可充镍氢电池及应用简介

可充镉镍、氢镍电池及应用简介

1 可充镉镍(Cd－Ni)、镍氢电池（Ni－MH  rechargeable battery）简述

1.1 可充电池（rechargeable battery）与一次电池（primary cell）

  （1） 可充电池是指可以反复充电、放电的电池，也称二次电池，或蓄电池。

可充电池一般常用的有：镉镍电池、镍氢电池、铅酸电池、锂离子电池、锌镍电池、铁镍电池等系列电池。

  （2） 一次电池即干电池，也称原电池，一般常用的有：锌锰电池、锌银电池、碱性锌锰电池，一次锌镍电池等系列电池。

1.2 可充镉镍、镍氢电池：（金属氢化物－镍电池Ni－MH电池）

  电池的组成：电池由电极（Electrode）、电解液（Electrolyte）、隔膜（Saparator）、外壳（Outer shell）组成。

即：正极（Cathode）用氢氧化镍、钴，负极（Anode）用贮氢合金粉，电解液用氢氧化钾，隔膜用尼龙布，外壳用镀镍钢壳制造而成的碱性蓄电池。镉镍电池负极为氧化镉、电解海绵镉，其余部分同氢镍电池。

1.3 可充镉镍、镍氢电池的分类

  （1）可充镍氢电池按极板分类：烧结式镉镍、镍氢电池、发泡式镉镍、镍氢电池。

烧结式镉镍、镍氢电池：极板通过烧结的办法制造而成，生产工艺复杂，高倍率、超高倍率放电性能好，高低温性能好，但成本较高。广泛应用于航空航天、军用等。

 发泡式镉镍、镍氢电池：采用高孔率发泡镍为基体填充活性物质的办法制造而成。生产工艺简单，电池容量高，成本低，广泛使用于电动工具，消防应急照明，家用电器等众多、民用领域。

（2）电池的外形分类：圆柱形，方形，扣式等；

（3）按电池的放电倍率分类：中倍率型、高倍率型、超高倍率型等。

1.4  镉镍、镍氢电池主要技术性能

1.4.1 镉镍、镍氢电池容量（Capacity）

额定容量（rated capacity）是指制造商标明的、在一定条件下电池应释放出的最低容量。

按照定义： 容量＝时间×电流………………………………………①

即：充电容量（charge capacity）＝充电时间×充电电流………②

    放电容量（discharge capacity）＝放电时间×放电电流……③

上面①、②、③式中容量用C来表示，单位为安时（Ah）或毫安时（mAh）；充放电时间用h表示，单位为小时；充放电电流用安培（A）或毫安培（mA）表示。

镉镍、镍氢电池的额定容量是指以5小时率放电的容量，以C₅表示。

例如：镉镍、镍氢电池的额定容量考核：以0.1 C₅A恒流充电14～16小时（充电容量一般按照额定容量的120%来计算），搁置15～30分钟，然后再以0.2C₅A恒流放电到终止电压1.0V/只的容量。

例：AA1500mAh镍氢电池，用0.5C₅A充电，

    充电电流＝0.5×1500＝750mA

    充电电量＝1500mAh×120%（即1.2倍）＝1800mAh

              充电容量（mAh）      1800mAh

充电时间（h）=   =  = 2.4h即144min                 

              放电容量（mAh）       750mA

倍率：指充电、放电电流的大小，以额定容量的倍数来表示。

例如：0.1C₅A、0.2C₅A、0.5C₅A、1C₅A……

现行新的IEC、GB/T 15100标准，改为I_tA表示，I_tA等同于C₅A。

一只AA1500mAh镍氢电池，以0.5C₅A恒流充电，充电电流为750mAh。0.5C₅A俗称为0.5倍率。

1.4.2 镉镍、镍氢电池的电压

镉镍、镍氢电池的标称电压（normal voltage）每只为1.2V。

组合电池组电压＝1.2V×组合电池只数

镉镍、镍氢电池组合一般以串联组合，不提倡并联组合，因为单体电池存在着一定的差异，如容量不一、容量的差异导致电池温度的差异，电池温度的差异，导致电压的差异，电压差异导致放电电压高的电池的电流向放电电压低的电池倒灌，造成并联电池不一致，从而导致电池组使用不安全性。

