铅酸蓄电池设计..
铅酸电池设计寿命
铅酸电池的设计寿命通常在4-8年不等，但实际使用寿命受多种因素影响。
具体如下：
1.使用条件：铅酸电池的使用寿命受其使用条件的影响很大。
例如，作为汽车起动用的铅酸蓄电池，设计使用寿命通常为4～5年以上，但实际中往往因为各种原因，如充放电不当、温度过高或过低等，导致电池几个月至一年就报废。
2.环境温度：温度对铅酸电池的寿命影响显著。
理想的使用温度范围是20-25摄氏度。
据理论数据显示，环境温度每变动10度，电池寿命可能减少20-25%。
3.充电方式：铅酸电池的充电方式也会影响其寿命。
设计浮充寿命指的是电池在恒定电压下持续充电的状态下的预期寿命，这种状态下12V铅酸电池的设计寿命可达5-8年。
然而，如果电池经常进行深度循环充放电，其寿命可能会大幅缩短。
4.内阻变化：电池的内阻及其变化趋势可以用来预测电池的寿命。
内阻值越高，表示电池容量越低，性能越差。
当内阻值达到初始内阻值的1.3倍到1.5倍之间时，通常建议进行更换。
综上所述，尽管铅酸电池有其设计寿命，但其实际使用寿命会因使用和维护的方式、环境条件等多种因素而有所不同。
正确维护和使用铅酸电池，可以在一定程度上延长其使用寿命。
电动自行车用密封铅酸蓄电池的设计
密封铅酸蓄电池作为电动自行车的主要动力来源，其设计对电动自行车的性能和稳定性有着重要的影响。
本文将从以下几个方面对电动自行车用密封铅酸蓄电池的设计进行深入探讨。
一、密封铅酸蓄电池的基本结构密封铅酸蓄电池采用多层结构，有正极板、负极板、隔板、电解液和外壳组成。
其中，正极板和负极板分别采用活性物质和铅质网格，隔板采用微孔塑料材质，电解液为稀硫酸溶液，外壳采用耐酸碱腐蚀的聚丙烯材质。
密封铅酸蓄电池的基本结构决定了其在电动自行车中的使用特性。
二、密封铅酸蓄电池的设计要求1. 安全性要求：密封铅酸蓄电池在设计时需要考虑其安全性，在内部结构上应有防止短路和泄漏的设计，外壳应具有耐高温、防晒、防水的特性。
2. 循环寿命要求：密封铅酸蓄电池在设计时需要考虑其循环寿命，需要采用高纯度的原材料，设计合理的内部结构，以及科学的充放电控制系统。
3. 能量密度和功率密度要求：密封铅酸蓄电池在设计时需要考虑其能量密度和功率密度，需要在保证安全的前提下提高装载电量，降低电池的自重，提高系统的续航里程。
三、密封铅酸蓄电池的设计优化1. 结构优化：通过采用新型的隔板材料和制造工艺，优化电解液的配方，改善正负极活性物质的性能，以及采用多层复合隔板设计，增加密封铅酸蓄电池电极与电解质的接触面积，提高电池的循环寿命和安全性。
2. 控制系统优化：通过采用先进的充电控制系统和电池管理系统，科学控制充放电过程，延长密封铅酸蓄电池的寿命，提高其能量密度和功率密度。
3. 材料优化：通过研发新型的电池电解液、电极活性物质和隔板材料，提高密封铅酸蓄电池的循环寿命和安全性。
四、密封铅酸蓄电池在电动自行车中的应用密封铅酸蓄电池作为电动自行车的动力来源，其设计合理与否对电动自行车的性能有着直接影响。
在电动自行车中，密封铅酸蓄电池不仅要具备较高的能量密度和功率密度，还需要满足对安全性、循环寿命和环保性的要求。
密封铅酸蓄电池的设计需要精心考虑各方面的因素，以确保其在电动自行车中的可靠使用。
铅酸蓄电池、电池架、电池柜的安规设计规范标准[详]
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铅酸蓄电池、电池架、电池柜的安规设计规范艾默生网络能源有限公司修订信息表目录 (4)前言 (5)1 目的 (6)2 范围 (6)3 规范内容 (6)3.1蓄电池产品安规设计要求 (6)3.1.1电池外壳要求 (6)3.1.2电池连接电缆要求 (7)3.2电池架和电池柜的要求 (8)3.2.1使用在一次电路的产品 (8)3.2.2使用在二次电路的产品 (8)3.2.3通风要求 (9)3.2.4保护接地要求 (9)3.2.5安装位置和操作空间要求 (9)3.3蓄电池产品标签的要求 (10)3.3.1标签材料和实验要求 (10)3.3.2产品技术信息标签信息要求 (10)3.3.3警告标签要求 (11)3.3.4环境保护和回收符号要求 (12)3.3.5对产品制造商标示的要求 (12)3.4电池架、电池柜的使用说明和警告标示 (12)3.5安规认证标志的使用 (13)4 附件 (14)本规范由艾默生网络能源有限公司研发部发布实施，适用于本公司的产品的标签设计和安规认证标志使用。
本规范由安规研究室、蓄电池产品线、结构部和生产部门遵照执行。
本规范拟制部门：测试部；本规范拟制人：张光辉；本规范批准人：研发管理办；铅酸蓄电池、电池架、电池柜的安规设计规范 1 目的1) 指导蓄电池产品线开发过程设计产品使用；2) 规范开发过程中必要的安规自测项目和要求；3) 根据产品认证信息库，正确使用安规认证种类和认证标志2 范围本规范适用于艾默生网络能源公司设计和生产的铅酸蓄电池单体、电池架、电池柜。
3 规范内容3.1蓄电池产品安规设计要求3.1.1电池外壳要求蓄电池的外壳材料要有UL 认证，并且满足阻燃要求的最小厚度，而且根据不同使用环境，应该满足终端产品使用对电池的阻燃要求。
阻燃等级以UL 公布的认证证书为准，阻燃等级的优先等级为：根据最终的使用条件，蓄电池外壳材料的阻燃的要求如下：1） 通讯行业标准YD/T996中要求, 电池壳、盖阻燃性能应符合GB/T 2408-1996中的第8.3.2节FH-1(水平级)和第9.3.2中FV-0(垂直级)的要求。
铅酸蓄电池充电间设计
由于人 员误操 作 可能 造成 蓄 电池外 壳损 坏 ， 硫 酸污 染 充 电间 。 由于 人员误 操作 将 导 电工具 或其他 金 属物 品放在 无 盖蓄 电池 上
端， 造 成短 路 。
２铅 酸 蓄 电池充 电 间设 计
２ ． １ 选 址
１铅 酸蓄 电池 充 电原 理和 产生 的危 害
１ ． １充放 电反 应
充 电
铅 酸 蓄 电池充 电 间禁 止设 置在 车间 内 ，将铅 酸 蓄 电池 充 电 间独 立 设计 在车 间厂 房外 。 ２ ． ２建 、 构物设 计 其 建构 物 设 计 主要 目的 是 防止 蓄 电池 外 壳 损坏 硫 酸 污染 充 电 间。 按《 防腐 蚀设 计规 范》 要求 ： 混凝 土的最 大水 灰 比和最小 水泥 用量 满 足表 １ 要求。 铅酸 蓄 电池 充 电间的墙 壁 、 门窗 、 顶部、 金属 管道 及构 架等， 宜采 取耐 酸措施 。蓄 电池 固定 充 电区地 面 、 墙 面 需进行 防腐处 理， 有 围堰 （ 应 设置 高度 不小 于 １ ０ ０ ｍ ｍ 的挡 水 ） 。地 沟 和地坑 应设 坡 度， 坡 向地漏或 集水坑 。地 沟纵 向坡度 宜为 ０ ． ５ ％－ １ ％； 地坑 坡度 不宜 小于 ２ ％， 水 沟宜 采用 明沟 ， 沟 宽超 过 ３ ０ ０ ｍ ｍ时， 应 设 置 耐腐 蚀 的算 子 板或 沟盖板 ． 构造 严密 ， 防腐 、 防渗漏 。
负 极 ： Ｐ ｂ Ｓ Ｏ ４ ＋ ２ Ｈ ＋ ＋ ２ ｅ 一 兰 Ｐ ｂ ＋ Ｈ ２ Ｓ Ｏ 放 电
副反应： ２ Ｈ ＋ ＋ ２ ｅ － 骂 Ｈ
充电： 是将 外部 直 流 电源 连在 蓄 电池 上进行 充 电 ， 使 电能 转化 成 化学 能储 存起 来 。 放电： 是 化学 能转换 为 电能从 电池 中释放 出来 去驱动 外部 设备 。
铅酸蓄电池、电池架、电池柜的安规设计规范标准[详]
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铅酸蓄电池、电池架、电池柜的安规设计规范艾默生网络能源有限公司修订信息表目录.................................................. 错误!未定义书签。
