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{dy}章．认识电池
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1.1? 什么叫电池？
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电池(Batteries)是一种能量转化与储存的装置，它通过反应将化学能或物理能转化为电能。
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1.2? 一次电池与二次电池的有哪些异同点？
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1.2.1. 一次电池只能放电一次，二次电池可反复充放电循环使用；
1.2.2. 可充电电池在放电时电极体积和结构之间发生可逆变化，因此设计时必须调节这些变化，而一次电池内部则简单得多，因为它不需要调节这些可逆性变化；
1.2.3．一次电池的质量比容量和体积比容量均大于一般充电电池，但内阻远比二次电池大，因此负载能力较低；
1.2.4. 一次电池的自放电远小于二次电池。
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1.3? 镍氢电池的结构组成及电化学原理是什么？
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正极片（含活性物质Ni(OH)2、导电剂、导电骨架泡沫镍等）
负极片（含活性物质储氢合金粉、导电骨架铜网）
隔? 膜（PP、PE）
电解质（KOH、NaOH、LiOH等）
电池壳（低碳钢质）、盖板（包括密封圈）
镍氢电池充电时，正极发生反应如下：
Ni(OH)2 –e + OH- → NiOOH + H2O
负极反应：M +H2O +e→ MH + OH-
放电时，正极：NiOOH + H2O + e → Ni(OH)2 + OH-
负极：MH + OH- → M+H2O+e
过充电时：正极反应为：4OH- → 2H2O+O2+4e
????????负极反应为：2H2O+O2+4e → 4OH-
过放电时：正极反应为：2H2O+2e → H2+2OH-
?????????负极反映为：H2+2OH- → 2H2O+2e??????????????????????
环保电池：是指电池中不含汞、镉危害环境的金属成分，对人体无害，不污染环境
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1.4 什么是动力型电池
动力行电池就是能够为一些电动工具提供动力的电池，其特点是要求放电电流较大，想对于电池而言就是放电倍率较大，所以动力型电池也可以称之为高功率电池。
动力型电池的性能主要体现在其放电性能，主要考核指标有：常规容量、高倍率放电容量、内阻、电压、高倍率放电平台。
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1.5 什么是高温电池
???所谓高温电池，就是在较高的环境温度（一般为40℃以上）下进行工作的电池。
对于镍氢电池而言，电池正常工作温度为20±5℃，当环境温度升高时，温度越高，电池的充电效率越低。
针对高温环境下电池充电效率变低而设计的高温电池有着高温条件下充电效率较高的有点。这也是考核高温电池优劣的一个重要的指标。
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1.6 什么是快充电池
快充电池顾名思义就是充电速度较快。就是以较高倍率的电流对电池进行充电，能够在尽可能短的时间内对电池进行充电。
我司快充电池有30分钟快充和15分钟快充。充电电流越大，充电效率越低。所以考核快充电池的一个很重要的指标就是快速充电效率。
另外，判断快充电池的优劣还要从内阻、电压、容量以及充电时电池壳体的温度等多方面进行判断。
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1.7 镍氢电池组的标识和含义是什么？
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标识一般由五个部分组成：
1、Ni-MH代表镍氢电池
2、电池型号分为A、AA、AAA、AAAA、SC、C、D等
3、电池标称容量 ：例如? 2200mAh
4、H代表尖头电池，L代表平头电池，P代表可用于大电流放电电池，R代表快充电池
5、代表组合电池组合方式：
?例 ：H2 * 5 50 AA 1800
1.8? 我司目前各工段生产作业范围
一车间：主要生产正、负极片
二车间：半成品的装配工作
三车间：成品电池的充放电（电池活化），及电池容量、性能检测
四车间：成品电池电池出货包装
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1.9? 什么是电池的额定容量http://www.zcist.com.cn
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1.9.1.? 指在一定放电条件下,电池放电至截止电压时放出的电量。
1.9..2 .? IEC标准规定镍氢电池在20±5℃环境下,以0.1C充电16小时后以0.2C放电至1.0V时所放出的电量为电池的额定容量,以C5表示;
1.9.3 .? 比容量是指单位体积或重量的电池所给出的容量，称之为重量比容量或体积比容量。
????计算公式：C′=C/G（Ah.kg1）(读“安时每公斤”)或C′=C/V（Ah.L1）(读“安时每升”)
1.9.4.? 比能量是指单位体积或重量的电池所给出的能量，称之为重量比能量或体积比能量。
1.9.5.? 比容量与比能量区别在于比能量引进了电池的电压的参考。镍氢电池的比容量高于锂离子电池，比能量低于锂离子电池,是因为镍氢电池的电压为1.2V而锂离子电池的电压为3.6V的缘故。
1.9.6 .? 电池容量的单位有Ah,mAh(1Ah=1000mAh).
