CN1384559A - 用于改善单体电池一致性的镍氢电池组/块 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于改善单体电池一致性的镍氢电池组/块,属于镍氢电池组领域。其特征在于电池组/块是由多个单体电池组成,相邻单体电池的正负极柱形成电子通路,并用导线跟整个电池组的正负极柱分别相连形成整个电池组块的正负极;单体电池上方安放有半透膜,电池组/块内各单体电池共用一个安全阀,半透膜由PTEE或PE或PP材料制成,其孔率为20－60vol%,厚度为0.01－0.5mm,其孔为直通孔或弯曲孔。本发明设计的电池组/块能够平衡电池组/块中各个单体电池内压,起到保护“落后”单体电池作用,改善了单体电池的一致性。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于改善单体电池一致性的镍氢电池组/块，更确切地说，设计了一种适合于纯电动车和混合电动车等使用的镍氢电池组的结构，能够平衡电池/组块中各个单体电池的内压，起到保护“落后”单体电池的作用。本发明属于镍氢电池组领域。
背景技术
为满足功率和能量的要求，实际用于电动车时需要几百节单体电池串联，一般由十来个单体电池串联封装成一个电池块，再由若干个电池块串联成电池组。电池块中每个单体电池的性能往往不一致。这方面的原因有很多，它涉及到各种原材料和生产工艺、电池设计参数与加工设备精度、电池组合形式与使用环境条件、电池组管理方式与电池组充放电模式等很多方面。尽管在生产中最大限度地加以控制，组合时也经过严格挑选，但实际循环使用中由于种种原因电池块中各单体衰减速率不同仍会导致新的不均衡。镍氢电池负极除了比正极多出一部分放电态容量(充电预留量)外还要预留一部分充电态容量(放电预留量)，因而镍氢电池综合性能的均一性更难保证。由于不可避免的个体差异，在充放电过程中会因某一个“落后”单体电池的出现而导致整个电池组/块的电化学性能下降，尤其是高温或快速充放电过程将使电池组/块的内压升高和寿命缩短。镍氢电池组/块中一旦出现落后电池便进入恶性循环中，严重影响到电池组/块的整体性能，缩短了服务寿命，也间接地提高了电动车的运行成本。因此如何改善单体电池的一致性，使电池组/块内部各单体电池的电化学性能大体均衡，对于提高电池组/块的整体性能至关重要。
发明内容
本发明正是为解决上述问题，提出一种可改善单体电池一致性的结构，即设计了一种更适合于纯电动车和混合电动车使用的镍氢电池组的结构。
众所周知，镍氢电池是以氢氧化镍电极为正极，金属氢化物为负极，以氢氧化锂、氢氧化钾等溶液为电解液的密封蓄电池。由于电池充放电电极反应的结果，密封体系中含有氢气，充电后期含有氢气和氧气的混合气体。通常每个电池安装有一个安全阀，以便万一当电池内压达到某设定值时，释放电池内部气体，从而保证安全。
本发明的特征之一是在每个单体电池上部，即正负极柱之间安放3片只让气体透过而不能让电解液透过的半透膜，它由PTFE(聚四氟乙烯)或PE(聚乙烯)或PP(聚丙烯)材料制成，其孔隙率范围为20～60vol％，为弯曲孔或直通孔。厚度为0.01-0.5mm。
本发明的另一个特征是多个单体电池组成的电池组/块结构中，相邻的单体电池的正负极柱或通过导线焊接或通过双极性金属板形成电子通路，并用导线跟整个电池组/块的正负极柱分别连接。电池组/块内各个单体电池共用一个安全阀，当电池组/块的整体内压高于一个特定值时，安全阀自动打开。而不是每个单体电池都安装一个独立的安全阀。
以上两个结构特征，能够平衡电池组块中各个单体电池的内压，起到保护“落后”电池的作用，这是因为：
1.电池组/块充电后期负极会产生氢气。为防止过多的氢气导致内压过高，电池设计时负极比正极多留了一部分处于可充电态的容量。当电池组共用一个安全阀时，即使某一电池的可充电态容量较低，其中的氢气也会通过透气膜分散到其它的单体电池并被消耗，不会导致内压上升。
2.电池组/块放电后期负极合金可能被强制氧化。为防止出现这种情况，电池设计时负极比正极又多了一部分处于可放电态的容量，当电池组共用一个安全阀时，即使某单体电池的可放电态容量较低，在平衡态氢气压力的作用下，体系也会自发地向该单体补充氢气，这相当于增加了该单体电池的可放电态容量，从而避免它的负极合金被氧化。