前言.................................................. 错误!未定义书签。
1 目的................................................ 错误!未定义书签。
2 范围................................................ 错误!未定义书签。
3 规范内容............................................ 错误!未定义书签。
蓄电池产品安规设计要求................................ 错误!未定义书签。
电池外壳要求.......................................... 错误!未定义书签。
电池连接电缆要求...................................... 错误!未定义书签。
电池架和电池柜的要求.................................. 错误!未定义书签。
使用在一次电路的产品.................................. 错误!未定义书签。
使用在二次电路的产品.................................. 错误!未定义书签。
通风要求.............................................. 错误!未定义书签。
保护接地要求.......................................... 错误!未定义书签。
安装位置和操作空间要求................................ 错误!未定义书签。
铅酸蓄电池室设计要点
铅酸蓄电池室设计要点随着互联网应用的飞速发展，也推动了大型数据中心或各类计算机机房建设的步伐。
为保障数据中心和机房IT设备的正常运行，不间断电源（UPS）系统的配置必不可少。
目前，在所有计算机机房和数据中心，给不间断电源系统提供后备电能的主要依靠免维护铅酸蓄电池。
因此，在市电出现异常后，UPS的后备蓄电池正常提供电能就成为数据中心或计算机机房能否安全运行的关键。
目前，数据中心或中大型计算机机房在规划建设时为保证蓄电池正常工作和维护，均设计有单独的电池室为蓄电池安全运行提供保障。
由于铅酸蓄电池是高污染和危险产品，因此国家对它的使用环境及电池室的建设有严格的要求，在设计和施工时要注意以下几个方面。
电池室的承重：机房常用12V100AH的铅酸蓄电池，每节在30公斤左右，中大型机房或数据中心电池数量的配置一般在200节以上，按摆放4层放置40节设计，每平方约1200KG。
这个重量是普通建筑（每平方300~500公斤）无法承受的。
故《计算机机房设计标准GB50174》要求电池室承重电池室活载荷不低于16KN/米2，约每平方1632KG。
因此，电池房一般选择放在地面或楼板经过特殊加固的房间。
电池室的环境：1、温度：铅酸蓄电池内部为化学物质，环境温度过低时，化学反应速度放缓，电池容量会比额定容量降低。
环境温度过高时，化学反应速度加快，会加速电池老化，减少电池使用寿命。
《通信用阀控式铅酸蓄电池质量标准YD/T799-2010》质量要求电池使用温度20~30℃，《计算机机房设计标准GB50174-2008》要求电池室温度15~25℃。
故建议电池室安装空调，温度设定在20~25℃。
2、通风：铅酸蓄电池在过充电后会产生腐蚀性气体和易燃气体，因此必须安装通风换气装置。
《暖通与通风设计规范GB50019》要求电池房应该单独设置排风系统。
通风装置应采用防爆式电动机。
排风口上沿距屋顶距离不大于10CM.。
《通用用电设备配电设计规范GB50055-2011》规定通风换气量不小于每小时8次。
铅酸蓄电池设计计算
VRLA电池酸量确定VRLA电池相对于以前的开口富液式电池，其最大的优势是在电池寿命期间不需要添加电解液或水维护，电池可以任意位置放置使用等等。
这就要求电解液被完全固定在AGM隔板和活性物质中不能流动，并且为了实现其寿命期间不需要加酸加水维护，就必须要实现电池寿命期间内的氧循环，即不能有电解液的损失。
而形成氧循环的关键一点要求就是要严格限定电池的内的酸液总量，并且必须保证AGM隔板留有10%左右的孔不被电解液所淹没，从而为氧气的循环复合提供通道。
但是又必须要求电池中电解液的总量能够维持活性物质放电反应的需要。
要想使电池中电解液总量完全够用，又能够为氧气的循环复合提供通道，就需要根据电池的实际用途，正确确定和控制电池的加酸量，下面将从三个大的方面来探讨VRLA电池加酸量确定的问题。
1、最低加酸量VRLA电池需要的酸体积，取决于电池放电态与荷电态所要求的电解液密度以及电池放电过程输出的总电量和放电率。
通常在VRLA设计时，荷电态的电解液密度要求1.28-1.30g/cm3,当其放出100%额定容量时又希望电解液密度为1.07-1.09g/cm3.这就要求电池中电解液总量至少必须满足能够维持电池在一定条件下放出其额定容量所必须消耗的电解液总量，因此VRLA电池的最低用酸量可根据电池反液压方程式推导如下：PbO2 + Pb + 2H2SO4 = 2PbSO4 + 2H2O根据电池充放电反应的方程式，结合充放电态物质各自的电化学当量值可知，电池每放出1AH的电量，要消耗纯的H2SO4 3.66g，生成水0.67g.设放电开始时电池中电解液密度为ρ1(15℃)，对应的质量百分比浓度为m%，放电终了时电解液密度为ρ2，对应的质量百分比浓度为n%。
当电解液浓度由ρ1降到ρ2时，反应开始时加入的密度为ρ1的酸的体积为V ml。
则根据电池反应式中每放出1AH电量所消耗的硫酸量为3.66g，生成的水的质量为0.67g，经过方程式两边等值计算，整理得出VRLA电池中每放出1AH电量的最低用酸体积V的表达式为：V = (3.66-2.99n)/[(m-n)ρ1]如果设定电池荷电态的电解液密度为1.28g/cm3，放电态的电解液密度为1.08 g/cm3，则将各自对应的质量百分比数值带入最低用酸体积V的表达式中可以得出放电容量为C的电池的最低用酸体积为：V = (3.66-2.99×11.5%)/[(36.8-11.5)% ×1.28] C = 10.24C10.24C就是在15℃下设定电池荷电态的电解液密度为1.28g/cm3，放电态为1.08 g/cm3的最低加酸体积。
ups铅酸蓄电池标准要求
ups铅酸蓄电池标准要求
UPS铅酸蓄电池的标准要求包括以下几方面：
1. 额定电压：UPS铅酸蓄电池的额定电压通常为12V，这是由电池内部的铅酸反应决定的。
多个电池可以串联使用，以获得更高的电压。
2. 容量：电池的容量是指电池能够存储的电能量，通常用安时（Ah）来表示。
UPS铅酸蓄免维护电池的容量可以根据需求选择，常见的容量有7Ah、9Ah、12Ah等。
容量越大，能存储的电能就越多。
3. 安全性：UPS铅酸蓄电池应采用高功率涂膏式正极板设计，内阻低、输出电流大；自放电小，使用寿命长，结构紧凑，密封良好，比容量高，安全防爆。
4. 方便性：UPS铅酸蓄电池应便于存储，自放电率每月不大于3%。
5. 耐久性：在大电流放电后，UPS铅酸蓄电池的极柱不应熔断，其外观不出现异常。
超薄型快换式大容量阀控铅酸蓄电池开发设计
２ 设计要 点
２ １ 外形 结构确 定 ．
图 １ 为 电池 长度 方 向设置 导 向凸条
２１ 多极 柱连 接结 构设计 ．２
一
电动 汽车 铅酸 蓄 电池 受充 电
２１ 导 向凸条设计 ．１
一
般 铅 酸 蓄 电池 的正 负 极 汇
