镉镍蓄电池的使用与维护
2014年10 月 08日
镉镍蓄电池的使用和维护
摘要:镉镍电池是1899年瑞典尤格尔发明的，至今发展已经经历了三个阶段。它是一种新型的直流电源, 与传统的直流电源相比, 具有重量轻、体积小、效率高等特点
随着电子技术的迅速发展，蓄电池正广泛运用于交通运输、电力、通信等领域的各种设备中。它已经成为这些设备的最为重要的部件，其直接影响到设备的寿命和可靠性。
传统蓄电池管理系统是针对整组蓄电池进行充放电管理，即是把单只蓄电池串联，由充电机对两端充电。由于这种管理方式没有考虑到蓄电池之间内阻，容量，化学特性的差异，易使蓄电池组中产生容量落后的电池，从而导致整组蓄电池工作效率急剧下降，影响系统的稳定运行。而蓄电池组则是直流系统的唯一后备保障，长期以来，镉镍蓄电池由于其放电率高，使用寿命长，曾被广泛使用。, 本文主要了解镉镍电池的基础、分析常见的故障和对应的维修方法、正确的维护方法和镉镍蓄电池的应用前景。
关键词：镉镍蓄电池 原理 故障分析 维护
一、镉镍蓄电池的简介
1、镉镍电池的定义以及组成
镉镍电池 (nickel-cadmium battery) 是指采用金属镉作负极活性物质，氢氧化镍作正极活性物质的碱性蓄电池。正、负极材料分别填充在穿孔的附镍钢带（或镍带）中，经拉浆、滚压、烧结、化成或涂膏、烘干、压片等方法制成极板；用聚酰胺非织布等材料作隔离层；用氢氧化钾水溶液作电解质溶液；电极经卷绕或叠合组装在塑料或镀镍钢壳内。
2、镉镍电池的工作原理
镉镍蓄电池的正极材料为氢氧化亚镍和石墨粉的混合物，负极材料为海绵状镉粉和氧化镉粉，电解液通常为氢氧化钠或氢氧化钾溶液。当环境温度较高时，使用密度为1.17～1.19（15℃时）的氢氧化钠溶液。当环境温度较低时，使用密度为1.19～1.21（15℃时）的氢氧化钾溶液。在-15℃以下时，使用密度为1.25~1.27（15℃时）的氢氧化钾溶液。为兼顾低温性能和荷电保持能力，密封镍镉蓄电池采用密度为1.40（15℃时）的氢氧化钾溶液。为了增加蓄电池的容量和循环寿命，通常在电解液中加入少量的氢氧化锂（大约每升电解液加15~20g）。 镍镉蓄电池充电后，正极板上的活性物质变为氢氧化镍〔NiOOH 〕，负极板上的活性物质变为金属镉；镍镉电池放电后，正极板上的活性物质变为氢氧化亚镍，负极板上的活性物质变为氢氧化镉。
3、镉镍电池的特点
镉镍电池的最大特点是循环寿命长，可达到2000-4000次。电池结构紧凑、牢固、耐冲击、耐振动、自放电较小、性能稳定可靠、可大电流放电、使用温度范围宽（-40℃—40℃）。它还具有内阻小，能持续提供较大的放电电流的特点。在大指数闪光灯中使用时，可以减少电容充电时间，使拍照时间缩短，适于抢拍。另外，镉镍电池不易损坏，对过放电和充电均有一定的耐受能力，对充电器的要求也不高。缺点是电流效率、能量效率、活性物质利用率较低，价格昂贵。
4、镉镍蓄电池的应用领域
镉镍蓄电池的不同类型运用于不同的行业中。大型袋式和开口式镉镍电池主要也用于铁路机车、矿山、装甲车辆、飞机发动机等作起动或应急电源。圆柱密封式镉镍电池主要用于电动工具、剃须器等便携式电器。小型扣式镉镍电池主要用于小电流、低倍率放电的无绳电话、电动玩具、一般家庭用于袖珍手电筒。电动剃须刀和袖珍收音机等。
二、常见故障分析以及维护方法
1、常见故障及原因分析
（1）爬碱现象：产生结晶的部位多在电池极柱和运行气塞处，这是由于添加纯水或电解液时液面过高，加之运行气塞密封不严，对蓄电池充电时，电解液发生化学反应释放热量，溶液产生热膨胀而溢出气塞，日积月累，形成白色结晶。
