车上的应用 镍氢电池能满足混合动力电动汽车高功率密度的要求，该类电池目前在混合动力电动汽车尤其是在日系车型中应用广泛，如丰田凯美瑞混合动力车、普锐斯、雷克萨斯CT200.本田思域CIVIC等。福特公司推出的Escape混合动力汽车也采用了额定电压在300V左右的镍氢电池组。 普锐斯的HV蓄电池采用的就是288V，6.5A·h的镍氢动力电池。该电池组可以通过发电机和电动机实现充放电，且输出功率大、重量轻、寿命长、耐久性好。 新知学习 02 重点：镍镉电池的特性 难点：镍氢电池的特点 新知学习 02 小试牛刀 03 1.镍镉电池在高低温环境下的工作温度范围是( ) A.-10℃~30℃ B.-20℃~40℃ C.30℃~50℃ D.-40℃~60℃ 答案：C.30℃~50℃ 2.镍镉电池的电解液在充放电过程中会发生什么变化( ) A.浓度显著降低 B.仅作为导体，浓度几乎不变 C.分解产生氢气 D.逐渐固化 答案：B.仅作为导体，浓度几乎不变 3.镍镉电池最突出的应用问题是( ) A.记忆效应和镉污染 B.能量密度过低 C.无法快速充电 D.电解液易泄漏 答案：A.记忆效应和镉污染 4.镍氢电池相比镍镉电池的核心优势是( ) A.成本降低50% B.完全无自放电 C.可在-60℃下工作 D.能量密度提高30%且环保 答案： D.能量密度提高30%且环保 小试牛刀 03 5.镍氢电池在电动汽车领域的核心应用场景是( ) A.纯电动车型长续航电池 B.混合动力车型辅助动力 C.氢燃料电池增程器 D.充电桩储能系统 答案：C.氢燃料电池增程器 6.镍镉电池的倍率放电特性表现为( ) A.仅支持低电流放电 B.内阻大导致电压骤降 C.放电电流与容量无关 D.高倍率放电时电压稳定 答案：D.高倍率放电时电压稳定 小试牛刀 03 7.放电电流与容量无关 ( ) A.100-200次 B.300-600次 C.800-1000次 D.1500次以上 答案：B.300-600次 8.下列哪种设备目前仍广泛使用镍镉电池( ) A.智能手机 B.笔记本电脑 C.航空应急电源 D.家用路由器 答案：C.航空应急电源 小试牛刀 03 课堂小结 04 1.镍镉电池标称电压为1.2V，具有使用寿命长(可充放电循环1000次以上)、机械强度高、密封性能好、使用温度范围大。 2.最早的碱性蓄电池是瑞典W.Jungner于1899年发明的镍镉电池(Cd-Ni)和爱迪生1901年明的镍铁电池(Fe-Ni)。 作业布置 05 (1)简述镍镉电池的特性。 (2)简述镍氢动力电池的应用。 感谢观看 $