电动汽车用阀控密封铅酸蓄电池设计方案目录一、设计要求及电池参数1.1设计要求1.2电池参数二、电池设计及计算2.1 单体电池数目2.2单体电池容量2.3电极片数与隔膜片数的确定2.4活性物质用量2.5生产用铅粉需求量2.6生产用铅膏需求量三、板栅的设计及电池实际容量的计算3.1板栅结构的选择3.2板栅尺寸的确定3.3板栅体积的计算3.4电池实际容量的计算四、隔板的选择与设计五、电解液用量的计算5.1硫酸用量计算5.2硫酸用量核算六、汇流排的设计与核算7.1汇流排的设计7.2汇流排的核算七、限压阀的设计八、电池槽设计和选择参考文献一、 设计要求及电池参数 1.1 设计要求本设计欲设计一电动汽车用阀控密封铅酸蓄电池，要求能够使总质量为1t 的电动汽车在均速为50km/h 的条件下连续运行3小时，续航能力为150km 以上，且最高时速可以达到90km/h 。
整个系统工作效率为80%。
1.2 电池参数工作方式：间歇工作，并要求可以长时间中等电流放电，短时间大电流放电。
工作电压：288V电池尺寸：单电池尺寸：150mm*40mm*200mm电池组尺寸[1]：303mm*121mm*215mm 电池系统尺寸：1215mm*740mm*230mm工作电流：根据要求计算：时速90km/h 时，汽车电机提供的最大功率可通过以下公式计算：kW V A C V Mgf P d e 16.7509761405.4157.14.0093600015.08.90010.801761403600133max max =⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯⨯⨯+⨯⨯⨯=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+=η车重M 1000kg ，行驶时空气阻力系数Cd 0.4，滚动阻力系数f 0.015， 电动机传动效率0.8 ，车宽1750mm ，车高1450mm ，最大时速 90km/h 平均时速50km/h ，续航150km 平均时速下电机功率为：kW V A C V Mgf P d e 4.6505761405.4157.14.0053600015.08.90010.801761403600133=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯⨯⨯+⨯⨯⨯=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+=η因此最大电流为16.75x1000/288=58.16A平均电流为4.65x1000/288=16.15A工作时间：均速50km/h 可以连续工作3小时 循环寿命：500次以上工作环境：温度-5-55℃，湿度5%-95%二、电池设计及计算2.1 单体电池数目电池系统设计电压为288V，将其设计为由多个电压为12V的电池组组成，因此所需电池组数目为24个；铅酸蓄电池单体电压为2V，因此每个电池组中单体电池数目为12V/2V=6个。
2.2单体电池容量本设计需要满足汽车在50km/h的时速下连续行驶150km的要求，根据已有条件计算出电池需要的容量为：16.15A*3h=48.45Ah电池设计容量为理论容量的1.1-1.2倍，因此取设计容量为56Ah。
2.3电极片数的确定根据单电池尺寸：150mm*60mm*200mm 设计正极板尺寸为：180mm*146mm*2mm，设计负极板尺寸为：180mm*146mm*1.4mm.极板尺寸确定之后，根据Arendt经验公式可以估算每一片正极的容量：=⨯⨯C L H其中C-极板容量（Ah）；L-极板宽度（cm）；H-极板高度（cm）；D-极板厚度（cm）根据设计的极板尺寸计算得每片正极板容量为：ℎ正极板数目为：56/18.0=3.11，取4片负极板数目比正极板数目取多一片，这样可以减少正极脱粉、变形等问题，同时还可以提高正极活性物质利用率。
由以上计算确定了正极板数目为4片，负极板数目为5片。
2.4活性物质用量由于本设计采用贫液式设计，因此电池理论容量主要取决于正负极活性物质的量、电解液的量以及它们的利用率。
经查阅相关文献，以3小时率放电时，当正极板厚度采用2mm时，活性物质利用率约为44%，负极板厚度采用1.4mm时，活性物质利用率约为54%。
[2]因此活性物质需要量=理论容量*电化当量/活性物质利用率，其中正极活性物质PbO的电化当量为4.463g/( Ah),负极活性物质Pb2的电化当量为3.866 g/Ah。
由此计算得：每片正极板活性物质需要量为：56/4*4.463/44%=142.0g每片负极板活性物质需要量为：56/5*3.866/54%=80.2g2.5生产用铅粉需求量在实际生产过程中，涂膏时并不是将活性物质直接涂覆在板栅上，而是使用具有一定氧化度的铅粉，一般使用的铅粉氧化度为70-80%，假设本设计中使用的铅粉氧化度为72%，则每克铅粉中能产生铅的质量为：0.72*207/223+0.25=0.916g；每克铅粉中能产生二氧化铅的质量为0.916/207*239=1.058g；据此可以计算出每片正负极板需要的铅粉质量：每片正极板所需要的铅粉质量：142.0/1.058=134.2g每片负极板所需要的铅粉质量：80.2/0.916=87.6g由于负极容量一般为正极的1.1-1.2倍，因此负极铅粉质量取96g2.6生产用铅膏需求量本设计中铅膏的配方如下表所示[3]:表1铅膏配方正极铅膏中铅粉占的比例为：500/（500+0.3+0.3+10+40+50）=83.25%负极铅膏中铅粉占的比例为：500/（500+0.25+1+10+35+55+3+1+3.5）=82.14% 