鎳氫電池設計方法

鎳氫電池設計者在明確的設計任務和充分的準備下，可以進行設計。根據(jù)鎳氫電池用戶的需求，電池設計有兩種方式:一是為電氣設備和儀表供應額定容量電源;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。

鎳氫電池設計步驟:

(1)確定鎳氫電池組合中單體電池數(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，選擇電池系列，參考系列的伏安曲線。

(實驗數(shù)據(jù)或通過實驗獲得)來確定單個電池的工作電壓和工作電流密度。

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

(2)計算鎳氫電池的容量

A.根據(jù)所需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

確定設計能力。

設計能力=額定能力×設計系數(shù)

設計系數(shù)的設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)計算鎳氫電池的活性物質含量

A.控制電極活性物質的量。

控制電極單細胞活性物質消耗=設計容量×電化學當量/利用率

B.非受控電極活性物質含量。

非控制電極在單個電池中的有效材料消耗=設計容量×電化學當量×過剩系數(shù)/利用率

過量系數(shù)一般在1~2之間，如mi-ni電池為1.3~1.7。

(4)電極板設計(確定電極總面積、電極數(shù)量、單電極物質量、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，計算電極數(shù)量。

電極數(shù)=電極總面積/板面積

C.根據(jù)單個電池正極和負極的活性物質含量和電極數(shù)量，計算單個電極的活性物質含量。

單個正(負)極材料量=單個電池中正、負極材料量/正(負)極片數(shù)

D.確定單個電極的厚度

各劑量的正、負服務物質濃度網(wǎng)絡厚度

正(負)極片平均厚度=正(負)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)電池系列和設計要求，選擇合適的電池隔膜材料和厚度，根據(jù)具體設計確定所需隔膜層數(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，可根據(jù)具體的電池設計要求和使用條件(如工作電流、工作溫度、循環(huán)性能等)或相關經驗數(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算

彈性桿總厚度+隔膜總厚度×100%

電池內徑

關于圓柱細胞，也使用橫截面積

氣密性極片總長度極片厚度+隔膜總長度隔膜厚度為100%

電池的橫截面積

電池的橫截面積等于T乘以d2

D是電池的內徑。電池的密封性是根據(jù)所選系列的電池特性和所設計電池的電極厚度來確定的。