Global Sources
電子工程專輯
 
電子工程專輯 > 功率技術/新能源
 
 
功率技術/新能源  

專家開講:深入了解電池技術──Part 2-1

上網時間: 2013年12月19日     打印版  Bookmark and Share  字型大小:  

關鍵字:電池  專家開講  化學反應  電力  定義 

我們在上一篇文章(參考:深入了解電池技術──Part 1)中談到將在這一系列的文章中探討各種電池技術,包括鉛酸電池、鋅系電池、鋰系電池,以及其他各種新奇的方案;此外我們也將在每一篇文章中提供一些電池選擇訣竅。

何謂電池?

以傳統的觀點來看,電池是一種內含化學反應物質並藉此產生電力的裝置,但這種定義隨著時間演進已經開始模糊;這會是一個有趣的話題,也許我們能在這一系列文章的最後,再來好好討論一番。

訣竅1.:開始選擇電池

筆者選擇電池都是先看應用環境,通常我們能將技術選擇範圍根據環境上的限制來縮減;舉例來說,當電池運作環境溫度達到325°C,就可以不用浪費時間去找鋰電池,在那樣的環境之下,標準鋰電池無法涉足但鈉硫(sodium-sulfur)電池則能生存。另一個例子是需要週期性加水的舊式(非膠狀)鉛酸電池,這種電池自然無法在完全密封的環境中使用。

訣竅2.:能量與功率的差異

能量(Energy)與功率(Power)這兩者常會讓人混淆,需要特別注意的是,電池可儲存的是潛在的能量,當負載電流時,那些潛在能量才會被轉換為電功率,在幾伏特電壓(V)之下可達到幾安培電流(A),然後計算出是幾瓦功率(W=V×A)。可傳遞到負載的總能量,是瞬時電壓乘以瞬時電流,也就是v(t) x a(t),以時間來求積分──因為能量的單位是焦耳(joule,J),即功率乘以時間秒數。

規格與專業術語

我們似乎總希望找個擁有最大的「衝擊力(wallop)」的電池,但能接受的價位是多少?需要多大的尺寸與重量?顯然我們總是會做一些折衷,因此我們需要知道製造商是如何詳列所有這些技術規格;在未來的文章中也會再更詳細提到這些,以下我們先介紹幾個相關術語與規格。

˙一次與二次電池(primary / secondary batteries):所謂的一次電池就是那些能在組裝之後立即產生電壓、馬上應用的產品,但大多數無法充電;二次電池則能在組裝、第一次使用之後進行充電,而且通常是可以重複充電。

˙智慧型電池(smart type):這種類型的電池包含用以監測電池、並將電池裝態與外部應用裝置通訊的元件或電路,通常該監測電路所提供的資訊包括充電狀態、溫度或環境資訊、電池健康狀態、使用年限、產品序號/型號…等等;有部分電路則是負責電源管理或是防止過電流等安全功能。如果一顆電池有四個以上的連結介面,它就很可能是智慧型產品,未來我們還會介紹相關議題。

˙內部電阻(internal resistance)與最大內部電阻:電池的內部電阻量測單位是歐姆(ohm),為電池內產生電壓之零件並聯作用產生的有效直流(DC)電阻。而最大內部電阻規格,則是基於安全性操作以及製造商要求,在充放電時的內部電阻最壞情況。要量測DC內部電阻,筆者通常使用兩階段DC負載(two-tier DC-load)方法。

選擇一個負載電阻輕輕載入電池,維持10秒負載,然後在負載連結期間量測出終端電壓V1以及電流I1;接著再供應一個更高的負載(較低電阻)3秒,並量測終端電壓V2與電流I2。DC電阻=(V1-V2) / (I2- I1);前後兩個負載的差異必須足以產生非常清晰的電壓三角(voltage delta),同時仍不超出製造商的建議範圍。

藉由採用另一個完全不同的電阻配對進行額外的量測,以確定數字的增加情況;在這裡要注意的是,電池的內部電阻(以及阻抗),是導致電池容量損失以及效率低落的主要原因。

˙阻抗(impedance):這是指交流複合電阻(AC complex reactance),單位也是歐姆。一顆電池內部的完整配置包括電感、電容以及兩個純電阻;通常一個1,000Hz發電機被用來激發電池並確定其電抗(reactance)。對於連續不斷且快速變化的負載電流來說,阻抗是一種比內部電阻更好的量測指標。

能量比(specific energy):以瓦特小時/每公斤(Wh/kg),或是兆焦耳/每公斤(MJ/kg)為單位的能量對重量(或能量對質量)比;這個數字也通常被當作(但也許是不正確的)能量密度,基本上定義了一顆電池以其重量來看的「強壯度」。有部分製造商用一種完全不同的形式來表現這個數字,例如焦耳/每公克(J/g)。

編譯:Judith Cheng

(參考原文: All About Batteries, Part 2: Specifications & Terminology,by Ivan Cowie)





投票數:   加入我的最愛
我來評論 - 專家開講:深入了解電池技術──Part 2...
評論:  
*  您還能輸入[0]個字
*驗證碼:
 
論壇熱門主題 熱門下載
 •   將邁入40歲的你...存款多少了  •  深入電容觸控技術就從這個問題開始
 •  我有一個數位電源的專利...  •  磷酸鋰鐵電池一問
 •   關於設備商公司的工程師(廠商)薪資前景  •  計算諧振轉換器的同步整流MOSFET功耗損失
 •   Touch sensor & MEMS controller  •  針對智慧電表PLC通訊應用的線路驅動器
 •   下週 深圳 llC 2012 關於PCB免費工具的研討會  •  邏輯閘的應用


EE人生人氣排行
 
返回頁首