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鎳氫電池設計方法

鎳氫電池設計人員在明確設計任務和做好充分準備后,即可進行設計。根據鎳氫電池用戶要求,電池設計的思路有兩種:一種是為用電設備和儀器提供額定容量的電源;另一種則只是給定電源的外形尺寸,研制開發性能優良的新規格電池或異形電池。

鎳氫電池設計步驟:

(1)確定鎳氫電池組合中單體電池數目與工作電流密度。

a.根據用戶要求確定鎳氫電池組的工作總電壓,工作電流等指標,選定電池系列,參照該系列的“伏安曲線”

(經驗數據或通過實驗所得)確定單體電池的工作電壓與工作電流密度。

b.確定電池組中單體電池數。單體電池數目=皇也組工作總電壓/單體電池電壓

(2)計算鎳氫電池容量

a.根據要求的工作電流和工作時間計算額定容量。

額定容量=工作電流×工作時間

b.確定設計容量。

設計容量=額定容量×設計系數

其中設計系數是為保證電池的可靠性和使用壽命而設定的,一般取1.1~1.2。

(3)計算鎳氫電池活性物質的用量

a.控制電極的活性物質用量。

單體電池中控制電極的活性物質用量=設計容量×電化當量/利用率

b.非控制電極的活性物質用量。

單體電池中非控制電極的活性物質用量=設計容量×電化當量×過剩系數/利用率

過剩系數一般在1~2之間.如MI-Ni電池常取1.3~1.7。

(4)電極極片設計(確定電極總面積、電極數目、單片電極物質用量、單片電極厚度)。

a.根據工作電流和選定的工作電流密度,計算電極總面積(以控制電極為準)。

電極總面積=工作電流/工作電流密度

b.根據電池外形最大尺寸,選擇合適的電極尺寸,計算電極數目。

電極數目=電極總面積/極片面積

c.根據單體電池正負極活性物質用量和電極數目計算單片電極活性物質用量。

單片正(負)極物質用量=單體電池中正負極物質用量/單體正(負)極片數目

d.確定單片電極厚度

每片正負服物質用量集流網厚度

正(負)極片的平均厚度=每片正(負)極物質用量/(物質密度×極片面積×(1-孔率))+集流網厚度

其中,集流網厚度=網格重量/(質密度×網格面積)

(5)電池隔膜材料的選擇及厚度、層數的確定

根據電池系列及設計要求選定合適的電池隔膜材料及厚度,依據具體設計確定所需隔膜層數。

(6)確定電解液的濃度及用量

根據選定的電池系列的特性,結合具體電池設計的要求和使用條件(如工作電流、工作溫度、循環性能等)或根據經驗數據來確定電解液的濃度和用量。

電解液的用量以保證電池不泄漏情況下較多為好。

(7)確定電池的松緊度及單體電池尺寸

松緊度可通過以下公式來計算

松緊度極片總厚度+隔膜總厚度×100%

電池內徑

對于圓柱形電池,亦通過橫截面積來計算

松緊度極片總長度極片厚度+隔膜總長隔膜厚度100%

電池橫截面積

電池橫截面積=T×d2

d為電池內徑。電池的松緊度依據選定系列的電池特性及設計電池的電極厚度來確定,一般方形電池經驗數據為85%左右。圓柱型電池可達95%左右,這是因為一般圓柱型電池比方形電池的耐內壓性能要好,方形電池在在內壓過高情況比圓柱型電池更加容易鼓肚。選定松緊度后,依照以上公式可得電池內徑,再根據電極高度、電解液量及氣室容積等情況可確定電池殼體的高度。

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