时间长的限制 ，整车运行效率较
低 ，更换 电池 是这 个 问题 的解 决
车 架离 地 面 高度 ３ ０ｍｍ，保 证 ５ 行 车 的通过 性 ，车 架 离地 不 低 于 ２ ０ｍｍ，从 整 车 的两 侧 方均 有 ５
宽 度 １ １ ０ｍｍ、 深 度 ６ ０ ｍｍ ５ ５
行效率受到限制。若使用快速充
电方 式 ，会 影 响 电池 使 用 寿命 ：
３ 结 论
产 品 采用 导 向凸 条设 计 ，使 蓄 电池 可 以快速 更换 ，提 高 了纯
铜 芯 与铅 合 金 整体 浇 铸 ，做 成 铜 芯 铅 合金 端 极柱 ；另 一种 是 铜 片 焊 接 到铅 极 柱 上 ，连 接后 的铜 片
呈 Ｓ形竖 在 蓄 电池 的盖 子上 。 前
一
程 中 的低 温 及 大 电流 放 电恢 复 性
提高 活 物质 利 用 率 ，减 小 电池 内
阻，延长 电池在较大功率输 出条
件 下 的使 用寿 命Ｉ ５ ］ 。
采 用 先 进 的机 械 化 自动 装 配
极 板 高度 ，改 良电解 液和 铅 膏 配 方 ，有效 地 提 高 了 电池 的体 积 比 能 量 ，保证 了电池 的性能 。
和重 量较 大 ，安 装位 置狭 小 ，更 换很 不 方便 。 为 了缩 短 电动 汽 车 蓄 电池 充 电的 时间 ，市 场上 出现
铅酸蓄电池、电池架、电池柜的安规设计规范
铅酸蓄电池、电池架、电池柜的安规设计规范艾默生网络能源有限公司修订信息表目录目录 (3)前言 (4)1 目的 (5)2 范围 (5)3 规范内容 (5)3.1蓄电池产品安规设计要求 (5)3.1.1电池外壳要求 (5)3.1.2电池连接电缆要求 (6)3.2电池架和电池柜的要求 (7)3.2.1使用在一次电路的产品 (7)3.2.2使用在二次电路的产品 (8)3.2.3通风要求 (8)3.2.4保护接地要求 (8)3.2.5安装位置和操作空间要求 (9)3.3蓄电池产品标签的要求 (9)3.3.1标签材料和实验要求 (9)3.3.2产品技术信息标签信息要求 (9)3.3.3警告标签要求 (10)3.3.4环境保护和回收符号要求 (11)3.3.5对产品制造商标示的要求 (12)3.4电池架、电池柜的使用说明和警告标示 (12)3.5安规认证标志的使用 (13)4 附件 (13)前言本规范由艾默生网络能源有限公司研发部发布实施，适用于本公司的产品的标签设计和安规认证标志使用。
本规范由安规研究室、蓄电池产品线、结构部和生产部门遵照执行。
本规范拟制部门：测试部；本规范拟制人：张光辉；本规范批准人：研发管理办；铅酸蓄电池、电池架、电池柜的安规设计规范 1 目的1) 指导蓄电池产品线开发过程设计产品使用；2) 规范开发过程中必要的安规自测项目和要求；3) 根据产品认证信息库，正确使用安规认证种类和认证标志2 范围本规范适用于艾默生网络能源公司设计和生产的铅酸蓄电池单体、电池架、电池柜。
3 规范内容3.1蓄电池产品安规设计要求3.1.1电池外壳要求蓄电池的外壳材料要有UL 认证，并且满足阻燃要求的最小厚度，而且根据不同使用环境，应该满足终端产品使用对电池的阻燃要求。
阻燃等级以UL 公布的认证证书为准，阻燃等级的优先等级为：根据最终的使用条件，蓄电池外壳材料的阻燃的要求如下： 1） 通讯行业标准YD/T996中要求, 电池壳、盖阻燃性能应符合GB/T 2408-1996中的第8.3.2节FH-1(水平级)和第9.3.2中FV-0(垂直级)的要求。
铅酸蓄电池设计计算
VRLA电池酸量确定VRLA电池相对于以前的开口富液式电池，其最大的优势是在电池寿命期间不需要添加电解液或水维护，电池可以任意位置放置使用等等。
这就要求电解液被完全固定在AGM 隔板和活性物质中不能流动，并且为了实现其寿命期间不需要加酸加水维护，就必须要实现电池寿命期间内的氧循环，即不能有电解液的损失。
而形成氧循环的关键一点要求就是要严格限定电池的内的酸液总量，并且必须保证AGM 隔板留有10%左右的孔不被电解液所淹没，从而为氧气的循环复合提供通道。
但是又必须要求电池中电解液的总量能够维持活性物质放电反应的需要。
要想使电池中电解液总量完全够用，又能够为氧气的循环复合提供通道，就需要根据电池的实际用途，正确确定和控制电池的加酸量，下面将从三个大的方面来探讨VRLA电池加酸量确定的问题。
1、最低加酸量VRLA电池需要的酸体积，取决于电池放电态与荷电态所要求的电解液密度以及电池放电过程输出的总电量和放电率。
通常在VRLA设计时，荷电态的电解液密度要求-1.30gcm3,当其放出100%额定容量时又希望电解液密度为-1.09gcm3.这就要求电池中电解液总量至少必须满足能够维持电池在一定条件下放出其额定容量所必须消耗的电解液总量，因此VRLA电池的最低用酸量可根据电池反液压方程式推导如下:PbO2 + Pb + 2H2SO4 = 2PbSO4 + 2H2O根据电池充放电反应的方程式，结合充放电态物质各自的电化学当量值可知，电池每放出1AH的电量，要消耗纯的H2SQ 3.66g,生成水0.67g.设放电开始时电池中电解液密度为p 1(1E),对应的质量百分比浓度为m%,放电终了时电解液密度为p 2对应的质量百分比浓度为n%。
当电解液浓度由pl降到p2时，反应开始时加入的密度为p啲酸的体积为V ml。
则根据电池反应式中每放出1AH电量所消耗的硫酸量为3.66g，生成的水的质量为0.67g，经过方程式两边等值计算，整理得出VRLA电池中每放出1AH电量的最低用酸体积V的表达式为：V =如果设定电池荷电态的电解液密度为 1.28g/cm3，放电态的电解液密度为1.08 g/cm3,则将各自对应的质量百分比数值带入最低用酸体积V 的表达式中可以得出放电容量为C的电池的最低用酸体积为：V = X ] C = 10.24C10.24C就是在15 C下设定电池荷电态的电解液密度为 1.28g/cm3，放电态为1.08 g/cm3的最低加酸体积。
铅酸电池的构造及工作原理
铅酸电池的构造及工作原理铅酸电池是一种常见的蓄电池类型，广泛应用于汽车、UPS电源、太阳能电池组等领域。
它的构造和工作原理是理解其性能和应用的关键。
以下是对铅酸电池的构造及工作原理的详细介绍：一、铅酸电池的构造1.正极板和负极板：铅酸电池的正极板和负极板通常由铅制成，正极板上覆盖着过氧化铅（PbO2），负极板上覆盖着鬲（Pb）。
2.隔板：隔板通常由聚乙烯或纸质材料制成，用于隔离正负极板，防止直接接触。
3.电解液：铅酸电池的电解液是稀硫酸溶液，在电池充放电过程中起着传递离子的作用。
4.容器：铅酸电池的容器通常采用聚丙烯或聚氯乙烯制成，用于容纳电解液和电极，同时防止漏液。
5.连接件：连接件一般由铅制成，用于连接正负极板与外部电路。
以上是铅酸电池的基本构造，它们的合理组合和安装是确保电池性能的重要因素。
二、铅酸电池的工作原理1.充电过程：当铅酸电池接通充电电源时，正极板上的过氧化铅（PbO2）会被还原成Pb，而负极板上的鬲（Pb）将被氧化成PbO2。
电解液中的硫酸会分解成氧气和水，氧气释放出来，而水分子中的氢离子则会在电解液中游离。
这样，电池内部会生成一定数量的Pb 和PbO2，并且电解液中的硫酸会逐渐减少。
2.放电过程：当铅酸电池连接到外部负载时，电池内部的Pb和PbO2会发生化学反应，重新生成硫酸。
此时，正极板上的PbO2会被还原成Pb，而负极板上的鬲（Pb）将被氧化成PbO2。
与此电解液中的硫酸会逐渐增加。
这样，电池会释放出电能，驱动外部负载工作。
3.放电状态与充电状态之间的转化：在不同状态下，铅酸电池的内部化学反应会不断转化，从而实现充电和放电的过程。
铅酸电池的工作原理是利用正负极板材料的化学反应和电解液中离子的传递来完成充放电过程，从而实现电能的储存和释放。
