军用D型MH/Ni电池充电制度的研究

前言

　　在监督某装备配套的化学电源——D型氢镍蓄电池组的研制过程中，发现电池充电后期温度上升很快，特别是在夏季，电池表面温度有时可达70℃以上。经解剖单体电池检查，可见到电池的隔膜碳化，且电池组的循环寿命不足200次。严重影响了军事装备费的使用效益。由于充电结束后电池表面的温度很高，也给装备的安全工作造成了一定的隐患。如何减少充电后期发热，降低电池表面温度，又不明显降低电池的放电容量成为我们探讨的课题。
　　氢镍电池是一种体积比容量很高的二次电池，一般比同体积的镉镍电池高70%～80%，这就使充电过程中产生的热量不易散发，特别是体积较大的电池，表现更为明显；且氢镍电池充电后期的氢氧复合是一个剧烈的放热反应，又增加了电池的热量聚积。工作中的实际情况也证实了这一点。由于受镉镍电池的影响，氢镍电池的军用标准也都参照镉镍电池执行。其充电方法和充电制度也相同，以0.2C5A充电7.0h终止，再以0.2C5A放电考核容量。这样的充电方法和充电制度使电池的过充量较大，电池在充电后期温度上升特别快，充电效率大大降低。电池的有效容量减少，隔膜老化，循环寿命减少；更为严重的是一些用时间控制的充电器也以镉镍电池为参考，致使充电时间过长，造成电池漏液或损坏。
　　由于电池热量的产生主要集中在充电的后期，可否通过缩短充电时间来解决这些问题成为我们研究的重点。本文在不影响电池容量的情况下，探讨最佳的充电时间，尽量避开电池充电的急剧发热期，以提高充电效率，提高电池的各项性能并延长电池的循环寿命；还可为充电机控制充电时间的长短提供依据，保证氢镍电池的安全使用。

　　1　实验与结果

　　1.1　以1.3A对D型氢镍电池充电
　　将10只电池充电5.5h终止，测量电池表面温度，再以1.3A放电，计算电池的实际放电容量，充电效率和最后0.5h的充电效率。依照该方法测试充电6.0h、6.5h、7.0h电池的实际放电容量、放电效率和最后0.5h的充电效率。
　　1.2　以1.4A对D型氢镍电池充电
　　将10只电池充电5.5h终止，测量电池表面温度，再以1.4A放电，计算电池的实际放电容量、充电效率和最后0.5h的充电效率。依照该方法测试充电6.0h、6.5h、7.0h电池的实际放电容量、放电效率和最后0.5h的充电效率。

　　表1　D型氢镍电池以1.3A充电不同时间的效率
 
　　充电时间
　　／h 容　量
　　／Ah 充电效率
　　/% 最后0.5h
　　充电效率/% 电池最高
　　温度/℃
　　5.5 6.80 95.1 —— 21.5
　　6.0 7.11 91.2 47.7 22.8
　　6.5 7.38 89.2 41.5 22.0
　　7.0 7.59 83.4 33.8 21.9

　　注：室温为18.8℃～20.2℃　I放＝1.3A
　　表2　D型氢镍电池以1.4A充电不同时间的效率
 
　　充电时间
　　／h 容　量
　　／Ah 充电效率
　　/% 最后0.5h
　　充电效率/% 电池最高
　　温度/℃
　　5.5 7.27 94.4 —— 22.5
　　6.0 7.49 89.2 31.4 22.6
　　6.5 7.65 84.1 22.9 25.3
　　7.0 7.72 78.8 10.0 37.8

　　注：室温为18.7℃～19.8℃　I放＝1.4A
　　2　讨论

　　2.1　充电电流的确定
　　电池容量是电流和时间的乘积，充电时间和电流是直接相关的。D型氢镍电池的5h率放电容量相差较大，一般为6.5Ah或7.0Ah，本次实验样品先采用1.3A的电流充电，从实验结果可知：随着充电时间的增大，其实际放电容量也在不断上升，充电7.0h的效率还在80%以上，且充电后期电池均无明显的温度上升现象，最后半小时的充电效率仍在30%以上；说明还未充足，加大充电电流仍可提高电池的容量。所以将充电电流确定为1.4A。
　　2.2　充电时间对电池容量的影响
　　用1.4A的电流对电池分别充电5.5h、6.0h、6.5h、7.0h，实验结果表明：随着充电时间的增大，容量在充电6.5h之前上升较快，在6.5h以后增加很少，充电6.5h与7.0h的容量相差很小，基本不受影响，所以充电6.5h最合适。
　　2.3　充电时间对充电效率的影响
　　随着充电时间的延长，充电效率下降的较快，在6.5～7.0h之间，充电效率仅为10%，故将D型氢镍电池的充电时间确定为6.5h也是合理的。
　　2.4　充电时间对电池温度上升的影响
　　随着充电时间的延长，电池温度在充电6.5h以后上升较快。实验表明：在室温20℃的情况下，充电5.5h、6.0h、6.5h、7.0h时电池温度依次为22.5℃、22.6℃、25.3℃和37.8℃，可见电池的温度上升主要集中在6.5h以后。所以，充电6.5h最有利于电池的安全使用。
　　2.5　充电时间对作战使用的影响
　　军队是执行特殊任务的武装集团，决定胜负往往就在分秒之间，充电时间定为6.5h可减少近10%的充电时间，意义是重大的。

　　3　结论

　　军用D型氢镍电池(QNY7.0)在20℃的环境温度下，以1.4A(0.25C5A)的电流充电6.5h(或充电量为130%)最为合适。能够有效地缩短充电时间，提高充电效率，且电池容量基本不受影响；在这种充电制度下，由于电池温升很小，所以能够有效地延长电池的使用寿命。
　　目前在我室订货产品说明书中推荐6.5h的充电制度；在将来起草军用标准时也准备建议采用6.5h的充电制度。