3.电池组/块整体耐压能力提高。如果某个单体电池由于氧气、氢气或是氢氧混合气体引起内压升高，气体会通过半透膜分散到整体电池组/块内其它的单体电池中并被消耗，气体多的单体就不会因此而排气，从而避免了由此引起的电池内阻增加和电池寿命缩短。
4.电池组/块内各单体电池电解液的贫液程度会趋于一致，有利于电池内阻和充放电电压的一致。在富液的单体电池中，气体复合速度低，其中的氧气和氢气会更多地逸出使水减少，气体更多地在富液程度低处复合使水增加。
5.电池组/块内温度分布会更加均匀，避免热失控。充电后期当某单体电池正极实际可充容量低时会较早地析出氧气，氧气在该单体内复合会使温度升高而导致正极析氧更严重，即温度更高，充电效率更低。负极也会因温度升高导致贮氢合金有效吸氢量降低，内压升高，氧化也会更严重。公用安全阀使氧气也在其它的正常电池(即尚未大量析氧的电池)中复合，从而降低了“落后电池”的内部温度，提高了其正极的充电效率和负极的有效贮氢量，即同等条件下增加了正负极的有效容量。该电池不会进入容量低—析氧多—温度高—析氧更多—温度更高(“热失控”)—充电效率更低—容量更低的恶性循环。
6.单体电池不单独设安全阀，整个电池组/块仅设一个公共安全阀，因此在一组/块电池中只需一个压力传感器即可监控整个电池组/块的内压，这样同时还降低了电池组/块的重量，提高了电池组/块的比特性，也降低了体系的成本。当整体内压高于一个特定值时，安全阀自动开启。
本发明所涉及的单体电池为方形或圆柱形，电池组/块由多个单体电池串联组成，单体电池之间有电子通路，每个单体电池上方安装有只透气不透水或电解液的半透膜，可以平衡整个电池组/块内各单体电池的内压，相关容量和水份，从而使得该电池组/块中单体电池的一致性得到改善。电池外壳用不锈钢或塑料制成。构成电池组/块的多个单体电池与外壳间有弹性绝缘垫板，以保证单体电池间的良好接触并使电池组/块固定。
附图说明
图1是本发明涉及的单体方形电池结构示意图。
图2是由多个图1所示的单体方形电池串联而构成的电池组/块的结构示意图。
图中：
1—单体电池外壳 2—单体电池正极
3—单体电池负极 4—半透膜
5—电池组/块正极 6—电池组/块共用一个安全阀
7—电池组/块负极 8—电池组/块外壳
9—弹性绝缘垫板
具体实施方式
下面通过实施方式进一步说明本发明的实质性特点和显著进步。
实施例1
多个单体电池的外形如图1所示，在其上方正负极柱之间有一半透膜，它由三片PTFE材料构成，其孔率为45％，直通孔，其厚度为0.2mm，它只能让氢气或氧气通过，而不让电解液或水份通过。由六个单体方形电池正负极相连形成电子通路，最后与位于外壳上正负极5、7分别相连，在正负极之间设有安全阀。外壳由不锈钢制成。电池与外壳之间有绝缘多孔泡沫材料充填，以压紧电池组/块内单体电池，使它们之间相互紧密接触，具体结构如图2所示。
实施例2
单体电池为圆形，单体电池上方的半透膜是由PE材料制成，含孔率为30％的弯曲孔，它由8个单体电池组成电池组/块，安放在圆形工程塑料制成的外壳中，8个单体共用一个安全阀，其余如实施例1。
Claims (5)
1.一种用于改善单体电池一致性的镍氢电池组/块，由多个单体电池组成，相邻单体电池的正负极柱形成电子通路，并用导线跟整个电池组的正负极柱分别相连形成整个电池组块的正负极，其特征在于：
(1)单体电池上方安放有半透膜；
(2)电池组/块内各个单体电池共用一个安全阀。
2.按权利要求1所述的用于改善单体电池一致性的镍氢电池组/块，其特征在于所述的半透膜是由PTFE或PE或PP材料制成的，其孔率为20-60vol％；半透膜厚度为0.01-0.5mm。
3.按权利要求2所述用于改善单体电池一致性的镍氢电池组/块，其特征在于半透膜上的孔或为直通孔或为弯曲孔。
4.按权利要求1所述用于改善单体电池一致性的镍氢电池组/块，其特征在于单体电池或为方形或为圆柱型。
5.按权利要求1所述用于改善单体电池一致性的镍氢电池组/块，其特征在于所述的电池组/块的外壳或方形或圆柱形；在外壳与构成电池组/块的单体电池之间有弹性绝缘垫板。
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