鎳氫電池設(shè)計(jì)方法

鎳氫電池設(shè)計(jì)者在明確的設(shè)計(jì)任務(wù)和充分的準(zhǔn)備下，可以進(jìn)行設(shè)計(jì)。根據(jù)鎳氫電池用戶的需求，電池設(shè)計(jì)有兩種方式:一是為電氣設(shè)備和儀表供應(yīng)額定容量電源;另一種只是給出了電源的外部尺寸，研制出性能良好的新規(guī)格電池或異型電池。

鎳氫電池設(shè)計(jì)步驟:

(1)確定鎳氫電池組合中單體電池?cái)?shù)量和工作電流密度。

A.根據(jù)用戶要求，確定鎳氫電池的工作總電壓、工作電流等指標(biāo)，選擇電池系列，參考系列的伏安曲線。

(實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)或通過(guò)實(shí)驗(yàn)獲得)來(lái)確定單個(gè)電池的工作電壓和工作電流密度。

B.確定電池組中單個(gè)電池的數(shù)量。單電池?cái)?shù)量=黃組總工作電壓/單電池電壓

(2)計(jì)算鎳氫電池的容量

A.根據(jù)所需的工作電流和工作時(shí)間，計(jì)算額定容量。

額定容量=工作電流×工作時(shí)間

確定設(shè)計(jì)能力。

設(shè)計(jì)能力=額定能力×設(shè)計(jì)系數(shù)

設(shè)計(jì)系數(shù)的設(shè)定是為了保證電池的可靠性和使用壽命，一般為1.1~1.2。

(3)計(jì)算鎳氫電池的活性物質(zhì)含量

A.控制電極活性物質(zhì)的量。

控制電極單細(xì)胞活性物質(zhì)消耗=設(shè)計(jì)容量×電化學(xué)當(dāng)量/利用率

B.非受控電極活性物質(zhì)含量。

非控制電極在單個(gè)電池中的有效材料消耗=設(shè)計(jì)容量×電化學(xué)當(dāng)量×過(guò)剩系數(shù)/利用率

過(guò)量系數(shù)一般在1~2之間，如mi-ni電池為1.3~1.7。

(4)電極板設(shè)計(jì)(確定電極總面積、電極數(shù)量、單電極物質(zhì)量、單電極厚度)。

A.根據(jù)工作電流和選擇的工作電流密度，計(jì)算出電極的總面積(根據(jù)控制電極)。

總電極面積=工作電流/工作電流密度

B.根據(jù)電池的最大尺寸選擇合適的電極尺寸，計(jì)算電極數(shù)量。

電極數(shù)=電極總面積/板面積

C.根據(jù)單個(gè)電池正極和負(fù)極的活性物質(zhì)含量和電極數(shù)量，計(jì)算單個(gè)電極的活性物質(zhì)含量。

單個(gè)正(負(fù))極材料量=單個(gè)電池中正、負(fù)極材料量/正(負(fù))極片數(shù)

D.確定單個(gè)電極的厚度

各劑量的正、負(fù)服務(wù)物質(zhì)濃度網(wǎng)絡(luò)厚度

正(負(fù))極片平均厚度=正(負(fù))極片材料用量/(材料密度×極片面積×(1-孔隙度))+集電極網(wǎng)厚度

式中集電極網(wǎng)厚度=網(wǎng)重/(質(zhì)量密度×網(wǎng)面積)

(5)電池隔膜材料的選擇及厚度、層數(shù)的確定

根據(jù)電池系列和設(shè)計(jì)要求，選擇合適的電池隔膜材料和厚度，根據(jù)具體設(shè)計(jì)確定所需隔膜層數(shù)。

(6)確定電解液的濃度和用量

根據(jù)所選電池系列的特點(diǎn)，可根據(jù)具體的電池設(shè)計(jì)要求和使用條件(如工作電流、工作溫度、循環(huán)性能等)或相關(guān)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)確定電解液的濃度和用量。

電解液的量越少，保證電池不泄漏越好。

(7)確定電池的密封性和單體電池的尺寸

密封性可以用以下公式計(jì)算

彈性桿總厚度+隔膜總厚度×100%

電池內(nèi)徑

關(guān)于圓柱細(xì)胞，也使用橫截面積

氣密性極片總長(zhǎng)度極片厚度+隔膜總長(zhǎng)度隔膜厚度為100%

電池的橫截面積

電池的橫截面積等于T乘以d2

D是電池的內(nèi)徑。電池的密封性是根據(jù)所選系列的電池特性和所設(shè)計(jì)電池的電極厚度來(lái)確定的。