这种设计结构简单、制造成本低、可靠性高的特点使得铅酸电池在工业和民用领域得到广泛应用。
以上是对铅酸电池的构造及工作原理的详细介绍，希望能帮助您更好地理解铅酸电池的基本原理和应用。
基于单片机的铅酸蓄电池充电装置的设计设计
基于单片机的铅酸蓄电池充电装置的设计设计
一、背景介绍
铅酸蓄电池是目前工业和生活中最常用的电池之一，因其低成本、操
作方便等优点，被广泛应用于家庭、工业及军用等多个领域。
但是，由于
铅酸蓄电池充放电过程中涉及到各种相对复杂的工艺过程，以及存在许多
外部恶劣环境因素，充电过程中还需要很多的安全措施以及精确的控制技术，否则会对蓄电池产生不良影响，从而降低电池的使用寿命和使用效率。
为此，我们设计了基于单片机的铅酸蓄电池充电装置，它能够更精确
地控制蓄电池充放电过程，满足不同环境条件下的充放电需要，有效保障
充电过程的安全，提高充电效率，延长电池使用寿命。
二、基于单片机的铅酸蓄电池充电装置设计
1.系统框架
基于单片机的铅酸蓄电池充电装置由调节器、单片机控制系统和监控
系统三部分组成，其中调节器包括外接桥接电路，主要是对输入电源
AC220V的电压进行整流处理，以输出额定电压到蓄电池；单片机控制系
统主要由单片机、变频电路、智能芯片和调节控制电路组成，负责实现对
电压、电流、充电时间进行控制和检测。
高功率阀控式密封铅酸蓄电池设计
第5期2016年10月No.5 October，2016第43卷 第5期Vol.43 No.41 阀控蓄电池的概念阀控蓄电池盖子上设有单向排气阀，也称作安全阀，该阀能够在电池内部气体压力值超过一定数值，即当电池内部气压升高到一定值时，排气阀自动打开，排出气体，然后自动关阀，防止外部空气进入电池内部，因此称为阀控蓄电池。
阀控密封铅酸蓄电池已成为最新一代的产品。
阀控铅酸蓄电池的性能特点能满足目前大多数场合的使用条件和要求，且它的生产制作工艺很成熟，是当前应用最为广泛普及的蓄电池[1]。
2 阀控铅酸蓄电池密封原理铅蓄电池工作原理是电子导体与电解质溶液进行的一种化学变化，有化学反应产生完整的导电体系，其内部化学方程式如下：24422222pb pbO H HSO PbSO H O ++++↔+（1）铅酸蓄电池密封关键技术在于解决充电时水的电解。
对于传统上的铅酸电池来说，当充电电压达到2.30V 时，在蓄电池内部水进行电解，蓄电池的正极上放出氧气，负极上放出氢气。
这些气体会释放到大气中，形成酸雾，从而腐蚀了蓄电池的电极，也带来很大的环境污染问题；与此同时，蓄电池电解液中的水不断减少，需要对电池定期加水维护，增加了维护成本，使用极不方便。
另外，由于电解作用，造成电池的积极老化，减少蓄电池的使用寿命，增加了企业成本。
阀控式铅酸蓄电池成熟应用解决了这些难题。
其主要特点如下：（1）阀控式铅酸蓄电池电极采用多元优质板栅合金，据实验研究分析，阀控蓄电池气体释放过电位发生在其端电压为2.35V ，环境温度在25℃时，气体释放到大气环境中较少，减少了环境污染。
（2）基于电池容量及使用寿命方面，进行了优化设计，利用阴极吸收原理合计数，通过化学反应：2242422022O Pb Pb H SO H O PbSO +→+→+，产生水，减少内部气体释放量。
（3）蓄电池运用新材料为超细玻璃纤维隔板，便于阴极吸收技术的实现，增加吸附硫酸电解液的能力，防止电解液的溢出，从而减少电解液腐蚀电极的概率，降低污染因素影响。
阀控密封铅酸蓄电池的设计
目录第一章绪论 ..................................................................................................................... - 1 -1.1铅酸蓄电池简介............................................................................................................ - 1 -1.1.1概述..................................................................................................................... - 1 -1.1.2铅蓄电池发展史 ............................................................................................ - 1 -1.1.3铅酸蓄电池基本结构及基本术语............................................................... - 2 -1.1.4铅酸电池的工作原理......................................................................................... - 3 -1.1.5 VRLA氧复合原理 ............................................................................................ - 5 -1.1.6铅酸电池的分类................................................................................................. - 6 -1.2我国铅酸蓄电池产业.................................................................................................... - 6 -1.2.1 我国铅酸蓄电池行业现状................................................................................ - 6 -1.2.2 铅酸蓄电池产业发展前景.............................................................................. - 7 -1.2.3我国蓄电池产业面临的问题......................................................................... - 10 - 第二章电池设计................................................................................................................ - 11 -2.1电池容量...................................................................................................................... - 11 -2.2 极板的设计................................................................................................................ - 11 -2.2.1铅膏配方........................................................................................................... - 