（2）绿色锈蚀：产生绿色锈蚀的部位在极柱、跨接板及连接线头处，这是因为极柱、跨接板和连接线头均为裸导体，长期裸露在外，在潮湿环境中，铜与氧气发生化学反应形成绿色铜锈。
（3）电压过低：运行中测量某节电池电压过低，说明该节电池放电较深或已老化；若该节电池电压接近零，又不为零，很可能是这几节电池初装时极性接反了。
（4） 电解液消耗较快：产生这种情况原因较多，一是环境温度太高，二是浮充电压过高，三是电池组内有短路电池。上述三种情况都使单节电池承载负荷加大，消耗增大，液面不降，若电解液消耗太快，应迅速查明原因，消除故障，达到延长电池使用寿命的目的。 （5） 容量下降：电池容量下降有两种情况，一种情况是容量严重下降，且无法恢复；一种情况是容量下降较快，通过一系列科学的方法，可以恢复其性能。
（6）电流不稳定；产生这种状况的原因是犹豫蓄电池组中的单只蓄电池极柱或者整流装置中某一部件螺丝松动，似接非接，接触电阻增大而引起的。
2、 处理方法
（1） 对极柱和运行气塞处产生的白色结晶，首先在添加纯水和电解液时不要超过液面上线，要紧固密封部位，预防电解液溢出气塞；其次每隔3个月把运行气塞拧开放在3%的硼酸水溶液或清水中浸泡，沥干后，重新装上，可达到预防的目的；最后对已产生的白色结晶，可用清水或3%的硼酸水揩擦干净。
（2） 对极柱、跨接板及连接线头产生的绿色锈蚀，首先要清除绿锈，然后在接头连接处涂上电力复合脂，取代以前常用的中性凡士林，因中性凡士林的滴点太低，容易流失，而电力复合脂滴点高达200℃左右，具有良好的导电和防腐性能。
（3） 对电池电压太低且基本为零的电池，立即更换。若电池电压较低，可以恢复其容量的，应对这些电池进行活化
（4）若电解液消耗较快，要查明原因，对症下药。是环境温度太高，要采取降温措施，降低环境温度；是浮充电压过高的原因，可以通过浮充调节旋纽，降低浮充电压；是电池内部短路的，检查出来，坚决予以更换。
（5） 电池容量下降的，可以更换电解液，进行重新充、放电来恢复电池容量，并将无法恢复容量的电池更换掉。
（6）发生电流不稳这种状况时，应迅速检查蓄电池极柱螺母及整流装置中的各部件，对温度较高的发热之处紧固。
3、安全使用及维护
在镉镍电池的使用过程中应遵循使用说明书上中的说明，正确的使用蓄电池避免在使用的过程中常见故障的发生。为了蓄电池能够有较长的使用寿命，在长期使用镉镍电池的过程中其充电方式应按浮充电方式运行充电，这能使电池在良好的状态下运行；根据电压的变化来及时的调整浮充电流的电流值，以保证及时的补偿蓄电池自放电损失；每年应进行两次均衡充电；每三个月进行一次核对性放电。只有正确的使用蓄电池以及定期的进行维护才能减少蓄电池发生故障的概率，才能有效的延长蓄电池的使用寿命。
三、镉镍蓄电池的应用前景
镉镍蓄电池作为一种新型的电源, 在我国已有几十年发展历史, 但由于它的材料来源较困难, 价格较贵, 一直未得以广泛应用。随着我国国民经济和科学技术的飞速发展, 大量新技术在电力工业中的应用, 电力系统对直流电源提出了严格的要求。而镉镍蓄电池以其高寿命，免维护，性能稳定，优异的放电性以及过充性等特点很快就会被越来越多的人们所认识, 它可被用为高压开关设备、继电保护、自动装置、事故照明、家用小型电器电源以及其他高倍率放电设备来使用。
参考文献
1、秦鸣峰. 蓄电池的使用和维护. 化学出版社出版
2、范玉才，戴阿明，陈风详，袁宝善编。镉镍铁镍锌镍蓄电池的使用维护与技术问答。 3、毕道治. 电动汽车与新型铅蓄电池. 电子科技导报。1994-02