?????????注：容量的计算方法：C（容量）=I（电流）*T（时间）
Ah（读“安时”即 “安培。小时”?????? mAh（读 “毫安时”）
例如：一只50AA2000电池用1C放电54分钟，放电容量：2000mA*54/60小时=1800mA h.
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2.0 ?什么是电池的标称电压、开路电压、终止电压和中点电压？
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2.1 ?电池的标称电压:指的是在正常工作过程中表现出来的电压,镍氢电池标称电压为1.2V，锂电池标称电压为3.6V。
2.2 ?开路电压：指在外电路断开时，电池正负极端的电位差；
2.3 ?终止电压指电池在放电时，电压下降到不宜再继续放电的{zd1}工作电压(其数值与放电电流有关)。 镍氢电池0.2C、1C放电通常设定为1.0V；2C、3C放电通常设定为0.9V；5C放电通常设定为0.8V，电流越大，其值越低。
2. 4 ?中点电压指放到50%容量时，电池的电压主要用来衡量大电流放电系列电池高倍率放电能力，是电池的一个重要指标；
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2.1? 电池的电压、内阻、电流单位
电压单位：V（伏）
内阻单位：mΩ（毫欧）
电流单位：A（安培）
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2.2? 电池常见的充电方式有哪几种http://www.zcist.com.cn
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2.2.1.? 恒流充电：整个充电过程个中充电电流维持一定值不变,这种方法最常见。
2.2.2. ?恒压充电：充电过程中充电电源两端保持一恒定值，电路中的电流随电池电压升高而逐渐减小。
2.2.3. ?恒流恒压充电：电池首先以恒流充电,当电池电压升高至一定值时,电压保持不变,电路中电流降低,最终趋于0。
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第二章.电池性能与测试
2.0 什么是化学电源http://www.zcist.com.cn
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将化学能直接转化为电能的一种装置;与化学电源相对应的是通常的交流电源,直流电源,即物理电源。
物理电源通常不具有可移动性，化学电源通常有可移动性，因此化学电源能适应现代社会高流动性，便携性的要求。
镍氢电池是一种化学电源，它由两种不同成分的电化学活性电极分别组成正负极，两电极浸泡在能提供媒体传导作用的电解质中，当连接在某一外部载体上时，通过转换其内部的化学能来提供电能。
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2.1?? 化学电源的分类及比较：
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种类
优点
缺点
用途
铅酸蓄电池
廉价、大功率放电、浮充性能好、低温放电性好
污染环境、比容量和比能量小、不便携带
汽车、摩托车充电电瓶及UPS后备电源
镍镉充电电池
大功率放电稳定、价格比较便宜
污染环境、对人体有害、具有记忆效应、比容量低于镍氢电池
电动工具及少数电动玩具、随身听
镍氢充电电池
比容量高、高低温性能好、无记忆效应、大功率放电好、无污染、安全性高
比能量低于锂离子电池，价格高于镍镉电池
电动工具、电动玩具、电动自行车、电动滑板、无绳电话、随身听、后备电源、各种设备的内置电源
锂离子电池
比能量高、小巧、重量轻、无污染、无记忆效应
安全性能差、大功率放电较差、价格贵
手机、手提电脑
锂聚合物电池
安全性能好、比能量高、可做成任意形状、无污染、无记忆效应
大功率放电较差、技术不够成熟、价格贵
手机、磁卡内置电源
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2.2 锂离子电池的电化学原理是什么？
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锂离子电池正极主要成分为LiCoO2负极主要为C充电时
正极反应：LiCoO2 Li1-xCoO2 + xLi+ + xe-
负极反应：C + xLi+ + xe- CLix
电池总反应：LiCoO2 + C Li1-xCoO2 + CLix
放电时发生上述反应的逆反应。
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2.3? IEC规定的可充电电池的标识方法是什么？
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根据IEC标准镍氢电池的标识由5部分组成
1. 电池种类KR标识镍镉电池，HF表示镍氢电池，HR表示型镍氢电池
2. 电池尺寸资料包括圆形电池的直径高度，方型电池的高度宽度厚度，数值之间用斜杠隔开，单位mm
3. 放电特性符号L表示适宜放电电流倍率在0.5C以内
?M表示适宜放电电流倍率在0.5-3.5C以内
?H表示适宜放电电流倍率在3.5-7.0C以内
?X表示电池能在7C-15C高倍率的放电电流下工作
4. 高温电池符号用T表示
5. 电池连接片表示CF代表无连接片，HH表示电池拉状串联连接片用的连接片，HB表示电池带并排串联连接用连接片
?例如HF18/07/49表示方形镍氢电池宽为18mm,厚度为7mm高度为49mm
?KRMT33/62HH表示镍镉电池放电倍率在0.5C-3.5之间高温系列单体电池无连接片直径33mm高度为62mm
