資料介紹
文章描述了鎳氫電池充放電原理和特性的分析,并根據鎳氫電池充放電管理需求,提出了一種基于C8051F單片機對多節鎳氫電池串聯電池組進行綜合監測和管理的方案,通過設計:實現了新型電池管理電路,包括完整的硬件和軟件解決方案。
隨著中國煤炭工業的發展和礦山裝備技術的進步,我國對煤礦甲烷安全監控系統,運輸監控系統,應急救援系統等使用的后備電源的設備要求越來越高,尤其是其安全特性。作為煤礦用后備電源的重要的組成之一,鎳氫電池無論在安全性上,還是可靠性,成本等方面,都具有較大優勢。鎳氫電池組是一個串聯的組成系統,其中任何單節電池損壞必將影響整個電池組,如何在保證鎳氫電池安全性能的同時,發揮電池自身最大的能量效率,這是礦用鎳氫電池管理系統研究和設計的方向。
1鎳氫電池充放電原理
鎳氫電池(金屬氫化物鎳蓄電池)采用儲氫合金,在充電的時候可以存儲數大量的氫氣形成金屬氫化物,將電能轉換為化學能;放電的時候又能將存儲的氫氣釋放,將化學能轉換為電能。其基本電化學反應為:Ni(OH)2+M〈=〉NiOH+MHab(式中:M為儲氫合金,Hab為吸收的氫氣)。
在電池充電后期和充電結束時,還伴隨發生下列反應:
基于以上3個電化學反應,鎳氫電池的充放電表現如下特性:
1)充電電流取決于電池容量C.充電電流過大會使電池內部壓力升高較快,電池自身的安全閥打開,電池漏液,引起安全問題。在設計中,充電電流宜取0.1C.
2)電池充電飽和后,極板上的物質已經全部中和,電池電壓不再上升而是略有下降。此時,若繼續大電流充電,將會大大影響電池的壽命,此時的電壓稱為充電終止電壓,一般單節電池不超過1.5 V.充電終止電壓與電流充電率、環境溫度、電池生產工藝等因素有關。
3)電池放電結束后,極板上的活性物質已經全部消耗。如果繼續對外放電,會造成負極析出的氫氣無法中和,電池內部壓力上升,安全閥打開,對外析氫,引起安全問題。
20節串聯鎳氫電池的充放電曲線如圖1所示。
圖1鎳氫電池組充放電曲線
根據鎳氫電池的充放電特性,設計了一種新型的智能型鎳氫電池組管理電路,能夠支持多達20節鎳氫電池串聯的電池組管理,能夠實現對單節電池和整體電池組的有效檢測與控制,可以更高效,更安全的完成鎳氫電池的充放電管理功能。
隨著中國煤炭工業的發展和礦山裝備技術的進步,我國對煤礦甲烷安全監控系統,運輸監控系統,應急救援系統等使用的后備電源的設備要求越來越高,尤其是其安全特性。作為煤礦用后備電源的重要的組成之一,鎳氫電池無論在安全性上,還是可靠性,成本等方面,都具有較大優勢。鎳氫電池組是一個串聯的組成系統,其中任何單節電池損壞必將影響整個電池組,如何在保證鎳氫電池安全性能的同時,發揮電池自身最大的能量效率,這是礦用鎳氫電池管理系統研究和設計的方向。
1鎳氫電池充放電原理
鎳氫電池(金屬氫化物鎳蓄電池)采用儲氫合金,在充電的時候可以存儲數大量的氫氣形成金屬氫化物,將電能轉換為化學能;放電的時候又能將存儲的氫氣釋放,將化學能轉換為電能。其基本電化學反應為:Ni(OH)2+M〈=〉NiOH+MHab(式中:M為儲氫合金,Hab為吸收的氫氣)。
在電池充電后期和充電結束時,還伴隨發生下列反應:
基于以上3個電化學反應,鎳氫電池的充放電表現如下特性:
1)充電電流取決于電池容量C.充電電流過大會使電池內部壓力升高較快,電池自身的安全閥打開,電池漏液,引起安全問題。在設計中,充電電流宜取0.1C.
2)電池充電飽和后,極板上的物質已經全部中和,電池電壓不再上升而是略有下降。此時,若繼續大電流充電,將會大大影響電池的壽命,此時的電壓稱為充電終止電壓,一般單節電池不超過1.5 V.充電終止電壓與電流充電率、環境溫度、電池生產工藝等因素有關。
3)電池放電結束后,極板上的活性物質已經全部消耗。如果繼續對外放電,會造成負極析出的氫氣無法中和,電池內部壓力上升,安全閥打開,對外析氫,引起安全問題。
20節串聯鎳氫電池的充放電曲線如圖1所示。
圖1鎳氫電池組充放電曲線
根據鎳氫電池的充放電特性,設計了一種新型的智能型鎳氫電池組管理電路,能夠支持多達20節鎳氫電池串聯的電池組管理,能夠實現對單節電池和整體電池組的有效檢測與控制,可以更高效,更安全的完成鎳氫電池的充放電管理功能。
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