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镍氢动力电池与电动汽车机电工程学院机械设计制造及其自动化专业摘要电动汽车是指以车载电源为动力,用电机驱动车轮行驶,符合道路交通、安全法规各项要求的车辆由于对环境影响相对传统汽车较小,其前景被广泛看好在当前提出的电动汽车动力技术中,镍氢动力电池技术已经完全成熟,综合优势最为突出关键词新能源;效率高;环保引言早在19世纪后半叶的1873年,英国人罗伯特·戴维森(RobertDavidson)制作了世界上最初的可供实用的电动汽车戴维森发明的电动汽车是一辆载货车,长4800mm,宽1800mm,使用铁、锌、汞合金与硫酸进行反应的一次电池21世纪是人类社会面临能源短缺和环境污染治理的挑战时代在全球汽车市场,节能、环保已经成为技术创新的重要方向,新能源汽车的研发成为国内外汽车企业抢占未来的技术制高点,尤其是电动汽车的发展已成为世界汽车产业发展的大趋势电动汽车的工作原理蓄电池——电流——电力调节器——电动机——动力传动系统——驱动汽车行驶电动汽车的种类纯电动汽车BEV、混合动力汽车HEV、燃料电池汽车FCEV与传统汽车相比,电动汽车具有传统汽车无法比拟的优势电动汽车的优点1.零排放或近似零排放 2.减少了机油泄露带来的水污染 3.降低了温室气体的排放 4.提高了燃油经济性 5.提高了发动机燃烧效率 6.运行平稳、无噪声普通汽车、纯电动车、混合动力车和燃料电动车的比较见表1表
1、普通汽车与新能源汽车的比较从上述表格对比中我们可以得出,混合动力车是综合优势最高的混合动力车对动力电池的要求很高动力电池一般指具有较高的输出功率能力,可用作电动车辆驱动电源的二次电池一般情况下,混合动力汽车车用动力电池进行的是频繁、浅度的充放电循环在充放电过程中,电压、电流有较大的变化针对这种使用特点,混合动力系统对电池有以下特别要求
(1)大功率充放电能力质量比功率和体积比功率是衡量蓄电池快速充放电能力的指标,相对于比能量要求,混合动力汽车对比功率要求更高
(2)高充放电效率动力电池中能量的循环必须经过充电——放电——充电的循环,高的充放电效率对保证整车效率具有至关重要的作用
(3)相对稳定性动力电池应当在快速充放电和充放电过程变工况的条件下保持性能的相对稳定,使其在动力系统使用条件下能达到足够的充放电循环次数评价混合动力汽车车用动力电池技术的指标主要有以下几点
(1)质量比功率(W/kg)电池的质量比功率代表每千克质量的电池能提供的功率它的大小决定电池所能输出的最大功率,标志着汽车的加速性能和最高车速在混合动力汽车中,电池的比功率是最关键的因素
(2)质量比能量(Wh/kg)标志着纯电动模式下的续驶能力
(3)循环次数动力电池的工作是一个不断充电——放电——充电——放电的循环过程,动力电池的工作循环次数是衡量动力电池寿命的重要指标,对动力电池的使用有直接影响
(4)经济性电池的经济性,是指电池的成本
(5)安全性电池系统在车载条件下,其在技术方面还要保证电池安全性,不能发生燃烧、爆炸等危险6可靠性从目前的实际应用中,模块电池单元由于在电池能量包中组合数较少,其可靠性高于电池单体所组合的能量包,但模块电池单元的制造技术和控制手段,远较电池单体为高7环境友好性电动汽车用电池系统必须符合清洁能源的发展宗旨目前,当前已开发的主要动力蓄电池综合性能如表2所示表2当前已开发的主要动力蓄电池综合性能安全、技术、经济性、环境友好性比较从以上表中,不难发现,在混合电动汽车方面,镍氢动力电池是目前综合性能最好的电池体系镍氢(MH-Ni)电池是二十世纪九十年代发展起来的一种新型绿色电池,具有高能量、大功率、长寿命、无污染等特点镍氢电池的诞生应该归功于贮氢合金的发现早在20世纪六十年代末,人们就发现了一种新型功能材料贮氢合金,储氢合金在一定的温度和压力条件下可吸放大量的氢,因此被人们形象地称为“吸氢海绵”其中有些储氢合金可以在强碱性电解质溶液中,反复冲放电并长期稳定存在,从而为我们提供了一种新型负极材料,并在此基础上发明了镍氢电池镍氢电池材料主要由电极材料,电解液,金属材料及隔膜组成正负极及电解液材料上不同工艺的差异是电池有不同的性能正极材料决定了电池的容量,负极材料决定了大电流或高压工作时,电流充放电的稳定性目前,正极材料多用高密度氢氧化镍,负极材料为贮氢合金镍氢电池是一种碱性电池,负极采用由储氢材料作为活性物质的氢化物电极,正极采用氢氧化镍(简称镍电极),电解质为氢氧化钾水溶液,充放电时的电化学反应如充电时正极反应NiOH2+OH-→NiOOH+H2O+e-负极反应M+H2O+e-→MH+OH-总反应M+NiOH2→MH+NiOOH放电时正极NiOOH+H2O+e-→NiOH2+OH-负极MH+OH-→M+H2O+e-总反应MH+NiOOH→M+NiOH2上式中M代表储氢合金,MH代表吸附了氢原子的金属氢化物工作原理为充电的时候,正极发生NiOH2→NiOOH的转变,负极则发生水分解反应,合金表面吸附氢生成氢化物放电过程是充电过程的逆反应,即正极发生NiOOH转变为NiOH2,负极储氢合金脱氢,在表面生成水结论镍氢电池体系具备较好的综合性能,包括技术性能、经济性能、汽车安全性能,并获得长期的、广泛的实证在未来,电动汽车一定会有长足的发展,具有优越性能的镍氢电池系统会得动更加广泛的应用,并在技术上得到进一步发展参考文献
[1]陈全世齐占宁等混合动力和燃料电池汽车技术及其发展《轻型汽车技术》2002第9期
[2]百度百科
[3]李晓丹新能源汽车发展现状及应用前景《中国能源》2009第8期
[4]皇甫益新能源汽车用镍氢动力电池简介类别能源效率排放补充燃料功率重量行驶里程配套设备普通汽车低污染严重方便大轻400完善纯电动车最高无污染不方便小重300不完善混合动力车较高污染很小方便大重500完善燃料电动车高无污染不方便小一般300不完善电池型号质量比能量Wh/kg质量比功率W/kg循环次数(次)安全性经济性环境友好性综合传统铅酸电池30-3580—110200~300高高低差镍镉电池33-4745-65500高高低差HEV用镍氢电池40~60800~13501000高高-中高好常规锂离子电池100-130800—13001000低低中差新型磷酸铁锂电池85-100600-13001000中-低中-低中中-低。