铅酸蓄电池设计计算Word格式文档下载.docx
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V=（3.66-2.99n）/[（m-n）ρ1]
如果设定电池荷电态的电解液密度为1.28g/cm3，放电态的电解液密度为1.08g/cm3，则将各自对应的质量百分比数值带入最低用酸体积V的表达式中可以得出放电容量为C的电池的最低用酸体积为：
V=（3.66-2.99×
11.5%）/[（36.8-11.5）%×
1.28]C=10.24C
10.24C就是在15℃下设定电池荷电态的电解液密度为1.28g/cm3，放电态为1.08g/cm3的最低加酸体积。
当然，电池中实际的加酸体积还需要根据电池的用途，以及为此进行的电池结构设计和活性
2、电池中硫酸的来源
不同生产工艺制造的VRLA电池，由于生产方式的不同，最终电池中硫酸电解液的来源也不同。
对于极板化成来说，在化成过程中，生极板中的硫酸全部转化为游离的电解液，经过水洗、干燥后，极板中基本上已经不再含有电解液了，酸的唯一来源就是电池装配后补充电前所加的电解液，按照设计要求进行加酸即可。
对于电池化成来说，又分为一次注液化成和二次注液化成，二次注液化成由于过程中有抽酸的过程，因此，具体极板中酸液的引入量不好计算。
目前VRLA电池普遍采用的化成方法是一次注液化成。
因此，这一部分主要讨论一次注液化成VRLA电池电解液硫酸的来源。
对于一次注液电池化成的VRLA电池，硫酸的来源主要有两个，一是正、负极铅膏制备时加入的硫酸通过合膏、固化以及化成完全转化为硫酸，这一部分硫酸直接按照合膏中的加酸比例计算电池中活性物质的酸含量即可。
另一部分则是电池化成前加入的酸量，这一加酸量是电池的结构分析在保证电池中氧复合条件下所最多可以吸收的硫酸量，并且要考虑电池在化成过程中的酸液损失来确定这个加酸量。
此数值的确定必须要考虑电池中隔板的压缩比以用电池中隔板的总量，因为AGM隔板是VRLA电池中电解液的主要载体，而隔板的压缩比又极影响其吸酸量。
但是不论电池的结构如何变化，电池的加酸量必须不能小于第一部分分析的电池的最低加酸量。
3、电池中酸液的分配
众所周知，VRLA电池中的没有游季酸存在，酸液被全部吸收在极板活性物质空隙中和AGM的空隙中。
极板活性物质的吸液量与活性物质的孔率和质量有关。
电池设计时，通常活性物质的质量都是预先确定的，因为在设计和组装电池时，单极板的额定容量通常都是已经确定了的。
如此，活性物质对吸酸量的影响主要是其孔率的大小等。
而活性物质的孔率主要与极板固化前铅膏所含的水分密切相关，从数值上说，基本相等。
但是实际空隙体积在极板固化过程中由于金属铅的进一步氧化，碱式硫酸铅的重结晶等影响而会有复杂的变化。
并且极板在实际吸酸时还由于在极板表面形成一层液膜。
这些因素综合影响的结果是极板的实际吸酸量要略大于极板的空隙体积。
在通常的正极铅4.0-4.2g/cm3视密度围，正极铅膏的吸酸量为每克活性物质吸酸0.15ml；
负极铅膏在4.2-4.4g/cm3视密度围吸酸量为每活性物质0.155ml.
在通常正负极板厚度比例为1比0.6左右的围，正极活性物质所吸收的电解液总量为电解液总量的22%左右，负极为13%左右，另外的酸都吸收在AGM隔板中。
些处的计算考虑了负极板通常比正极板多一片。
AGM隔板的孔率高达95%左右，在VRLA电池中是电解液的主要载体。
而隔板的吸酸量与隔板的材质和其压缩有关。
压缩率高，则吸酸量少。
对于目前国普遍采用的不含憎水纤维的AGM隔板来说，在一定围，隔板的吸酸量（每单位质量隔板的吸酸体积）与压缩率之间有如下线形关系：
吸酸量（ml/g）=6.45-（0.06×
压缩率）
式中6.45可理解为每克隔板具有的孔体积，即隔板在没有受压情况下饱和状态的最大吸酸量；
0.06表示隔板受压缩是时，每压缩1%，孔体积相应减少0.06ml。
但是，通常为了预防电池正负极板之间的短路等，隔板的表面积相对于极板面积有15%左右的富裕，这就意味着这一部分隔板没有受到压缩。
资料显示，这一部分没有受到压缩的隔板反倒是有些膨胀，要比自然状态下的隔板多吸收一些酸，吸酸量大约为8.5ml/g。
这一同有压缩的隔板吸收的酸液只有在电池以小电流放电时才能够应用于电极反应，因此在设计电池加酸总量并且为此确定隔板使用量的时候必须要综合考虑各种因素。
在VRLA电池中，通常极板活性物质中所贮存的电解液量仅够10%左右的活性物质参加电化学反应，另外的电解液都有要来自于AGM隔板。
这就要求根据电池电化学反应所需要的酸液量以及硫酸的分配情况，结合电池中使用环境，来考虑和设计隔板的压缩率以及隔板的用量，以确保电池中电解液的总量能够满足电池电化学反应的需要。
通常，在电池正负极板面间距确定下来以后，如果隔板的压缩比增大，则电池正负极板间受压缩隔板吸收的电解液量就要减少，则为了能够有相同量的电解液来维持极板活性物质的放电反应，就必须增加电解液量。
即要想增加电解液量，就要增加隔板的面间距。
所以说，通常情况下，要想维持电池吸液量的恒定，极板压缩比的增大必须伴随着极板面间距的增大。
总之，在电池的实际设计时，要根据电池的使用环境要求，结合电化学反应，来确定电池的加酸量。
并要根据电池壳体情况等，结合活性物质孔率、隔板压缩率和加酸量，来确定电池中隔板的投料，并要考虑电池中酸液的分配情况。
并且不论电池的使用环境如何和结构设计如何变化，都有要求电池的加酸量必须要大于电池的最低加酸量。
并且增加电解液必须伴随着隔板用量的增加，因为在正负极活性物质总量确定的情况下，酸液总量增加要求必须保证AGM隔板中至少有10%左右的孔隙来为氧气的部复合提供气体通道。
某些用途的铅蓄电池要求在高速率下放电，若以10min率（10min率或更高速率放电，这时在极板孔储存的酸量就够。
各种阀控式铅蓄电池在不同放电率时，实际使用的总酸量列于表2-2-92。
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铅酸蓄电池设计---方法一
标签：
battery
design
铅酸蓄电池设计
2009-12-1518:
34
下文是03年偶得的一个学习教材，里面容有不少是不合理的。
网上也有看到此文，但不全面。
在此稍加完善一下图片。
这种设计模式我称之为方法一，它比较偏重于理论化，跟实际设计还是有一定的差别。
国通用的实际电池设计，正在整理中，只能待续了。
。
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）根据给定的腔尺寸，确定极板尺寸为：
正极板（板栅）：
164×
58×
2.0；
负极板（板栅）：
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
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