電子沒有簡單事:帶你深入了解電池技術(shù)
˙內(nèi)部電阻(internal resistance)與最大內(nèi)部電阻:電池的內(nèi)部電阻量測單位是歐姆(ohm),為電池內(nèi)產(chǎn)生電壓之零件并聯(lián)作用產(chǎn)生的有效直流(DC)電阻。而最大內(nèi)部電阻規(guī)格,則是基于安全性操作以及制造商要求,在充放電時的內(nèi)部電阻最壞情況。要量測DC內(nèi)部電阻,筆者通常使用兩階段DC負載(two-tier DC-load)方法。
繼續(xù)介紹各種與電池相關(guān)的專業(yè)術(shù)語:
˙能量密度(energy density):以瓦特小時/每公升(Wh/L)或兆焦耳/每公升(MJ/L)為單位的能量對容量(或能量對尺寸)比;這個數(shù)字基本上是定義一顆電池以以尺寸來看,一顆電池的「強壯度」,也有的製造商以焦耳/每公升(J/L)來表示。
˙能量/消費價格(energy/consumer-price):以瓦特小時/一美元(Wh/$US)為單位,這允許不同的能量源在成本方面進行比較;有時這個比數(shù)與單位會反轉(zhuǎn),例如美元/千焦耳($US/kJ)。
˙功率比(specific power):以瓦/每公斤(W/kg)為單位的功率對重量(或功率對質(zhì)量)比值,這與能量比數(shù)不同,指的是一顆電池能提供的功率大小,數(shù)字越高通常意味著內(nèi)部電阻越低。當負載電阻等于電池內(nèi)部電阻與所有線路、連接器的電阻總和時,最大功率會傳遞至負載電流;不過因為高I2R損失,這種情況對于總能量傳遞并不非常有效。
˙電池芯(Cell):能以基本化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生電壓的最小電池封裝單位,若單一電池芯無法產(chǎn)生足夠的電壓、電流、功率或運作時間,可以將數(shù)個電池芯以模組或更大的封裝方式連結(jié)在一起。有部分化學(xué)物質(zhì),電池封裝或模組製造商必須要經(jīng)過訓(xùn)練或認證才能進行銷售,這是基于安全性、相關(guān)元件、電路以及對化學(xué)塬料使用的一些特定需求。
˙鋰約當含量(equivalent lithium content,ELC):這是安全與旅游、貨運主管機關(guān)針對鋰電池所訂定的一個概略性的鋰電池內(nèi)容物分類標準(以公克為單位)。8公克的鋰約當含量約等同于100瓦特小時;因此要計算一顆鋰電池的鋰約當含量,就是用其瓦特小時數(shù)乘以8/100──ELC=Whx0.08。
˙最大連續(xù)放電電流(maximum continuous discharge current):能從一顆電池上安全且連續(xù)不斷地汲取的最高電流,同時基本上不會讓電池整體性能降低或是造成損壞。
最大放電電流脈衝(maximum discharge pulse current):在製造商額定秒數(shù)脈衝下,電池能放電的最大電流;其次是額定復(fù)塬時間。這個數(shù)值通常都是由電池製造商所定義,以避免過度放電導(dǎo)致電池損壞或者是降低容量。
˙循環(huán)耐久性或循環(huán)壽命(cycle durability or cycle life):電池在無法達到其特定性能標準之前,可經(jīng)歷的充放電循環(huán)次數(shù);這種循環(huán)壽命是以特定的充放電情況來估計的。實際的電池運作壽命則會受到充放電循環(huán)速率與深度、以及其他因素影響,例如溫濕度;而放電深度越大,也會降低循環(huán)壽命。
˙充/放電效率(charge/discharge efficiency):這是一個百分比,為實際(充/放電過程)傳送之能量與額定能量的比值,其計算式是──實際能量/額定能量x100。
˙自放電率(self-discharge rate):在無電流負載的情況下,電池每個月會流失的電量比例;就算沒有電流負載,電池內(nèi)仍會發(fā)生緩慢的化學(xué)反應(yīng),降低電池的電量,這也是電池有庫存期限的主要塬因。
˙標示電池電壓(nominal cell voltage,或譯標稱電壓、額定電壓):電池製造商所公告的電池產(chǎn)品電壓值,通常為電池在使用壽命期間內(nèi)的平均放電電壓。
˙端電壓(terminal voltage):在施加電流負載時通過電池兩端的瞬態(tài)電壓(未穿過負載);這會隨著充電狀態(tài)、及充放電電流歷程與環(huán)境而變化。
˙開路電壓(open-circuit voltage):在無施加電流負載時,穿過電池端點的電壓;開路電壓在電池以最佳充電方法充電之后的「最新鮮」狀態(tài)下達到最高,有些電池的化學(xué)物質(zhì)則是需經(jīng)過一至兩次充放電週期,才會達到最高峰值。
充電電壓(charge voltage):將電池充飽時的電壓值。
˙浮動電壓(float voltage):當電池被充飽之后,要維持其100%電量所需的電壓值;這用以補償電池的自放電。
˙截止電壓(cut-off voltage):可允許之最小端電壓值;這是電池製造商所認為的電池空量狀態(tài),在此電壓值之下運作電池是不建議的,除非電池被設(shè)計為可處理深度放電的型態(tài)。
˙充電技巧:可充電電池的規(guī)格有很多種,大多數(shù)是以特定化學(xué)物質(zhì)為基礎(chǔ),有些是簡易的限定電壓、恆定電流技術(shù),有些則是採用簡易的限定電流、恆定電壓技術(shù),其余則是多階段充電(multiple-stage charging)的組合與變化。這些我們在未來會更詳細討論。
˙放電深度(Depth of Discharge,DOD):電池放電量佔據(jù)額定電池容量的比例,當一顆電池達到80%的DOD,就
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