電池設計是從事化學(xué)電源研制的技術(shù)人員和科學(xué)研究工作者必備的知識和技能。
電池設計基礎
• 1 、電池設計的目的和基本原則
電池設計就是根據儀器設備的要求，為其提供具有最佳使用性能的工作電源或動(dòng)力電源。因此，電池設計首先必須滿(mǎn)足用電器的使用要求，并進(jìn)行優(yōu)化，使其具有最佳的綜合性能，以此來(lái)確定電池的電極、電解液、隔膜、外殼和其它零部件的參數，并將它們合理搭配，制成具有一定規格和指標的電池或電池組。
2 、電池設計要求
電池設計是為滿(mǎn)足對象（用戶(hù)或儀器設備）的要求進(jìn)行的。因此，在進(jìn)行電池設計前，首先必須詳盡地了解對象對電池性能指標及使用條件的要求，一般包括以下幾個(gè)方面：
• 電池的工作電壓；
• 電池的工作電流，即正常放電電流和峰值電流；
•
電池的工作時(shí)間，包括連續放電時(shí)間，使用期限或循環(huán)壽命；
•
電池的工作環(huán)境，包括電池工作時(shí)所處狀態(tài)及環(huán)境溫度；
• 電池的最大允許體積。
同時(shí)還應考慮： 材料來(lái)源； 電池性能； 電池特性的決定因素電池工藝； 經(jīng)濟指標；
環(huán)境問(wèn)題等方面的因素。
評價(jià)電池性能的主要指標
電池性能一般主要通過(guò)以下幾個(gè)方面來(lái)評價(jià)。
（ 1 ）容量電池容量是指在一定放電條件下，可以從電池獲得的電量，即電流對時(shí)間的積分，一般有
Ah 或 mAh 來(lái)表示，它直接影響到電池的最大工作電流和工作時(shí)間。
（ 2 ）放電特性和內阻電池的放電特性是批電池在一定的放電制度下，其工作電壓的平穩性，電壓平臺的高低以及大電流放電性能等，它表示電池帶負載的能力。電池內阻包括歐姆內阻和電化學(xué)極化內阻，大電流放電時(shí)，內阻對放電特性的影響尤為明顯。
（ 3 ）工作溫度范圍有電器的工作環(huán)境和使用條件要求電池在特定的溫度范圍內具有良好的性能。
（ 4 ）貯存性能電池貯存一段時(shí)間后，會(huì )因某些因素的影響使性能發(fā)生變化，導致電池自放電；電解液泄漏；電池短路等。
（ 5 ）循環(huán)壽命（二次電池）循環(huán)壽命是指二次電池按照一定的制度進(jìn)行充放電，其性能減到某一程度（例如，容量初始值的 60% ）時(shí)的循環(huán)次數。
（ 6 ）內壓和耐過(guò)充性能（二次電池） 對于 Ni-Cd,MH-Ni 等密封型二次電池，大電流充電過(guò)程中電池內部壓力能否達到平衡，平衡壓力的高低，電池耐大電流過(guò)充性能等都是衡量電池性能優(yōu)劣的重要指標，如果電池內部壓力達不到平衡或平衡壓力過(guò)高，就會(huì )使電池限壓裝置（如防爆球）開(kāi)啟而引起電池泄氣或漏液，從而很快導致電池失效。如果限壓裝置失效，則有可能會(huì )引起電池殼體開(kāi)裂或爆炸。
• 電池設計的基本步驟
電池設計人員在明確設計任務(wù)和做好充分準備后，即可進(jìn)行設計。
根據電池用戶(hù)要求，電池設計的思路有兩種：一種是為用電設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(kāi)發(fā)性能優(yōu)良的新規格電池或異形電池。
1 、確定容量電池設計步驟
• 確定組合電池中音體電池數目，單體電池工作電壓與工作電流密度。
• 根據用戶(hù)要求確定電池組的工作總電壓，工作電流等指標，選定電池系列，參照該系列的“伏安曲線(xiàn)”（經(jīng)驗數據或通過(guò)實(shí)驗所得）確定單體電池的工作電壓與工作電流密度。
• 確定電池組中單電池數。
單體電池數目 = 電池工作總電壓?jiǎn)误w電 / 電池工作電壓
• 計算電池容量
• 根據要求的工作電流和工作時(shí)間計算額定容量。
額定容量 = 工作電流 * 工作時(shí)間
• 確定設計容量
設計容量 = 額定容量 * 設計系數
其中設計系數是為保證電池的可靠性和使用壽命而設定的，一般取 1.1-1.2
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