混合动力电动汽车蓄电池的在线检测需求

1.基本介绍

蓄电池是将化学能直接转化成电能的一种装置,是可通过可逆的化学反应实现再充电的电池,通常是指铅酸蓄电池,属于二次电池。蓄电池的工作原理:充电时利用外部的电能使内部活性物质再生,把电能储存为化学能,需要放电时再次把化学能转换为电能输出,如生活中常用的手机电池等。

蓄电池用填满海绵状铅的铅基板栅(又称格子体)作负极,填满二氧化铅的铅基板栅作正极,并用密度为1.26~1.33g/mL的稀硫酸作电解质。电池在放电时,金属铅是负极,发生氧化反应,生成硫酸铅;二氧化铅是正极,发生还原反应,生成硫酸铅。蓄电池在用直流电充电时,两极分别生成单质铅和二氧化铅;移去电源后,它又恢复到放电前的状态,组成化学电池。铅蓄电池能反复充电、放电,它的单体电池电压是2V,一个或多个单体电池构成的电池组(简称蓄电池),最常见的电压是6V,其他还有2、4、8、24V蓄电池。例如,汽车上用的蓄电池(俗称电瓶)是6个铅蓄电池串联成12V的电池组。典型的汽车蓄电池如图2-62所示。

图2-62　典型的汽车蓄电池

对于传统的干荷铅蓄电池(如汽车干荷电池、摩托车干荷电池等)在使用一段时间后要补充蒸馏水,使稀硫酸电解液的密度保持在1.28g/mL左右;对于免维护蓄电池,其从开始使用直到寿命终止都不再需要添加蒸馏水。

2.构成原理

(1)化学原理

铅酸蓄电池的化学反应方程式如下。

总反应:

放电时:

负极:

正极:

充电时:

阴极:

阳极:

注意:充电时的阴极为放电时的负极。

(2)物理构成(www.xing528.com)

构成铅酸蓄电池的主要成分如下:

1)阳极板(二氧化铅,PbO2);

2)阴极板(海绵状铅,Pb);

3)电解液(稀硫酸);

4)电池外壳、盖(PP、ABS阻燃);

5)隔离板(AGM);

6)安全阀;

7)正负极柱。

3.内阻与容量关系

蓄电池内阻与容量之间的关系有两种含义:电池内阻跟额定容量的关系,以及同一型号电池的内阻跟荷电状态(StateOfCharge,SOC)的关系。

十多年前,人们曾经试图利用阀控密封铅酸蓄电池内阻(或电导)的变化去在线检测电池的容量和预测电池寿命,但未能如愿;人们对动力电池的大电流放电能力提出了越来越高的要求,这就要求尽可能降低电池内阻。因此,本书将进一步探索和阐明一些常用蓄电池内阻与容量之间的内在关系。

(1)阀控密封

当前,阀控密封铅酸蓄电池已逐步取代了开口式流动电解液铅酸蓄电池,广泛用于邮电通信电源、不间断电源、储能电源系统等;动力型阀控密封铅酸蓄电池也已广泛用于电动助力车。这些领域都要求在线检测蓄电池的荷电态。

(2)蓄电池的内阻跟荷电态的关系

蓄电池的SOC指的是电池可以放出的容量跟其额定容量的比值,这一数据对邮电通信电源系统和目前广泛使用的动力电池组十分重要。

雷凌使用的镍氢电池也是蓄电池的一种,镍氢电池可分为高压镍氢电池和低压镍氢电池,特点分别如下。

低压镍氢电池具有以下特点:1)电池电压为1.2~1.3V,与镍镉电池相当;2)能量密度高,是镍镉电池的1.5倍以上;3)可快速充放电,低温性能良好;4)可密封,耐过充/放电能力强;5)无树枝状晶体生成,可防止电池内短路;6)安全可靠,对环境无污染,无记忆效应等。

高压镍氢电池具有以下特点:1)可靠性强,具有较好的过放电、过充电保护性能,可耐较高的充放电率并且无树枝状晶体形成,具有良好的比特性,比容量为60A·h/kg(是镍镉电池的5倍);2)循环寿命长,可达数千次之多;3)与镍镉电池相比,全密封,维护少;4)低温性能优良,在-10℃时,容量没有明显改变。