铅酸蓄电池设计---方法一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 单腔内格尺寸：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内腔尺寸，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)根据给定的内腔尺寸，确定极板尺寸为：正极板（板栅）：164×58×2.0；负极板（板栅）：164×58×1.4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(Arend t)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C t =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:3.866g/AH,综上所述，每片极板活物质的实际用量由下面公式给出；每片活性物质的用量=电池设计容量÷单体电池片数×电化学当量÷活物质利用率所以：每片正极的PbO2实际用量＝25.3÷5×4.463÷0.42＝53.76（g/片）每片负极的Pb实际用量＝25.3÷6×3.866÷0.5＝32.60（g/片）5.生产上铅粉用量的计算：由于生产上不是直接将一定量的正极（或负极）活物质涂在板栅上，而是将一定氧化度的铅粉涂在板栅上，经过化成制得活性物质，所以，还必须将上述计算活物质的量折算成铅粉的量。
每克铅粉能生产出氧化度为此75％的铅粉量为：氧化铅的分子量÷铅的原子量×0.75+0.25=1.057（g）那么负板每片需用铅粉量=32.60×1.057=34.46（g/片）1mol铅可转化1mol PbO2，对于正极板：正极板每片需铅粉量: 25.3÷5×3.866÷0.42×1.057＝49.23（g/片）6.生产铅膏量的计算：(1)本设计拟采用的铅膏配方：2)两极板中的铅粉含量：正极铅膏中的铅粉含量＝=85.61％负极铅膏中的铅粉含量＝=85.4％设计中按铅膏密度为4g/ cm2计算。
(3)据设计容量计算铅膏需用量：每片正极板所需铅膏量＝49.33÷0.8561=57.51（g/片）那么铅膏体积为＝57.51÷4=14.38（g/片）每片负极板所需铅膏量＝34.46÷0.854=40.35（g/片）铅膏体积为＝40.35÷4=10.09（cm3/片）三、板栅的设计与计算：极板尺寸确定以后，板栅的设计主要解决板栅的结构，板栅合金组成，板栅的体积和重量。
1.选择板栅筋条的截面形状及板栅的结构：板栅筋条的截面形状，常见的有三角形，菱形和椭圆形。
它们各有其特点：三角形截状板栅的主要优点是在铸造时易于脱模，但对活物质的保持能力较差。
菱形截面筋条对活物质保持能力较强，但要求模具精度要高且脱模较三角形困难。
圆形截面筋条主要优点是耐腐蚀能力强，因为在其截面积与其它形状相同时，具有最小的同界长度；在其活物质保持能力和脱模难易方面界于三角形和菱形之间。
按本设计要求，可以选定板栅纵筋截面形状为菱形，横筋截面形状为三角形。
面形板栅中纵筋和横筋的排列结构既会影响电流的均匀分布程度，也会影响活物质的保持能力，为较好地保持活性物质，通常是采用纵筋粗而少，横筋细而多的形式。
根据设计要求并参照极板尺寸数据，确定极板结构参数列与下表：（单位mm）2.板栅筋条中心距的计算：由于选定正负极板栅的筋条形式，数目及板栅高度，宽度均相同，因而正负极板栅的筋条中心距也相同。
纵筋中心距=(板栅宽度- 2 ×纵向边框宽度)/（纵筋条数+1）=(58-2*3)/(3+1) =13.0（mm）横筋中心距=(板栅高度-2×横向边框宽度）/（横筋条数+1）=(164-2*2.5)/(32+1)=4.8（mm）3.板栅体积计算：板栅体积可以分成由纵筋，横筋，纵向边框，横向边框，极耳和极脚等若干部分所组成，其体积可以按各部分的几何形状分别计算加和而成。
（1）、纵筋体积计算：据本设计确定纵筋截面为菱形如下图所示：纵筋体积计= 纵筋截面积×纵筋高度×纵筋数目= 菱形面积×菱形高度×纵筋数目=1/2*b*a*(H-2A’-d)*n其中：b------板栅厚度（或菱形长对角线）a------菱形短对角线H-----板栅高度d-----极脚高度A’-----板栅横向边框宽度n-----纵筋条数正极纵筋体积=（1/2）× 0.20 × 0.12 ×（16.4-2×0.25-0.3）×3= 0.562（cm3/片）负极纵筋体积=（1/2）× 0.14 × 0.10 ×（16.4-2×0.25-0.3）×3= 0.328（cm3/片）（2）、横筋体积计算：据本设计确定横筋截面为三角形如下图（3-2）所示：横筋体积= 横筋截面积×横筋高度×横筋数目= 三角形面积×三菱柱长度×横筋数目=1/2*（1/2b*a’）*(B-2A-na)*n’其中：b------板栅厚度（或菱形长对角线）a’------横筋截面三角形底边长度B-----板栅宽度A-----板栅纵向边框宽度n’-----板栅高度a-----纵筋截面菱形短对角线长度n-----纵筋条数正极横筋体积=1/2×（1/2* 0.20×0.12）×（5.8-2×0.3-3*0.12）×32= 0.928（cm3/片）负极横筋体积=1/2（1/2×0.14 × 0.10）×（5.8-2×0.3-3*0.10）×32= 0.549（cm3/片）（3）、板栅边框体积的计算：本设计板栅边框截面形状为六边形，为了方便计算，可简化为矩形，板栅边框可分为四个矩形菱柱体，即两个横向边框如图3-3所示。
每一横向边框体积=（B-2A）× A’ × b每一纵向边框体积= H × A× b板栅边框总体积=2 [H × A × b+（B-2A）× A’ × b]式中符号意义与前同。
正极边框体积=2 [16.4 ×0.3×0.2+（5.8-2×0.3）×0.25 ×0.2]=2.488（cm3/片）负极边框体积=2 [16.4 ×0.3×0.2+（5.8-2×0.3）×0.25 ×0.14]=1.740（cm3/片）（4）每片板栅体积计算：每片板栅体积= 纵筋体积+横筋体积+边框体积每片正极板栅体积=0.563+0.928+2.488=3.978（cm3/片）每片负极板栅体积= 0.328+0.549+1.740=2.617（cm3/片）四、隔离板的选择与尺寸的确定：隔离板的主要作用在于防止正负极短路，但又不要使电池内阻明显增加。
因此隔离板应是多孔的，允许电解液自由扩散和离子迁移，具有比较小的电阻，当活性物质有些脱落时，不得通过细孔而达到对方极板，即孔径要小，孔数要多，扩散面积大，此外要求机械强度好，耐H2SO4腐蚀，以及不能析出对极板有害的物质。
目前使用较多的是微孔橡胶隔离板，合树脂隔板及聚烯树脂微孔隔离板等，近年来，超薄隔离板研制成功，以及新型袋式板的发展给开发免维护电池创造了条件。
本设计电池为负极吸附式密闭蓄电池，薄膜选择超细玻璃纤维，厚度选定为1.44mm，孔率为92％。
隔离板实际体积=隔板几何体积×（1-孔率）×片数=1.68×5.9×0.14(1-0.92)×10 =11.10 (cm3)五.验证铅膏是否能够全部填涂于板栅上，比较板栅孔体积与极板所需铅膏体积大小：正极板栅孔体积正极板铅膏用量15.05 ＞14.41负极板栅孔体积负极板铅膏用量10.70 ＞10.09正，负极板栅孔体积均大于正，负极板所需铅膏体积，所以正负极铅膏可以全部填于板栅上。