电池的电压包括充电电压、开路电压、闭路电压、放电电压、工作电压、平台电压、标准电压、终止电压。

标称电压：镍氢电池1.2V/只  镉镍电池1.2V/只  锌锰电池1.5 V/只

          铅酸电池2.0 V/只  锂离子电池3.6 V/只

充电电压（Charge voltage）：电池充电过程中，电池充电电压的最大值。电池电压随充电电流而变化，充电电流越大，充电电压越高，反之亦然。

终止电压（cut off  voltage）：电池放电到放电截止时间的电压，随放电电流大小而变化。

如：

1.4.3 自放电（荷电保持能力）（self discharge）

镉镍、镍氢电池在没有外部电流放电的条件下，可充电电池自身容量的释放。

自放电考核测试：电池以0.1C₅A恒流充电14～16小时，开路搁置28昼夜后，以0.2C₅A恒流放电至1.0V终止电压，放电时间要求≥3小时为合格。

1.4.4 循环寿命（cycle life）

按照GB/T 15100-94国家标准所给出的循环寿命测试方法，镍氢电池的循环寿命应≥500次；循环是指（充放电）一次，即充电一次，放电一次。当放电容量低于额定容量的60%时寿命即终止。

按照IEC标准和国标来考核电池的循环寿命，时间较长，为此，生产镉镍、镍氢电池的厂家和使用镉镍、镍氢电池的厂家，目前采用的方法为加速循环寿命测试方法；按照中国电池工业协会2000年的镉镍、镍氢电池的测试方法：1C₅A恒流充电72分，搁置15～30分，1C₅A恒流放电1.0V/只，为一次循环，循环寿命要求300次；要求当放电容量低于额定容量的60%时，寿命即终止。

1.4.5 电池的内阻（mΩ）（internal resistance）

镉镍、镍氢电池的内阻主要是由电池的电化学极化、浓差极化、欧姆极化所引起，该指标主要取决于电解液的多少，与电解液，隔膜，正负极板，配件等有关，同型号、同容量的电池，内阻值大，表明电池电性能差；反之，内阻值小，表明电池电性能好。

内阻测试：电池以0.1C₅A恒流充电14～16小时后，搁置60分钟测试。

AA1200mAh—AA1800mAh 电池≤30mΩ

AAA500mAh—AAA800mAh 电池≤40mΩ

电池的性能还包括：高温性能、低温性能、过充电性能、恒压充电能力、充电接收能力、冲击振动性能等。上述性能测试除外有规定外，电池电性能测试均在环境20±5℃，相对湿度65±20%的条件下进行。

注：除别有规定外，所有的电池电性能测试都以工厂交会付给客户一个月内测试为准。

2  镉镍、氢镍电池的国家标准

2.1 GB/T15100—94

   该标准包含了圆柱形镍氢电池的测试标准；分为高倍率、中倍率、低倍率、超高倍率放电性能。

2.2 GB/T11013—1996

    该标准包含了圆柱形镉镍电池的技术标准和测试方法。

2.3 GB/T15100—2004

该标准包含了圆柱形镍氢电池的测试标准；分为高倍率、中倍率、低倍率、超高倍率放电性能。将传统的充、放电倍率表示方法由额定容量的倍数改为电流的倍数。

2.4 GB/T15100—2005

该标准包含了圆柱形镍氢电池、小型方形电池、扣式电池的测试标准，并增加了1.0C₅A恒流快充的测试。

2.5 IEC 镉镍、氢镍电池标准

    IEC61951—2：2003该标准包含了圆柱形镍氢电池各种可靠性、安全性的测试标准和电池的各种技术标准。

IEC61951—1：2003 该标准包含了圆柱形、小方形、扣式镉镍电池各种可靠性安全性的测试标准和各种电池的技术标准。

3   镉镍、镍氢电池的应用领域及相关配套行业的要求

3.1 镉镍、镍氢电池可以广泛应用于电动工具、消防应急照明灯具（包括草坪灯，太阳能灯）、电动玩具（航模）、剃须刀、无绳电话、电动自行车、数码相机、对讲机、仪器仪表、通讯、家用电器、除尘器、MP3、收音机等。

3.2 电动工具（SC型）

电动工具行业对镉镍、镍氢SC型电池的主要要求：

1C₅A恒流充电72分钟，搁置15—30分钟

10C₅A—15C₅A恒流放电到终止电压0.7V/只

放电时间≥4分钟或3.5分钟

连续循环10次，不得低于所要求的放电时间

放电时间2分钟内，电池电压不低于1.0V/只

电动工具用电池，单体电池一律要求用牛皮纸套包装。

3.3  应急照明灯具行业（SC、C、D、AA、AAA、2/3AA、2/3AAA等）应急照明灯具按照行业要求和国家标准规定，该行业一般使用电池组时，采用恒压取限流对镉镍、镍氢电池组进行充电，设定充电电压为1.43—1.45V/只，充电时间24小时。