因此：每片正极板上需要涂覆的铅膏质量为：134.2/83.25%=161.2g 每片正极板上需要涂覆的铅膏体积为：161.2/4.20=38.381cm3每片负极板上需要涂覆的铅膏质量为：96/82.14%=116.9g每片负极板上需要涂覆的铅膏体积为：116.9/4.15=28.169cm3三、板栅的设计及电池实际容量的计算3.1板栅结构的选择动力电池的特点是要经常进行深放电，有时还要进行过放电；在车子启动瞬间电池的放电电流会很大，因而电池的容量和寿命往往取决于正极板的设计和制造工艺。
目前铅酸电池板栅的结构形式主要有四种，即矩形、放射形、拉网式和冲网式，其中拉网式和冲网式很少用于电动汽车用动力电池；矩形结构比较简单，模具容易加工，浇铸板栅容易成形，小尺寸板栅几乎都采用这种形式；由于本设计中板栅尺寸较大，因此采用放射形板栅。
放射形板栅可以改善大电流放电时极板上电流分布的均匀性，降低极板压降，同时它还可以减轻电池的重量。
由于本设计为阀控密封型电池，为了减少氢气的析出，板栅材料选用Pb-Ca-Sn合金。
3.2板栅尺寸的确定板栅筋条的截面形状常见的有三角形、棱形和圆形。
其特点如下：三角形截面的优点在于铸造时易于脱模，但对活性物质的保持能力差；棱形截面的优点在于对活性物质的保持能力强，要求模具精度较高，脱模比三角形截面困难；圆形截面的优点在于耐腐蚀能力好，其活性物质保持能力以及脱模难易程度方面，介于三角形和棱形之间。
由于横筋的主要作用是与垂直筋连接以支撑活性物质，垂直筋主要以传递电流为主，因此本设计垂直筋采用棱形截面，横筋采用三角形截面。
本设计中板栅尺寸如下表所示：表2 板栅设计参数3.3板栅体积的计算板栅的体积主要包括纵横边框体积、横筋体积以及纵筋体积，可分别求出以上三种体积后相加得到总体积。
1)纵横边框体积：本设计中边框采用的是正六边形边框，可将其截面简化为矩形计算其截面面积，经计算正极板栅边框截面积为s1=0.2*0.4=0.08cm2，负极板栅截面积为S2=0.14*0.4=0.056cm2，则有：正极板栅边框体积为：s1*l1=0.08*(18+18+13.8+13.8)=5.088cm3；负极板栅边框体积为：s2*l2=0.056*(18+18+13.8+13.8)=3.562cm32)横筋体积本设计中横筋采用的是三角形截面，底边长为1.5mm，正极截面高为2mm，负极截面高为1.4mm，则正极板栅截面积为s3=0.2*0.15/2=0.015cm2，负极板栅截面积为s4=0.14*0.15/2=0.0105cm2；正负极纵筋条数均为11条，长度均为138mm，由此可以计算：正极板栅横筋体积为：0.015*13.8*11=2.277cm3负极板栅横筋体积为：0.0105*13.8*11=1.594cm33)纵筋体积由于本设计采用的是放射形板栅，其纵筋长度很难直接进行计算，因此本设计在附图中给出了板栅的设计图，根据此设计图并使用计算机辅助设计工具求得纵筋总长度为：55+148+172*6+141=1376mm；本设计中板栅纵筋截面均为棱形，正极板栅纵筋截面积为s5=0.2*0.15=0.03cm3；负极板栅纵筋截面积为s6=0.14*0.15=0.021cm3；由此计算纵筋体积为：正极板栅纵筋体积为：137.6*0.03=4.128cm3负极板栅纵筋体积为：137.6*0.021=2.890cm3板栅实体积为三者之和，因此：正极板栅实体积为：5.088+2.277+4.128=11.493cm3正极板栅空体积为：18*14.6*0.2-11.493=41.067cm3>38.381cm3负极板栅实体积为：3.562+1.594+2.890=8.046cm3负极板栅空体积为：18*14.6*0.14-8.046=28.746cm3>28.169cm3由以上计算可知正负极板栅的空体积均大于正负极所需要涂覆的铅膏体积，因此此板栅设计满足要求。
3.4电池实际容量计算电池实际容量的计算要求将板栅全部填满后进行计算，本设计中，由于负极设计较正极过量1.1倍，因此决定电池容量的是正极活性物质的容量，而正极板的容量可以通过以下方法进行计算：每片正极板容量=正极板栅空体积*正极铅膏视密度*正极活性物质利用率*铅粉含量*二氧化铅与铅摩尔质量比/电化当量=41.067*4.20*44%*83.25%*1.058/4.463=14.98Ah，因此正极板栅的容量为14.98*4=59.92Ah。
同理，负极板栅容量为：每片负极板容量=负极板栅空体积*负极铅膏视密度*负极活性物质利用率*铅膏含铅粉量*铅粉含铅量/电化当量=28.746*4.15*54%*82.14%*0.916/3.866=13.69Ah，因此负极板栅容量为68.45Ah,超过正极板栅的1.1倍，因此满足要求。
四、隔板的选择与设计对于动力用阀控密封铅酸蓄电池，隔板的选择除了要满足防止电池短路、允许离子迁移、阻挡活性物质与枝晶穿透以及阻挡杂质迁移等要求之外，还要满足如下要求[4]:1)具有较高的孔隙率来吸收足够的电解液2)必须保证有气体通道3)有足够的抗拉强度和压缩性4)具有高的纯度为满足以上要求，阀控密封铅酸蓄电池使用的是超细玻璃纤维隔膜，是将超细玻璃纤维采用造纸技术制成的，其孔隙率高达90%以上。