11 -2.2.2板栅的设计....................................................................................................... - 13 -2.2.3涂膏量的设计................................................................................................... - 17 -2.2.4极板厚度的计算............................................................................................. - 17 -2.2.6硫酸的选用..................................................................................................... - 20 -2.2.7电池槽、盖的设计......................................................................................... - 22 - 第三章工艺流程设计.......................................................................................................... - 24 -3.1工艺流程概述............................................................................................................. - 24 -3.2铅粉的制造.................................................................................................................. - 25 -3.2.1铅的简介........................................................................................................... - 25 -3.2.2电解铅的标号............................................................................................... - 25 -3.2.3铅粉的理化性质............................................................................................... - 26 -3.2.4铅粉制造工艺................................................................................................... - 26 -3.2.5球磨法制铅粉工艺流程................................................................................... - 27 -3.2.6质量指标........................................................................................................... - 28 -3.3纯水制备和硫酸配制................................................................................................. - 28 -3.3.1电解液杂质..................................................................................................... - 28 -3.3.2制水流程........................................................................................................... - 29 -3.3.3硫酸配制......................................................................................................... - 30 -3.4铅膏制备 .................................................................................................................... - 31 -3.4.1铅膏性质......................................................................................................... - 31 -3.4.2合膏工艺流程................................................................................................. - 32 -3.4.3铅膏形成机理................................................................................................. - 32 -3.4.4铅膏制备过程................................................................................................... - 32 -3.4.5注意事项......................................................................................................... - 33 -3.5.1合金配制......................................................................................................... - 33 -3.5.2 板栅铸造........................................................................................................ - 33 -3.5.3脱模剂的配置................................................................................................. - 34 -3.5.4质量指标......................................................................................................... - 35 -3.6机器涂板...................................................................................................................... - 35 -3.6.1涂板概念........................................................................................................... - 35 -3.6.3质量控制......................................................................................................... - 35 -3.6.4 极板压实及淋酸............................................................................................ - 36 -3.6.5 水分控制........................................................................................................ - 36 -3.6.6极板表面干燥................................................................................................. - 36 -3.6.7 涂膏注意事项................................................................................................ - 36 -3.7 极板固化干燥............................................................................................................ - 36 -3.7.1固化干燥目的................................................................................................. - 36 -3.7.2固化干燥过程中的物化反应......................................................................... - 37 -3.7.3影响固化干燥质量的因素............................................................................... - 38 -3.7.4质量控制......................................................................................................... - 38 -3.7.5 固化工艺条件................................................................................................ - 38 -3.7.6 生极板质量标准............................................................................................ - 38 -3.8分板刷耳 .................................................................................................................... - 39 -3.9电池组装 .................................................................................................................... - 39 -3.9.1包板配组......................................................................................................... - 39 -3.9.2极群焊接......................................................................................................... - 39 -3.9.3装槽................................................................................................................. - 40 -3.9.4高压短路测试................................................................................................. - 40 -3.9.5反极测试......................................................................................................... - 40 -3.9.6穿壁焊接及焊点无损检测............................................................................. - 40 -3.9.7反极短路测试................................................................................................. - 41 -3.9.8电池盖热封..................................................................................................... - 41 -3.9.9焊接端子......................................................................................................... - 41 -3.9.10气密性检测................................................................................................... - 41 -3.9.11电池化成....................................................................................................... - 41 -3.9.12电池加酸....................................................................................................... - 42 -3.9.13 酸液调整...................................................................................................... - 44 -3.9.14 盖安全阀...................................................................................................... - 44 -3.9.15 大电流放电检测.......................................................................................... - 44 - 第三章物料衡算 ............................................................................................................. - 45 -4.1 铅膏制备工序物料衡算............................................................................................ - 45 -4.2铅粉制造工序物料衡算............................................................................................. - 46 -4.3 纯水制备及硫酸配制................................................................................................ - 46 -4.4 合金配制及板栅铸造................................................................................................ - 47 - 第五章能量衡算 ............................................................................................................. - 49 -5.1 硫酸配制工序能量衡算............................................................................................ - 49 -5.2 铅粉制造工序能量衡算............................................................................................ - 50 -第六章设备计算及选型........................................................................................................ - 54 -6.1极板车间主要设备的计算机选型............................................................................. - 54 -6.1.1铅粉制造工序................................................................................................. - 54 -6.1.2铅膏制备工序................................................................................................. - 54 -6.1.3 纯水制备及硫酸配制工序............................................................................ - 55 -6.1.4板栅铸造工序................................................................................................. - 55 -6.1.5机器涂板工序................................................................................................. - 55 -6.1.6固化干燥工序................................................................................................. - 55 -6.2主要设备一览表......................................................................................................... - 56 - 第七章绿色生产与环保管理.......................................................................................... - 57 -7.1三废概况 .................................................................................................................... - 57 -7.2 废水处理 ................................................................................................................... - 57 -7.3废气处理 .................................................................................................................... - 57 -7.3.1铅烟处理流程................................................................................................. - 57 -7.3.2酸雾处理流程................................................................................................. - 58 -7.3.3铅尘处理流程................................................................................................. - 58 -7.4废渣处理 .................................................................................................................... - 58 - 设计总结 ............................................................................................................................. - 59 - 参考文献 ................................................................................................................................... - 60 - 致谢 ..................................................................................................................................... - 61 -第一章绪论1.1铅酸蓄电池简介1.1.1概述铅酸电池是电池中最古老的二次电池。
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铅酸蓄电池设计方法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: 233X133X204 单腔内格尺寸：60X33X178设计:、确定单体电池数目: 单体电池数目二工作电压/单体电池额定电压二24/2 = 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X (行程/时速)二 9A X(50km/20kmH-1) =22.5AH = 23AH （2）设计容量：1.1额定容量=1・1 X3=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）：164X58X2.0; 负极板（板栅）：164X58X1.4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PbS04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=LXHX0.154 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G =5.8 X6.4 ».154 =6.55 (AH )(3)单体电池极板数目:正极板数目二单体电池的容量/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:理论需量值二设计容量X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: 实际用量二理论值/利用率其中两极活性物质的电化学当量为：P bO2:4.463g/AH; P b: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二电池设计容量曲体电池片数＞电化学当量啪物质利用率所以：每片正极的PbO2实际用量=25.3 -5X4.463 £.42= 53.76 （g/片）每片负极的Pb实际用量=25.3 ©X3.866 -.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 ＞.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 5X3.866 -.42 >.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:原料极板类型铅粉BaSO4 C C.F H2SO4 (d=1.10) 正极250kg 1.25kg 70g 37L(40.7kg) 负极250kg 0.7kg 1.25kg 70g 37L(40.7kg) 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 £.8561=57.51 （g/片）那么铅膏体积为=57.51£=14.38 （g/片）每片负极板所需铅膏量=34.46 £.854=40.35 （g/片）铅膏体积为=40.35 £=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）名称正极负极板栅高度（H）164 164板栅宽度（B）58 58板栅厚度（b） 2.0 1.4纵向边框宽度（A） 3.0 3.0横向边框宽度（A' 2.5 2.5纵筋条数（n） 3 3横筋条数（n ‘）32 32菱形短对角线（a） 1.2 1.0三角形底边长度（a ‘）1.2 1.0极脚高度（d） 3.0 3.0极脚宽度 1.0 1.0极耳宽度16 162.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:a图（3-1）板栅纵向筋条横截面示意图纵筋体积计二纵筋截面积X纵筋高度X纵筋数目=菱形面积X菱形高度X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A ' -----板栅横向边框宽度 n-----纵筋条数区12 X16.4-2 X.25-0.3) >3= 0.562( cm3/X10 X16.4-2 X.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:图(3-2)板栅边框示歳霁皿55横筋体积二横筋截面积 X 横筋高度X 横筋数目二三角形面积 X 三菱柱长度 X 横筋数目= 1/2* (1/2b*a ) *(B-2A- na)*n '正极纵筋体积=(1/2) X0.20 片)负极纵筋体积=(1/2) X0.14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 X( 1/2* 0.20 (X12) X( 5.8-2 0.3-3*0.12) X32= 0.928 (cm3/片)负极横筋体积=1/2 (1/2 >0.14 >0.10) X( 5.8-2 0.3-3*0.10) >32二 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。
图（3・3）板栅边框示意图每一横向边框体积二（B-2A ）X A' X每一纵向边框体积二H板栅边框总体积=2 [H XA X b+ (B-2A ) X A' X b式中符号意义与前同。
正极边框体积=2 [16.4 0X X.2+ (5.8-2 X.3) X).25 X.2]=2.488 (cm3/ 片）负极边框体积=2 [16.4 0.3 X0.2+ (5.8-2 0.3) X0.25 0.14]=1.740 (cm3/ 片）（4）每片板栅体积计算:每片板栅体积二纵筋体积+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)每片负极板栅体积二 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,孑L率为92%。
隔离板实际体积二隔板几何体积X （1-孔率）＞片数= 1.68 X.9 X.14(1-0.92) 1X=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。