镍氢电池的组成构造和工作原理（镍氢电池的应用特性）

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镍氢电池的结构

镍氢（Ni-MH）电池是由氢离子和金属镍合成的，电量储备比镍镉电池多 30%，比镍镉电池更轻，使用寿命也更长，并且对环境无污染，现主要应用于混合动力电动汽车。镍氢电池的缺点是价格比镍镉电池高得多，性能要比锂离子电池差一些。镍氢电池中的金属部分是金属氢化物，主要分为两大类，即 AB5 和 AB2。最常见的是 AB5，“A”表示稀土元素的混合物或者再加上钛（Ti ）；“B”则表示镍（Ni）、钴（Co）、锰（Mn），或者还有铝（Al）。一些含有多种成分的高容量电池，其电极主要由 AB2 构成，“A”表示钛（Ti）或者钒（V）；B 则表示锆（Zr）或镍（Ni），再加上一些铬（Cr）、钴（Co）、铁（Fe）和锰（ Mn ）。

镍氢电池结构图

镍氢电池的工作原理

镍氢电池是一种碱性电池，其负极采用由储氢材料作为活性物质的氢化物电极，正极采用氢氧化镍电极（简称镍电极），电解质为氢氧化钾水溶液。镍氢电池充电时，氢氧化钾电解液中的氢离子会被释放出来，由这些化合物将它吸收，避免形成氢气，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。

镍镉、镍氢电池的充电过程非常相似，都要求恒流充电，以防止电池过充电。充电器对电池进行恒流充电，同时检测电池的电压和其他参数。为避免损坏电池，电池温度过低时不能开始快速充电，当电池温度低于 10℃时，应转入涓流充电方式。而一旦电池温度达到规定数值后，必须立即停止充电。

镍氢电池型号说明

通常电池体上的 AAA、AA、C、D、N、F、SC 等标识都是美国型号标识。在我国，除了几种电池按“号”称呼之外，其他还是采用美国的命名方式。此外，二次锂电池的型号采用五位数（圆柱形）或六位数（方形）表示，如 14500、103450 等。

常见电池型号、尺寸对照见表 3-1。

序号	美国型号	我国俗称	尺寸（平头）
1	AAAA	AAAA	高度（ 41.5 ±0.5 ）mm ，直径（ 8.1 ±0.2 ）mm
2	AAA	7 号	高度（ 43.6 ±0.5 ）mm ，直径（ 10.1 ±0.2 ）mm
3	AA	5 号	高度（ 48.0 ±0.5 ）mm ，直径（ 14.1 ±0.2 ）mm
4	A	A	高度（ 49.0 ±0.5 ）mm ，直径（ 16.8 ±0.2 ）mm
5	SC	SC	高度（ 42.0 ±0.5 ）mm ，直径（ 22.1 ±0.2 ）mm
6	C	2 号	高度（ 49.5 ±0.5 ）mm ，直径（ 25.3 ±0.2 ）mm
7	D	1 号	高度（ 59.0 ±0.5 ）mm ，直径（ 32.3 ±0.2 ）mm
8	N	N	高度（ 28.5 ±0.5 ）mm ，直径（ 11.7 ±0.2 ）mm
9	F	F	高度（ 89.0 ±0.5 ）mm ，直径（ 32.3 ±0.2 ）mm

表 3-1 常见电池型号、尺寸对照表

平头电池是指电池正极是平的，没有凸起，主要适合做电池组点焊使用的电池芯。一般同等型号的尖头电池（可以用作单体电池供电的），在高度上比平头电池多 0.5mm。有些电池并不是 AAA 、AA 、A 、SC 、C 、D 、N 、F 等主型号，而是带有 1/3 、2/3 、1/2 、2/3 、4/5 、5/4、 7/5 等分数，这些分数表示电池体高度与标准型号电池高度的比值。例如， 2/3AA 表示电池高度是一般AA 型电池的 2/3 ；4/5A 表示电池高度是一般A 型电池的 4/5。

根据国际电工委员会（IEC）标准规定，镍镉和镍氢电池标识由以下五部分组成。

（ 1 ）电池种类：KR 表示镍镉电池；HF 表示方形镍氢电池；HR 表示圆柱形镍氢电池。

（2 ）电池尺寸：包括圆柱形电池直径 / 高度，方形电池宽度 /厚度/ 高度，各数值之间用斜杠隔开，单位为 mm。

（3 ）放电特性符号：L 表示适宜放电电流倍率在 0.5C 以内；M 表示适宜放电电流倍率在 0.5 ~ 3.5C 范围内；H 表示适宜放电电流倍率在 3.5 ~ 7.0C 范围内；X 表示电池能在 7 ~ 15C 的高倍率放电电流下工作。

（4 ）高温电池符号：用 T 表示。

（5 ）电池连接片种类：CF 代表无连接片；HH 表示电池带串联连接片；HB 表示电池带并联连接片。例如， HF18/07/49 表示方形镍氢电池，宽 18mm、厚 7mm、高 49mm；KRMT33/62CF表示镍镉电池，放电倍率在 0.5 ~ 3.5C 之间，高温系列单体电池，无连接片，直径 33mm、高度 62mm。

镍氢电池的应用特性

大功率的镍氢电池广泛应用于油电混合动力车辆中，最具代表性的例子是丰田普锐斯，该车使用了特别的充放电程序，电池充放电寿命可足够车辆使用十年。虽然镍氢电池的质量比锂离子电池大，但仍然有部分新能源汽车使用镍氢电池。从每个单体电池的电压来看，镍氢与镍镉电池的标称电压都是 1.2V。

镍氢电池的主要应用特性见表

序号	应用特性
1	质量比功率高，目前商业化的镍氢功率型电池能达到 1350W ·h/kg
2	循环次数多，目前应用在电动汽车上的镍氢动力蓄电池， 80% 放电深度（DOD）循环寿命可达 1000 次以上，为铅酸电池的 3倍以上；100%DOD 循环寿命在 500 次以上，在混合动力电动汽车中可使用 5 年以上
3	无污染，不含铅、镉等对人体有害的金属，为 21 世纪绿色环保电源
4	耐过充电和过放电、无记忆效应
5	使用温度范围宽，正常使用温度范围为 −30 ~ 55℃，储存温度范围为 −40 ~ 70℃
6	安全、可靠，在短路、挤压、针刺、安全阀工作能力、跌落、加热、耐振动等安全性和可靠性试验中无爆炸、燃烧现象