铅酸蓄电池的容量计算

黄亮

一、 设计步骤

铅酸蓄电池的容量取决于反应物质的数量的利用率，而影响利用率的若干参数要根据生产的使用实践来确定，尚不能从理论上计算。目前，在开发一个新产品时，只能根据用电设备的电特性要求，结合对蓄电池生产和使用的经验和知识，进行非定型设计，再按此设计做必要的修改。设计步骤大体如下。

1、 据使用设备的功率和使用时间，计算蓄电池所必须提供的能量，即“功率×时间＝瓦时“，再决定采用单体电池的数目。因为蓄电池的标称电压为2V，所以一般设计电池组的电压为2V、4V、6V、12V、24V。所设计电池的容量值为：

电池容量＝所需瓦时/电池组电压

2、 根据所需安时容量计算正、负极活性物质的量，H2SO4浓度及数量，极板和板栅的尺寸。

二、容量计算的经验式

1、阿伦脱经验式 一般地说，电池的容量和极板面积及厚度的平方根成正比。阿伦脱（Arendt）用涂膏式极板在密度1.300g/㎝3电解液中试验，得到下图的曲线，并提出一公式，后经修正，得到极板的容量计算经验公式：

式中 C——极板容量（A·h）

b——极板宽度（cm）

h——极板高度（cm）

δ——极板厚度（cm）

当单位用mm时，公式中的常数为4.87×10-4。

从以上讨论可知，曲线和公式是在特定的工艺制造条件下得到的，其影响因素统统包含在公式的常数0.154或0.000487中。

70年代，我国的蓄电池工作者曾对此公式做过试验，并提出本式可作为3.5mm以下厚度的起动型涂膏式极板10h率计算容量之用。以正极为准。

2、琼斯公式 琼斯（Jones）总结了固定型极板尺寸与容量的关系，提出下列公式：

式中 A——极板面积（mm2）

δ——极板厚度（cm）

我国学者也对此式进行了验证。固定型极板厚度在3.5以上，将系数改为0.05时，可用此式。

3、对阿伦脱公式中常数的修正 在普通型电池中此常数为4.9×10－4；在阀控式密封电池中：

极板容量>20A·h时，取3.8×10－4

5 A·h <极板容量<20A·h时，取4.0×10－4

极板容量<5 A·h时，取4.2×10－4

4、管式极板的计算 国内通行用圆截面积的涤纶或玻璃丝编织管时间数据见下表 馆内径（mm） Ф9.5 Ф8.0 Ф5.0 陪负极厚（mm） 4~5 3.5~4 2.5 铅芯直径（mm） 3.2 2.7 2.0 墩粉后，管内干粉表面密度为3.0~3.1，1A·h容量需要管长度及干粉量见下表 C5 管 内 径 硫酸 相对 密度 1Ah 所需管 长 (mm) 9.5 1.215 9.5 1.250 9.5 1.280 8 8 1.250 1.280 80 75 70 100 93 190 1Ah 用 干 粉 重 (g) 15 14 13.1 13.3 12.4 11.7 C10 1Ah 所 需 管 长 (mm) 75 71 66 94 88 100 1Ah 用 干 粉 重 (g) 14 13.3 12.4 12.6 11.8 11.2 C20 1Ah 所 需 管 长 (mm) 72 67 62 90 82 170 1Ah 用 干 粉 重 (g) 13.5 12.6 11.6 12 11 10.5 5.5 1.280

板栅设计参数

任何用途的铅酸蓄电池的设计都必须在正、负极活性物质、电解液、板栅体积或质量之间作出分配和平衡。随着技术的进步，分配和平衡可以有某种程度的变化。

由于正极板栅有氧化腐蚀问题存在，因此经常设计正极板栅时要考虑：

1、 比质量、比体积

比质量是指板栅、活性物质每安时所需要的质量；比体积是指每安时所需电解液的体积。

下表列出欧洲和美国制造厂家，对汽车型铅酸蓄电池经常使用的板栅的比质量。 制造板栅的比质量（g/Ah,以C20额定容制造板栅的比质量（g/Ah,以C20额定容厂 量计算） 厂 量计算） 表中所给数字没有修正各厂家所用板栅合金中锑含量变化。一般地说，两年半的使用寿命，起合金的锑含量在4.5~6.0%。若使用高锑合金时，其板栅的比质量可降至5.0g/Ah，正、负极相同。表中板栅质量中未包括极耳质量。

对于动力用铅酸蓄电池，其工作制度为有规则的深×放电循环。在这个条件下，正板栅的氧化循环加剧，每安时所需的金属质量则增加，而且随要求循环寿命的增加该板栅的比质量也增加，如下表所用合金为含锑4.5~7.0%添加As0.08~0.12%. 预期循环 寿命（次） 250 500 正极板栅比质量 （g/Ah） 6 7 预期循环 寿命（次） 1000 1500 正极板栅比质量 （g/Ah） 9 11

2、 α和γ系数

文献中提出正极板的设计参数是比例值α，

通常α值变化在0.35～0.60。

1995年Pavlov又提出引进参数γ，即

Pavlov认为，正极活性物质的比表面积为3～8㎡/g，取平均值为5㎡/g。一个汽车型极板具有100g活性物质，则其表面积为500㎡。板栅的面积大约为40～70㎡，假设为50㎡。当极板放电时，在500㎡的电极上产生的电流，要集中在50㎡的板栅面积上通过，电流密度增加了106倍，因此，与活性物质接触的面积及板栅与活性物质界面电阻的大小，就会对电池的放电性能有很大的影响，于是提出必要引进γ参数。γ参数的优化就可以提高正极活性物质利用率和电池寿命。按此原则，在实验室设计新型管式电极，其γ＝0.5～0.8g/㎝2,极板厚度为4.0mm，正极的活性物质利用率在5h率放电时达62％。

3、 活性物质质量/板栅质量

我国把活性物质与板栅质量的比例，作为设计参数。

下表给出各种用途质量分布的例子： 构件名称 起动用 牵引用 （管式） 牵引用 （涂膏式） 板栅（包括正、负极） 活性物质（含正、负极） 活性物质质量/板栅质量 21.5% 36.0% 1.67 26.7% 35.9% 1.34 27.3% 40.1% 1.47 板栅虽然很重要，但不是产生电流的物质，发展趋势是减轻其在电池中所占的比例，而仍保持电池容量和寿命性能，电池质量则轻。