动力镍氢电池设计规范

动力镍氢电池设计规范

1、适用范围

本规范适用于常规应用的金属氢化物镍单体蓄电池的设计，包括结构设计、性能设计、成本设计和工艺设计等方面。

参考标准：

QC/T744-2006 电动道路车辆用金属氢化物镍蓄电池

企业标准动力（功率）型密封金属氢化物镍蓄电池（草案）

2、单体电池设计准则

（1）必须满足用户要求或相关标准；

（2）必须满足批量化生产要求；

（3）必须满足生产设备及工艺要求；

（4）在允许的尺寸、重量范围内进行结构和工艺设计，使其满足整机系统的用电要求；

（5）在满足性能的前提下，尽量降低成本。

3、电池零部件的设计与选择

电池零部件包括单体电池应用的金属部件和非金属部件等。零部件的设计与选择除特殊要求外，应选择标准件或通用件。

3.1极柱的设计与选择

3.1.1极柱材料

冷拉圆钢11-35/45

极柱表面应镀镍，镀镍层厚度为30~50μm

3.1.2极柱结构

采用双叉式极柱，极耳与极柱的连接采用点焊式连接方式。极耳和叉的重合面积应占极柱叉一个表面的70%以上。极柱两叉之间的距离应根据极组厚度进行设计，使极耳焊接后最外侧极片和中间极片的极耳受力、弯曲等一致。

3.1.3极柱直径

针对不同的应用和电池，选用不同直径的极柱，使用过程中各极柱承受的电流按如下选择：（材料为铁）

容许电流的计算方法：

ＩＦｅ2＝(C·ρ密度·S2·ΔT)/（ρ电阻率·t）

C为材料比热，Fe为0.4501J/gK，Cu为0.378 J/gK；

ρ密度为材料密度，Fe为7.874g/cm3，Cu为8.96 g/cm3；

S为极柱截面积，单位mm；

ΔT为要控制的温升（绝热条件），初步设定控制为50℃；

ρ电阻为材料电阻率，Fe为0.0978Ωmm2/m，Cu为0.01637Ωmm2/m；

t为电流持续时间，连续按3600s计算，间歇按30s计算，启动按10s计算。

3.1.4极柱高度

根据电池选用的另部件（如绝缘垫、螺母、电池盖、红蓝垫圈、大垫圈、螺母等）以及电池组合应用的连接部件（垫圈、跨接片、螺母等）来确定极柱高度，电池模块组合后极柱不得高出组合用螺母上端2mm。

3.2螺母的设计与选择

螺母选择GB6173与极柱相配套的标准件。

螺母表面应镀镍，镀镍层厚度为3~5μm（不锈钢螺母不镀镍）

3.3密封圈的设计与选择

材料：三元乙丙橡胶EP35 或E740-75

选用标准：

a.125℃22h压缩永久变形小于20%；

b.绝缘电阻500V大于2MΩ；

c.120℃70h耐碱测试总重量变化小于±1%；

d.硬度邵氏60-75度。

压缩量：体积压缩比24-40%

首先考虑选择标准件。

3.4大垫圈的设计与选择

极柱和螺母相配套。

材料：冷轧钢板A-1.5/Q235A.F/不锈钢

3.5绝缘垫的设计与选择

材料：尼龙66

3.6红兰垫圈的设计与选择

材料：尼龙66合金

硬度：(尼龙的硬度无明确要求)

3.7电池壳设计

3.7.1材料

壳体：不锈钢板A-0.6/0Cr18Ni9Ti

底、盖：不锈钢板A-0.8/0Cr18Ni9Ti

3.7.2耐压要求

电池壳体在紧固结构下，可承受12atm不变形，产生永久畸变压力约30atm。

3.7.3宽度和厚度设计

根据目前已经基本形成系列的电池，除特殊应用和特殊设计外，电池壳体的厚度和宽度参照GB/T22084.2-2008标准执行。

3.7.4电池壳体高度设计

根据电池极组高度以及采用的另部件高度（注意极组距壳底部间隙为1mm）等，设计电池壳体高度。在上述宽度和厚度限制下，壳体整体尺寸比例应美观、合理，高、宽比在1.2~2.0为宜。

4、电池设计

4.1电池容量设计

4.1.1电池需求容量设计

电池需求容量为用户实际应用必须达到的容量，在设计时一般设计容量要大于实际需求的容量。

C1= C0 K0

C0为需求容量，C1为设计的需求容量（额定容量）。

K0为安全系数，一般取1.1~1.2。

C1计算好之后，可以从我们现有型号的电池中选择接近此容量的电池，避免重复设计或电池类型过多。

4.1.2实际容量设计

C2= C1 K

C2为电池设计容量

C2为设计的需求容量（电池额定容量）

K为安全系数

大于或等于45Ah，系数K为1.05

小于45Ah，系数K为1.1。

对于密封电池，负极设计容量是正极设计容量的1.4 1.6倍。

4.2电池功率设计

根据电池应用的充放电电流大小，选择电池是功率型还是容量型。

正常应用连续放电电流或充电电流大于1C，可以选择按功率型电池设计；

正常连续放电电流小于1C，最大充电电流小于1C，按容量型电池设计。

4.3电池内压设计

为确保电池正常工作且在非正常情况下的安全性，电池外壳上盖设有安全阀，安全阀开启压力为8~11atm。

电池按标准充电制度进行充电，充满电后内压不得超过安全阀最低开启压力（8atm）限制。

5、电极设计

5.1电极宽度设计

根据选择的电池壳体宽度确定电极宽度。

电极宽度应比电池壳宽度小4~10mm。

根据极组的高度及入壳难易情况适当调整电极宽度，电极高度较高（入壳难），可以选择较小的宽度，高度低的电极可以选择较大的宽度。