恒压限流充电曲线

应急照明灯具对镉镍、镍氢电池组的主要要求如下：

3.3.1应急照明时间≥90分钟

3.3.2电池组循环10次，不得低于90分钟

第一次循环与第10次循环的放电时间（放电容量）之差不得大于15%

3.4 镉镍、镍氢电池容量考核

按照GB/T国家标准，电池的常容量考核

针对业务的实际运作中的情况，对此类问题简述如下：

1.  在电动工具行业，客户要求SC1200mAh Cd—Ni电池，1C₅A恒流充电72分钟，搁置15—30分钟，然后以10C₅A恒流放电到终止电压0.7V/只。≥4分钟为格，实际所需容量计算如下：

4分

＝0.067小时

60分

10C₅A=10×1200=12A放电电流

放电容量=12A×0.067h=0.804Ah (804mAh)

本公司生产的镉镍、镍氢电池10C₅A放电容量按额定容量的85%计

   那么：

804mAh

＝946mAh

85%

即标称为1200mAh的SC型镉镍电池,要满足10C₅A恒流放电到0.7V/只，≥4分钟，用实际容量1000—1100mAh的SC型。镉镍电池即可。

那么，此类电池的最终售价较之0.2C₅A恒流放电到终止电压1.0V/只，放电时间≥5小时这样要求的可下浮约5～10%。

2.  应急照明灯具行业，按照电池使用，一直处于浮充状态，而且一般要保用2年以上，放电时间要求0.67C₅A恒流放电到1.0V/只，放电时间≥90分钟，计算如下：以（SC1500mAh Cd—Ni电池为例）

0.67C₅A=0.67×1500mAh=1005mA放电电流

放电容量=放电时间×放电电流

=1.5小时×1005mA

=1507.5 mAh

按此计算和实际使用，对电池的要求，如客户要求额定容量为SC1500mAh的镉镍电池，实际所需容量要1510mAh以上才能保证客户使用。那么，此类电池的最终售价应在常规要求基础上浮5～10%。

2. 一般在业务运作过程中，需要了解客户对电池的使用要求，如电池容量，电池使用用途，对电池充、放电的要求等等。如果客户以1C₅A充电，1C₅A放电到终止电压0.9V/只，放电时间分三个档次≥42分、≥48分、≥54分，客户明确提出其中一个档次的放电时间要求，那么，电池的最终售价按放电时间从高到低依次可下浮10～15%。

按照上表，不同的放电电流有不同的终止电压，不同的放电时间，电池又有不同的放电倍率；在客客户的使用中，也有不同的要求；依据3.2和3.3条，行业不同，对电池的要求也不同，有的客户还有高温40℃或70℃充放，低温0℃或—10℃的要求，不同的要求有不同的配方，不同的用料，不同的价格；一般高温电池和低温电池在常规电池的基础上加25%—30%的价格；放电倍率越高，要求放电容量越高，价格也越高。

随着镉镍、镍氢电池应用领域的不断扩大，各行业对镉镍、镍氢电池的要求不能一一例举，在实际运作中，待不断深入了解，共同探讨商定。

4  镉镍、镍氢电池的充放电电路示意图

4.1恒流充电示意图 

4.2 放电示意图

4.3 恒压限流充电电路示意图

5.2 镉镍、镍氢电池的配套选用

在客户选用电池过程中，一般会提出对电池常规的性能指标要求，但是， 在实际业务运作过程中，电池的销售商除了为客户提供有关的服务外，对客户提出的一些电池选型也要提供一些必要的服务和帮助。

例，以消防应急照明灯具为例，客户现提出有一只40W.12的灯,需要放电时间≥90分钟,试计算电池的配置。用电器具（灯）的功率系数按1.225计。

未考虑功率系数的放电时间：

即40W、12V的灯，放电时间≥90分钟，所需电池10只，电池容量为4.1Ah,按电池定体积可用10只D型或C型电池来配套。

实际客户对电池的实用千变万化，只有在深入了解客户要求的基础上，才能更好地为客户服务。

以上简介作为一种讨论，不妥之外敬请斧正。

5.附页

5.1 镉镍、镍氢电池与普通锌锰电池型号对比

注： 镉镍、镍氢电池有容量区分，锌锰电池、碱性锌锰电池恒阻放电，以放电时间之分电池容量。