镍氢电池设计方法

镍氢电池设计人员在明确设计任务和做好充分准备后，即可进行设计。根据镍氢电池用户要求，电池设计的思路有两种：一种是为用电设备和仪器供应额定容量的电源；另一种则只是给定电源的外形尺寸，研制开发性能优良的新规格电池或异形电池。

镍氢电池设计步骤：

（1）确定镍氢电池组合中单体电池数目与工作电流密度。

a.根据用户要求确定镍氢电池组的工作总电压，工作电流等指标，选定电池系列，参照该系列的“伏安曲线”

（相关经验数据或通过实验所得）确定单体电池的工作电压与工作电流密度。

b.确定电池组中单体电池数。单体电池数目=皇也组工作总电压/单体电池电压

（2）计算镍氢电池容量

a.根据要求的工作电流和工作时间计算额定容量。

额定容量=工作电流×工作时间

b.确定设计容量。

设计容量=额定容量×设计系数

其中设计系数是为保证电池的可靠性和使用寿命而设定的，一般取1.1~1.2。

（3）计算镍氢电池活性物质的用量

a.控制电极的活性物质用量。

单体电池中控制电极的活性物质用量=设计容量×电化当量/利用率

b.非控制电极的活性物质用量。

单体电池中非控制电极的活性物质用量=设计容量×电化当量×过剩系数/利用率

过剩系数一般在1~2之间.如MI-Ni电池常取1.3~1.7。

（4）电极极片设计（确定电极总面积、电极数目、单片电极物质用量、单片电极厚度)。

a.根据工作电流和选定的工作电流密度，计算电极总面积（以控制电极为准）。

电极总面积=工作电流/工作电流密度

b.根据电池外形最大尺寸，选择合适的电极尺寸，计算电极数目。

电极数目=电极总面积/极片面积

c.根据单体电池正负极活性物质用量和电极数目计算单片电极活性物质用量。

单片正（负）极物质用量=单体电池中正负极物质用量/单体正（负）极片数目

d.确定单片电极厚度

每片正负服物质用量集流网厚度

正（负）极片的平均厚度=每片正（负）极物质用量/（物质密度×极片面积×（1-孔率））+集流网厚度

其中，集流网厚度=网格重量/（质密度×网格面积）

（5）电池隔膜材料的选择及厚度、层数的确定

根据电池系列及设计要求选定合适的电池隔膜材料及厚度，依据具体设计确定所需隔膜层数。

（6）确定电解液的浓度及用量

根据选定的电池系列的特性，结合具体电池设计的要求和使用条件（如工作电流、工作温度、循环性能等）或根据相关经验数据来确定电解液的浓度和用量。

电解液的用量以保证电池不泄漏情况下较多为好。

（7）确定电池的松紧度及单体电池尺寸

松紧度可通过以下公式来计算

松紧度极片总厚度+隔膜总厚度×100%

电池内径

关于圆柱形电池，亦通过横截面积来计算

松紧度极片总长度极片厚度+隔膜总长隔膜厚度100%

电池横截面积

电池横截面积=T×d2

d为电池内径。电池的松紧度依据选定系列的电池特性及设计电池的电极厚度来确定，一般方形电池相关经验数据为85%左右。圆柱型电池可达95%左右，这是因为一般圆柱型电池比方形电池的耐内压性能要好，方形电池在在内压过高情况比圆柱型电池更加容易鼓肚。选定松紧度后，依照以上公式可得电池内径，再根据电极高度、电解液量及气室容积等情况可确定电池壳体的高度。

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