[发明专利]用于改善单体电池一致性的镍氢电池组/块

说明书

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。