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2.4? 二次电池性能主要包括哪些方面http://www.zcist.com.cn
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主要包括电压、内阻、容量、内压、自放电率、循环寿命、密封性能、安全性能、储存性能、外观等，其它还有过充、过放、可焊性等。
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2.5? 电池的可靠性测试项目有哪些？
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1. 循环寿命?????????????????????????????????????????? 2. 不同倍率放电特性
3. 不同温度放电特性?????????????????????????????????? 4. 充电特性
5. 自放电特性???????????????????????????????????????? 6. 不同温度自放电特性
7. 存贮特性????????????????????? ?????????????????????8. 过放电特性
9. 不同温度内阻特性????????????????????????????????? 10. 高温测试
11. 温度循环测试???????????????????????????????????? 12. 跌落测试
13. 振动测试???????????????????????????????????????? 14. 容量分布测试
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2.6? 电池的安全性测试项目有哪些http://www.zcist.com.cn
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1. 内部短路测试?????????????????????????????????????? 2. 持续充电测试
3. 过充电???????????????????????????????????????????? 4. 大电流充电
5. 强迫放电?????????????????????????????????????????? 6. 坠落测试
7. 从高处坠落测试???????????????????????????????????? 8. 穿透实验
9. 平面压碎实验??? ??????????????????????????????????10. 切割实验
11. 低气压内搁置测试???????????????????????????????? 12. 热虐实验
13. 浸水实验???????????????????????????????????????? 14. 灼烧实验
15. 高压实验???????????????????????????????????????? 16. 烘烤实验
17. 电子炉实验
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2.7? 什么是放电平台？
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镍氢充电电池的放电平台通常是指电池在一定的放电制度下放电时，电池的工作电压比较平稳的电压范围，其数值与放电电流有关，电流越大，其数值就越低。
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2.8? 什么是电池的标准充放电？
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IEC国际标准规定的镍氢电池的标准充放电为：
首先将电池以0.2C放电至1.0V/支，然后以0.1C充电16小时，搁置1小时后，以0.2C放至1.0V/支，即为对电池标准充放电。也就是说，可以{zd0}限度地利用和不损害电池。
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2.9? 什么是充电效率？
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?????指电池在一定放电条件下放至某一截止电压时放出的容量与输入的电池容量的比值;
它可按照以下公式计算：
?????充电效率=（放电电流* 放电至截止电压的时间 /充电电流* 充电时间）* {bfb}
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2.10? 什么是电池的功率输出？
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电池的功率输出指在单位时间里输出功率的能力，它是根据放电电流I和放电电压来计算的? P=U*I单位为瓦特，电池的内阻越小，输出功率越高。 电池的内阻应小于用电器的内阻，否则电池本身消耗的功率还要大于用电器消耗的功率，这是不经济的，而且可能损坏电池，在额定电压条件下电池的输出功率随电极表面积的增大工作温度的上升而上升，反之亦然。
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2.11? 什么是二次电池的自放电？不同类型电池的自放电率是多少？
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2.12.1 ??自放电表征的是电池在一定环境下搁置一段时间后电量损失的量所占搁置前电量的百分比.与之相对应的是荷电保持能力.荷电保持能力表征的是电池在一定环境下搁置一段时间后电量的保留量所占搁置前容量的百分比.
