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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。
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：233×133×204 单腔内格尺寸：60×33×178
设计：
一、确定单体电池数目：
单体电池数目 = 工作电压/单体电池额定电压 = 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：提高電性能的途徑就是改善限制電極的性能因素，而降低成本則是降低非限制電極因素的用量！
(1)额定容量：根据给定条件，电池额定容量为：
工作电流 × （行程/时速）= 9A×（50km/20kmH-1）=22.5AH≒23AH
(2)设计容量：1.1×额定容量=1.1×23=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）：164×58×2.0； 负极板（板栅）：164×58×1.4
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PbSO4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(Arendt)经验公式：C=L×H×0.154 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 Ct =5.8×16.4×0.154 =6.55（AH）
(3)单体电池极板数目：
正极板数目=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=设计容量×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=理论值/利用率
其中两极活性物质的电化学当量为：PbO2:4.463g/AH； Pb: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=电池设计容量÷单体电池片数×电化学当量÷活物质利用率
所以：每片正极的PbO2实际用量＝25.3÷5×4.463÷0.42＝53.76（g/片）
每片负极的Pb实际用量＝25.3÷6×3.866÷0.5＝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=32.60×1.057=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÷5×3.866÷0.42×1.057＝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 活性炭 纤维 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÷0.8561=57.51（g/片）
那么铅膏体积为＝57.51÷4=14.38（g/片）
每片负极板所需铅膏量＝34.46÷0.854=40.35（g/片）
铅膏体积为＝40.35÷4=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 16
2.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：
