铅酸蓄电池设计

铅酸蓄电池设计---方法一

铅酸蓄电池设计

本文以用于电动自行车能源的铅酸蓄电池设计为例，介绍有关设计中的计算和步骤，虽然针对铅酸电池系列，但其中的某些原则和方法，对其它系列的电池设计也有一定的参考价值。 设计要求：

电池用途和要求：电动自行车能源，行程50公里，时速20公里。 工作电压：24V 工作电流：9A 循环寿命：250个周期 电池组外形尺寸：233×133×204 单腔内格尺寸：60×33×178 设计：

一、确定单体电池数目：

单体电池数目 = 工作电压/单体电池额定电压 = 24/2 = 12（只） 另外根据给定的外形尺寸和内腔尺寸，确定电池组应由12个单元格组成双排结构。

二、单体电池的设计与计算：

1.电池容量的确定：提高电性能的途径就是改善限制电极的性能因素，而降低成本则是降低非限制电极因素的用量！

(1)额定容量：根据给定条件，电池额定容量为：

工作电流 × （行程/时速）= 9A×（50km/20kmH-1）=22.5AH≒23AH (2)设计容量：1.1×额定容量=1.1×23=25.3（AH） 2.单体电池极板尺寸与数目的确定： 1)根据给定的内腔尺寸，确定极板尺寸为：

正极板（板栅）：164×58×2.0； 负极板（板栅）：164×58×1.4 值得注意的是极板的厚度设计。由于极板厚度直接影响着活物质的利用率。极板放电产物PbSO4的比容较大，随着放电过程的加深，极板孔率下降，使H2SO4的扩散发生困难，因而极板越厚，活物质的利用率就越低，所以在选择极板厚度时应全面考虑用户提出的性能要求和使用条件。首先应保证电池的性能指标，这样可能会影响到一些次要的性能指标，如对电池主要要求大功率，低温起动，则设计极板应薄些，然而相应地电池寿命可能就会降低。反之，如对电池主要须耐较强冲击振动和较长的寿命，则就要设计极板厚些。另外，负极板厚度至少为正极板的70～80％以上才适宜。

(2)单片正极板容量：据阿仑特(Arendt)经验公式：C=L×H×0.154 式中： C:单片容量； L:极板宽度（cm）; H:极板高度（cm） D:极板厚度（cm）

每片正极板容量 Ct =5.8×16.4×0.154 =6.55（AH） (3)单体电池极板数目：

正极板数目=单体电池的容量/每片极板的额定容量=25.3/6.55≒3.7=4（片）

而对起动型铅蓄电池，其极板额定容量的标准化数据为14AH/片。 考虑到铅蓄电池正极易于脱粉，变形及利用率较低的情况，设计时总是负极板比正极板多一片，此外，本设计为保证电池的容量取正极5片，负极6片，因此利用隔膜为10片。

3.据极板厚度，参照有关文献数据，本设计电池活物质利用率估计为正极为42％，负极为50％。 4.极板活物质用量的计算：

计算的一般步骤为：先求出活物质的理论需要量，其公式为： 理论需量值=设计容量×电化学当量

再据此值与活性物质的利用率求出实际用量；其公式为： 实际用量=理论值/利用率

其中两极活性物质的电化学当量为：PbO2:4.463g/AH； Pb:3.866g/AH,综上所述，每片极板活物质的实际用量由下面公式给出；

每片活性物质的用量=电池设计容量÷单体电池片数×电化学当量÷活物质利用率

所以：每片正极的PbO2实际用量＝25.3÷5×4.463÷0.42＝53.76（g/片） 每片负极的Pb实际用量＝25.3÷6×3.866÷0.5＝32.60（g/片） 5.生产上铅粉用量的计算：

由于生产上不是直接将一定量的正极（或负极）活物质涂在板栅上，而是将一定氧化度的铅粉涂在板栅上，经过化成制得活性物质，所以，还必须将上述计算活物质的量折算成铅粉的量。 每克铅粉能生产出氧化度为此75％的铅粉量为： 氧化铅的分子量÷铅的原子量×0.75+0.25=1.057（g） 那么负板每片需用铅粉量=32.60×1.057=34.46（g/片） 1mol铅可转化1mol PbO2，对于正极板：

正极板每片需铅粉量: 25.3÷5×3.866÷0.42×1.057＝49.23（g/片） 6.生产铅膏量的计算： (1)本设计拟采用的铅膏配方：

原料极板类型 正极 负极 铅粉 BaSO4 C C.F H2SO4 (d=1.10) 250kg 250kg ----- 0.7kg 1.25kg 1.25kg 70g 70g 37L(40.7kg) 37L(40.7kg)