2.12.2? ?一般而言，自放电主要受制造工艺，材料，储存条件的影响自放电是衡量电池性能的主要参数之一。镍氢电池的自放电通常原因是因为负极金属氢化物中的氢与贮氢合金分离，从负极中逸出，转移到正极表面，把NiOOH还原成Ni(OH)2，造成电量的损失。
2.12.3 ??一般而言，电池储存温度越低，自放电率也越低，但也应注意温度过低或过高均有可能造成电池损坏无法使用，常规电池要求储存温度范围为-20~45℃。电池充满电开路搁置一段时间后，一定程度的自放电属于正常现象。另外，通常高功率电池自放电大，隔膜的特性也会影响电池的自放电。
???2.12.4?? IEC标准规定镍氢电池充满电后，在温度为20±5℃湿度为65±20%条件下，开路搁置28天，0.2C放电时间分别达3小时15分即为达标。（即镍氢电池的自放电率为30%/每月）
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2.12? 什么是24小时自放电测试？
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镍氢电池的自放电测试为:
由于标准荷电保持测试时间太长,一般采用24小时自放电来快速测试其荷电保持能力,将电池以0.2C放电至1.0 V，1C充电80分钟,搁置15分钟后,以1C放电至1.0V测其放电容量C1,再将电池以1C充电80分钟,搁置24小时后测1C容量C2, C1C2/C1*{bfb}应小于15%.
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2.13? 什么是电池的内阻http://www.zcist.com.cn
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2.14.1. 电池的内阻是指电池在工作时,电流流过电池内部所受到的阻力,包括欧姆内阻和电化学极化内阻和离子迁移内阻等等的总称。
2.14.2. 欧姆内阻主要是指由电极材料、电解液、隔膜电阻及各部分零件的接触电阻组成，与电池的尺寸、结构、装配等有关。
2.14.3. 电化学极化电阻和离子迁移极化电阻是指电池的正极与负极在进行电化学反应时极化所引起的内阻。
2.14.4. 就镍氢充电电池来说：电池的内阻一般随容量的增大而减小，充电态比放电态小。
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2.14?? 什么是镍氢电池的循环寿命http://www.zcist.com.cn
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循环寿命是指电池的容量下降至某一规定数值(有效使用数值)之前，电池所经历的某一充放电制度下的充放电的次数。一般终止容量数值设定为额定容量的60%。
影响因素有：电极上活性物质脱落或转移、隔膜的吸液能力、充电制度、电解液的加入量、电池材料的本身质量好坏、电池的使用环境、保护措施等等。
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2.15? 什么是IEC标准循环寿命测试http://www.zcist.com.cn
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IEC规定镍氢电池标准循环寿命测试为:
???电池以0.2C放至1.0V/支后：
1、以0.1C充电16小时,再以0.2C放电2小时30分(一个循环)
2、0.25C充电3小时10分,以0.25C放电2小时20分(2-48个循环)
3、0.25C充电3小时10分,以0.25C放至1.0V(第49循环)
4、 0.1C充电16小时,搁置1小时,0.2C放电至1.0V(第50个循环)对镍氢电池重复1-4共400个循环后,其0.2C放电时间应大于3小时,同时也采用1C循环寿命测试方法：即额定放电后,将电池以1C充电80分钟,采用-V=20mV/支控制充电终点.1C放电至1.0V后反复循环500次后容量应在初容量的60%以上。?
