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锂电池百科/电池设计的基本步骤和基础知识
电池设计的基本步骤和基础知识

电池设计是从事化学电源研制的技术人员和科学研究工作者必备的知识和技能


一、电池设计基础

1 、电池设计的目的和基本原则

电池设计就是根据仪器设备的要求,为其提供具有最佳使用性能的工作电源或动力电源。因此,电池设计首先必须满足用电器的使用要求,并进行优化,使其具有最佳的综合性能,以此来确定电池的电极、电解液、隔膜、外壳和其它零部件的参数,并将它们合理搭配,制成具有一定规格和指标的电池或电池组。

2 、电池的设计要求

电池设计是为满足对象(用户或仪器设备)的要求进行的。因此,在进行电池设计前,首先必须详尽地了解对象对电池性能指标及使用条件的要求,一般包括以下几个方面:

①电池的工作电压;

②电池的工作电流,即正常放电电流和峰值电流;

③电池的工作时间,包括连续放电时间,使用期限或循环寿命;

④电池的工作环境,包括电池工作时所处状态及环境温度;

⑤电池的最大允许体积。

同时还应考虑: 材料来源; 电池性能; 电池特性的决定因素电池工艺; 经济指标; 环境问题等方面的因素。



二、评价电池性能的主要指标

电池性能一般主要通过以下几个方面来评价。

①容量;电池容量是指在一定放电条件下,可以从电池获得的电量,即电流对时间的积分,一般有 Ah 或 mAh 来表示,它直接影响到电池的最大工作电流和工作时间。

②放电特性和内阻;电池的放电特性是指电池在一定的放电制度下,其工作电压的平稳性,电压平台的高低以及大电流放电性能等,它表示电池带负载的能力。电池内阻包括欧姆内阻和电化学极化内阻,大电流放电时,内阻对放电特性的影响尤为明显。

③工作温度范围有电器的工作环境和使用条件要求电池在特定的温度范围内具有良好的性能。

④贮存性能;电池贮存一段时间后,会因某些因素的影响使性能发生变化,导致电池自放电;电解液泄漏;电池短路等。

⑤循环寿命(二次电池)循环寿命是指二次电池按照一定的制度进行充放电,其性能减到某一程度(例如,容量初始值的 60% )时的循环次数。

⑥内压和耐过充性能(二次电池) 对于 Ni-Cd,MH-Ni 等密封型二次电池,大电流充电过程中电池内部压力能否达到平衡,平衡压力的高低,电池耐大电流过充性能等都是衡量电池性能优劣的重要指标,如果电池内部压力达不到平衡或平衡压力过高,就会使电池限压装置(如防爆球)开启而引起电池泄气或漏液,从而很快导致电池失效。如果限压装置失效,则有可能会引起电池壳体开裂或爆炸。

 

 三、电池设计的基本步骤

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提供额定容量的电源;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。

1 、确定容量电池设计步骤

①确定组合电池中单体电池数目,单体电池工作电压与工作电流密度。

②根据用户要求确定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”(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。

③确定电池组中单电池数。

单体电池数目 = 电池工作总电压/单体电池工作电压

④计算电池容量

⑤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

⑥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



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