[發明專利]富液式儲能型鎳氫電池及其在軌道車輛輔助供電系統上的應用

在審

• 申請號: 201811020368.9
• 申請日: 2018-09-03
• 公開（公告）號: CN109390639A
• 公開（公告）日: 2019-02-26
• 發明（設計）人: 李靜;李吉剛;孫冬冬;張翠萍;劉坤鵬
• 申請（專利權）人: 中車青島四方車輛研究所有限公司
• 主分類號: H01M10/30
• 分類號: H01M10/30;H01M10/28;B60L1/00
• 代理公司: 青島清泰聯信知識產權代理有限公司 37256
• 代理人: 劉雁君

本發明提出富液式儲能型鎳氫電池及其在軌道車輛輔助供電系統上的應用，屬于軌道車輛輔助供電系統技術領域，能夠解決傳統鎳氫電池與軌道車輛輔助供電系統不匹配的技術問題。該技術方案為富液式儲能型鎳氫電池，包括以氫氧化鎳作為正極活性物質的正極板和以儲氫合金粉作為負極活性物質的負極板，正極板和負極板之間設置有由聚丙烯/聚乙烯復合膜或尼龍膜組成的隔膜，將正極板、負極板和隔膜裝配成正負極板群，正負極板群裝配在帶有電槽蓋的電槽內，電槽內的電解液浸沒整個正負極板群，形成單體電池。該富液式儲能型鎳氫電池具有使用溫域寬、充電快、壽命長、能量密度高、過充電期產熱少、散熱快、不會發生“熱失控”和“電流失控”的特點，可滿足軌道車輛應急供電系統的儲能要求。

技術領域

本發明屬于軌道車輛輔助供電系統技術領域，尤其涉及富液式儲能型鎳氫電池及其在軌道車輛輔助供電系統上的應用。

背景技術

目前，軌道車輛輔助供電系統采用的恒壓限流充電制度，因此，軌道車輛應急電源主要為鎳鎘蓄電池。但是，由于鎳鎘蓄電池存在記憶效應、能量密度較低及重金屬鎘對環境有污染等因素，制約了其可持續應用和發展。

鎳氫電池具有比能量高、循環使用壽命高、快速充電性能好、深度放電性能好、充放電效率高、環境友好等特點，使之成為一種可以替代鎳鎘蓄電池作為軌道車輛應急電源的很好的選擇。

專利號CN103138030A公開了一種非對稱稀土電容電池的制備方法，其正極材料采用氫氧化鎳，負極材料包含儲氫合金和活性炭，制備得到一種兼具鎳氫電池和電容優勢的鎳氫電容電池。但是，傳統的鎳氫電池主要用作混合動力電源。因此，為了降低重量、縮小體積以達到最高能量密度，傳統的鎳氫電池通常設計為貧液式。然而，在充電末期，貧液式鎳氫電池的正極產生大量氧氣并擴散到負極，在負極與氫氣化合生成水，釋放大量熱量，且由于貧液式鎳氫電池內部無游離態電解液，極板產生的熱量傳導速度緩慢，從而導致電池內部溫度急劇升高。若將傳統的鎳氫電池用作軌道車輛應急電源，采用恒壓限流充電制度，在高溫下容易發生“熱失控”和“電流失控”現象，造成安全隱患。

發明內容

本申請針對上述傳統鎳氫電池用作軌道車輛應急電源時存在的缺陷，提出了富液式儲能型寬溫域鎳氫電容電池，該電池能與軌道車輛輔助供電系統采用的恒壓限流充電制度相匹配，實現了將鎳氫電池用于軌道車輛應急電源的目的。

為了達到上述目的，本發明提供了富液式儲能型鎳氫電池，包括以氫氧化鎳作為正極活性物質的正極板和以儲氫合金粉作為負極活性物質的負極板，正極板和負極板之間設置有由聚丙烯/聚乙烯復合膜或尼龍膜組成的隔膜，將正極板、負極板和隔膜裝配成正負極板群，正負極板群裝配在帶有電槽蓋的電槽內，電槽內的電解液浸沒整個正負極板群，形成單體電池。

作為優選，所述儲氫合金粉為寬溫域儲氫合金粉，其工作溫度為-50℃-+50℃。

作為優選，所述負極活性物質還包括活性炭，其比表面積為1500-2500m²/g。

作為優選，所述活性炭的含量為5％-10％。

作為優選，所述氫氧化鎳為微米級球形氫氧化鎳或納米級氫氧化鎳。

作為優選，所述的正極板和負極板以泡沫鎳為集流體。

作為優選，所述電解液由純凈水、氫氧化鉀、氫氧化鋰、氫氧化鈉、鎢酸鈉組成，各組分重量比為100：15-30：0.5-5：5-10：1-1.5。

作為優選，所述富液式儲能型鎳氫電池還包括位于電槽上部的注液栓、注液栓配有的注液栓塞、分別與正負極板相連接的極柱、用于連接極柱與正負極板的連接件。

作為優選，所述的電槽蓋、電槽、注液栓和注液栓塞由聚丙烯或ABS高分子材料制成。

本發明還提供了如上述任一技術方案所述的富液式儲能型鎳氫電池在軌道車輛的輔助供電系統上的應用。