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2.16? 什么是标准耐过充测试http://www.zcist.com.cn
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IEC规定镍氢电池的标准耐过充测试为:
将电池以0.2C放电至1.0V/支，以0.1C连续充电28天，电池应无变形,漏液现象,且过充电后其0.2C放电至1.0V的时间应大于5小时.
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2.17? 什么是标准荷电保持测试http://www.zcist.com.cn
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IEC规定镍氢电池的标准荷电保持测试为:
电池以0.2C放至1.0/支,后以0.1C充电16小时，在温度为20±5℃，湿度为65±20%条件下储存28天后，再以0.2C放电至1.0V，镍氢电池放电时间应大于3小时.
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2.18? 什么是电池的内压？电池正常内压一般为多少http://www.zcist.com.cn
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电池的内压是由于充放电过程中产生的气体所形成的压力.主要受电池材料制造工艺,结构等使用过程因素影响.一般电池内压均维持在正常水平,在过充或过放情况下,电池内压有可能会升高:
例如过充电正极: 4OH- - 4e 2H2O + O2
产生的氧气透过隔膜纸与负极氢气复合。
如果复合的速度低于反应的速度,产生的氧气来不及被消耗掉,就会造成电池内压升高.
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2.19? 什么是短路实验http://www.zcist.com.cn
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将充满电的电池在防爆箱内用一根导线连接正负极短路,电池不应爆炸或起火.
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2.20? 什么是跌落测试http://www.zcist.com.cn
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将电池组充满电后从三个不同方向于1m高处跌落于硬质橡胶板上,每个方向做2次,电池组电性能应正常,外包装无破损.
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2.21? 什么是振动实验http://www.zcist.com.cn
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镍氢电池振动实验方法为:
电池以0.2C放电至1.0V后,0.1C充电16小时,搁置24小时后按下述条件振动:
振幅：4mm
频率：1000次，分X、Y、Z三个方向各振动30分钟.
电池电压变化应在±0.02V之间，内阻变化在±5mΩ以内
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2.22? 什么是碰撞实验http://www.zcist.com.cn
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镍氢电池碰撞实验方法为:
电池以0.2C放电至1.0V后，在20±5℃环境下,以0.1C充电16小时,安装到碰撞测试台上按如下条件测试:
???????峰值加速度为98m/S2(10g), 相应脉冲时间D为16m/s, 相应速度变化为1.00m/s，碰撞1000次.然后，电池应在20±5℃下搁置1-4小时以0.2C放电至1.0V的放电时间应不小于5小时
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2.23? 什么是撞击实验http://www.zcist.com.cn
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电池充满电后,将一个15.8mm直径的硬质棒横放于电池上,用一个20磅的重物从610mm的高度掉下来砸在硬质棒上,电池不应爆炸起火或漏液.
