电动汽车动力电池4.pptx

新能源汽车专业规划教材“十二五”职业教育国家规划教材 第5章 锂离子动力电池及其应用 第4章 碱性动力电池及其应用 第6章 用于电动汽车的其他动力源 第2章 电动汽车动力电池基本知识 第1章 电动汽车与动力电池发展历程 第7章 电动汽车电源管理系统 第3章 铅酸动力电池及其应用目录【引入】碱性电池包含的电池类型广泛，现阶段在电动车辆上应用最多的是镍氢电池。该种电池技术成熟、比功率大、无记忆效应，是产业化生产的混合动力电动汽车用动力电池的主体，也是至今量产的电动汽车中应用量最大的电池种类。本章将重点介绍镍氢电池的结构、工作原理、充放电特性以及储氢合金的基本特性。本章学习目标1.掌握镍镉电池储能结构及原理2.掌握镍氢电池储能结构及原理3.掌握镍氢电池在电动汽车上的应用第4章 碱性动力电池及其应用1.碱性动力电池的储能原理与结构2.碱性动力电池的性能及检测3.碱性动力电池的应用12镍氢电池结构及储能原理镍镉电池结构及储能原理1.碱性动力电池的储能原理与结构学习目的镍镉电池结构及储能原理镍镉电池(Ni-Cd，Nickel—Cadmiun Battery)因其碱性氢氧化物中含有金属镍和镉而得名。图4-1镍镉电池结构示意图镍镉蓄电池的正极材料为球形氢氧化镍，充电时为NiOOH,放电时为Ni(OH)2。负极材料为海绵状金属镉或氧化镉粉以及氧化铁粉，氧化铁粉的作用是使氧化镉粉有较高的扩散性，增加极板的容量。电解液通常为氢氧化纳或氢氧化钾溶液，为了增加蓄电池的容量和循环寿命，通常在电解液中加入少量的氢量的氢氧化锂（大约每升电解液加15~20g）。正极充放电反应为负极充放电反应为电池总反应为(1)镍电极反应机理镍电极充电时，首先是电极中Ni(OH)2颗粒表面的Ni2+失去电子成为Ni3+，电子通过正极中的导电网络和集流体向外电路转移；同时Ni(OH)2颗粒表面晶格OH－中的H+通过界面双电层进入溶液，与溶液中的OH－结合生成H2O。上述反应先是发生在Ni(OH)2颗粒的表面层，使得表面层中质子H+浓度降低，而颗粒内部仍保持较高浓度的H+。由于浓度梯度，H+从颗粒内部向表面层扩散。镍电极充电时，由于质子H+在NiOOH／Ni(OH)2，颗粒中扩散系数小，颗粒表面的质子浓度降低，在极限情况下会降低到零，这时表面层中的NiOOH几乎全部转化为NiO2。电极电势不断升高，反应如下:由于电极电势的升高，导致溶液中的OH-被氧化，发生如下反应:因此,在充电过程中．镍电极上会有O2析出，但这并不表示充电过程已全部完成。通常情况下，在充电不久时镍电极就会开始析氧，这是镍电极的一个特点。在极限情况下,表面层中生成的NiO2并非以单独的结构存在于电极中，而是掺杂在NiOOH晶格中。NiO2不稳定，会发生分解，析出氧气。(2)镉电极的反应机理镍镉电池的负极活性物质是海绵状金属镉，放电产物是难溶于KOH溶液的Cd(OH)2。镉电极的放电反应机理是溶解一沉积机理，放电时Cd被氧化，生成Cd(OH)3－进入溶液，然后再形成Cd(OH)2沉积在电极上。Cd(OH)3－在碱液中的溶解度为9×10-5mol/L，该浓度可以使镉电极具有较高的反应速率，这也是镍镉电池能够高倍率放电的主要原因。 电极的放电机理为首先发生OH－的吸附:随着电板电势不断升高，镉进一步氧化，生成Cd(OH)3－进入溶液:当界面溶液中Cd(OH)3－过饱和时，Cd(OH)2就沉积析出:生成的Cd(OH)2附着在电极表面上，形成疏松多孔的Cd(OH)2，有利于溶液中的OH－继续向电极内部扩散，使内部的海绵状镉也通过溶解沉积过程转化为Cd(OH)2实现内部活性物质的放电。镍氢电池结构及储能原理镍氢(MH-Ni)电池是在Ni-Cd电池的基础上发展起来的，相对于镍镉电池，其最大的优点是环境友好．不存在重金属污染。民用镍氢电池又是以航天用高压镍氢电池为基础，由于高压镍氢电池采用高压氢，而且还需要用贵金属作催化剂，这就很难为民用所接受。自20世纪70年代中期，研究者开始探索民用的低压氢镍电池。镍氢电池于1988年进入实用化阶段，1990年在日本开始规模生产。目前，以储氢合金为负极材料的镍氢电池能满足混合动力电动汽车所要求的高能量、高功率、长寿命和足够宽的工作温度范围要求动力电动汽车动力电池市场的主流产品，同时该类电池也已经广泛地应用在电子工具、电动自行车等日常生活用品上。1.镍氢电池结构包括以镍的储氢合金为主要材料的负极板、具有保液能力和良好透气性的隔膜、碱性电解液、金属壳体、具有自动密封的安全阀及其他部件。图示的圆柱形电池，采用被隔膜相互隔离开的正、负极板呈螺旋状卷绕在壳体内，壳体用盖帽进行密封，在壳体和盖帽之间用绝缘材质的密封圈隔开。储氢合金在进行吸氢／放氢化学反应(可逆反应)的过程中，也伴随着放热／吸热的热反应(可