鎳氫電池設(shè)計方法

鎳氫電池設(shè)計人員在明確設(shè)計任務(wù)和做好充分準(zhǔn)備后，即可進(jìn)行設(shè)計。根據(jù)鎳氫電池用戶要求，電池設(shè)計的思路有兩種：一種是為用電設(shè)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(fā)性能優(yōu)良的新規(guī)格電池或異形電池。

鎳氫電池設(shè)計步驟：

 (1)確定鎳氫電池組合中單體電池數(shù)目與工作電流密度。 

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

 (經(jīng)驗數(shù)據(jù)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(shù)。單體電池數(shù)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(jù)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(shè)計容量。

 設(shè)計容量=額定容量×設(shè)計系數(shù) 其中設(shè)計系數(shù)是為保證電池的可靠性和使用壽命而設(shè)定的，一般取1.1~1.2。

 (3)計算鎳氫電池活性物質(zhì)的用量

 a.控制電極的活性物質(zhì)用量。

 單體電池中控制電極的活性物質(zhì)用量=設(shè)計容量×電化當(dāng)量/利用率 

 b.非控制電極的活性物質(zhì)用量。

 單體電池中非控制電極的活性物質(zhì)用量=設(shè)計容量×電化當(dāng)量×過剩系數(shù)/利用率 過剩系數(shù)一般在1~2之間.如MI-Ni電池常取1.3~1.7。 

(4)電極極片設(shè)計(確定電極總面積、電極數(shù)目、單片電極物質(zhì)用量、單片電極厚度)。

 a.根據(jù)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(zhǔn))。

 電極總面積=工作電流/工作電流密度 

 b.根據(jù)電池外形最大尺寸，選擇合適的電極尺寸，計算電極數(shù)目。

 電極數(shù)目=電極總面積/極片面積 

 c.根據(jù)單體電池正負(fù)極活性物質(zhì)用量和電極數(shù)目計算單片電極活性物質(zhì)用量。

 單片正(負(fù))極物質(zhì)用量=單體電池中正負(fù)極物質(zhì)用量/單體正(負(fù))極片數(shù)目

 d.確定單片電極厚度 

 每片正負(fù)服物質(zhì)用量集流網(wǎng)厚度

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

其中，集流網(wǎng)厚度=網(wǎng)格重量/(質(zhì)密度×網(wǎng)格面積) 

 (5)電池隔膜材料的選擇及厚度、層數(shù)的確定

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

 (6)確定電解液的濃度及用量

根據(jù)選定的電池系列的特性，結(jié)合具體電池設(shè)計的要求和使用條件(如工作電流、工作溫度、循環(huán)性能等)或根據(jù)經(jīng)驗數(shù)據(jù)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)/電池內(nèi)徑×100%

 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)/電池橫截面積×100% 

 電池橫截面積=T/4×d2 

d為電池內(nèi)徑。電池的松緊度依據(jù)選定系列的電池特性及設(shè)計電池的電極厚度來確定，一般方形電池經(jīng)驗數(shù)據(jù)為85%左右。圓柱型電池可達(dá)95%左右，這是因為一般圓柱型電池比方形電池的耐內(nèi)壓性能要好，方形電池在在內(nèi)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(nèi)徑，再根據(jù)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。