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2.24? 什么是穿透实验http://www.zcist.com.cn
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电池充满电后，用一个直径为2.5mm-5mm的钉子穿过电池的中心，并把钉子留在电池内，电池不应爆炸起火。
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2.25? 什么是高温加速实验？
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由于标准荷电保持测试时间较长，对镍氢电池一般采用高温加速实验。将充满电后的电池储存在45℃环境中7天（等效于电池在常温下搁置28天）在常温下搁置1小时后，以0.2C放电至1.0V，要求放电时间大于3小时。
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2.26? 什么是温升实验http://www.zcist.com.cn
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将电池充满电后放进烘箱,以每分钟5℃的速度升高烘箱温度，一直到烘箱温度达150℃，并将150保持10分钟，电池不应爆炸或起火。
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2.27? 什么是高温高湿测试？
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镍氢电池高温高湿测试为：
电池以0.2C放电至1.0V后，1C充电75分钟后将其置与温度66℃，85%湿度条件下储存192小时（8天）于常温常湿下搁置2小时，电池不应变形或漏液，容量恢复应在标称容量的80%以上。
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2.28? 什么是温度循环实验？
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温度循环实验包含27个循环，每个循环由以下步骤组成：
1. 电池从常温转为在66±3℃, 湿度15±5%条件下放置1小时。
2. 转为在温度在33±3℃, 湿度90±5%的条件下放置1小时.
3 .条件转为-40±3℃放置1小时
4 .电池在25℃搁置0.5小时
此4步即完成一个循环,经过此27个循环实验后,电池应该无漏液,爬碱,生锈,或其它异常情况出现。
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2.29? 什么是温度震荡实验？
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该实验需要两个恒温箱，其中一个为66℃，一个为-40℃，每一个循环由下面步骤组成：电池在-40℃放置1小时后，在5秒内转移到66℃烘箱内烘烤1小时，这个循环实验应该从低温开始，然后在高温结束，整个过程应为24个循环，电池经过此循环实验，应该不会出现任何电性能问题。
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2.30? 什么是灼烧实验http://www.zcist.com.cn
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在防爆箱内,将充满电的电池在蓝色火焰上烘烤,电池安全阀应在一段时间后开启。
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2.31? 什么是电池的放电残余容量http://www.zcist.com.cn
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??????当对可充电电池用大电流（如1C或以上电流）放电时，由于电流过大使内部扩散速率存在的“瓶颈效应”，致使电池在容量未能xx放出时已到达终点电压（1.0V），再用小电流如0.2C还能继续放电，直至1.0V/支时所放出的容量称为残余容量
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2.32? 电池的包装材料有哪些http://www.zcist.com.cn
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1. 不干介子纸如纤维纸双面胶
2.? PVC膜商标管
3. 连接片（不锈钢片、纯镍片、镀镍钢片）
4. 引出片（不锈钢片易于焊锡 ，纯镍片点焊牢）
5. 插头类
6. 保护元器件类如温控开关、过流保护器、热电阻
7. 纸箱纸盒
8. 塑料壳类
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2.33? 电池包装组合及设计的目的的是什么http://www.zcist.com.cn
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1. 美观品牌（印字商标的设计）
2. 电池电压的限制要获得较高电压需串联多只电池
3. 保护电池防止短路延长电池使用寿命
4. 尺寸的限制
5. 便于运输如纸箱纸盒的设计等
6. 特殊功能的设计如防水特殊外型设计等
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思考题:
1、什么是化学电源http://www.zcist.com.cn
2、镍氢电池的电化学原理是什么？
3、镍氢电池的标识方法是怎样的？
4、Ni-MH电池的容量单位及计算方法？
5、Ni- MH电池的标称电压是多少？
6、什么是放电平台？
7、什么是电池的内阻？及分类？
第三章.电池使用与问题分析
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3.1? 电池使用时有哪些注意事项？
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1.? ?仔细阅读电池说明书,使用所推荐的电池;
2. 检查电器及电池的接触件是否清洁,必要时用湿布擦干净,干燥后按正确极性方向装入;
3. 无成人监护时,不要让儿童更换电池,小型电池如AAA应放在儿童不能拿到的地方。
4. 不要将新，旧电池或不同型号电池混用
5. 不要试图用加热，充电或其它方法使一次电池再生
6. 不要将电池短路
7. 不要加热电池或将电池丢入水中
8. 不要拆卸电池
9. 用电器使用后应断开开关
10. 应当从长期不使用的用电器具中取出电池
11. 电池应保存在阴凉，干燥无阳光直射处
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