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功率技術/新能源  

專家開講:深入了解電池技術──Part 2-3

上網時間: 2013年12月23日     打印版  Bookmark and Share  字型大小:  

關鍵字:電池  專家開講  充電  放電  使用壽命 

以下我們延續上一篇文章(深入了解電池技術──Part 2-2),繼續介紹各種與電池相關的專業術語。

˙電量計(fuel gauge or gas gauge):一種用以量測電池連續運作時間、以確定其荷電狀態(state of charge,SOC)的元件或是電路;最佳(最有效)的電量計會同時監測端電壓電流,將兩者相乘、累積一段時間,並與參考能量相比較。智慧型電池則使用多種技巧來產生合理的結果(我們會在未來的文章中詳細討論)。

˙充電電流(charge current,通常為建議值):在此理想電流值之下,電池會開始在恆定電流架構下充電(通常充到70%的SOC),然後再轉向以恆定電壓模式充電。不過此規格可能會因為不同的充電架構而有所改變。

˙使用期限/壽命(Time durability or service life):電池維持可用程度的時間;在這段期間內,可充電電池能被成功充電,而一次性電池則能達到製造商所規範的荷電狀態。此規格有一部分是庫存期限(shelf life),也就是電池能維持不使用(無負載電流)、但其容量仍緩慢透過自放電特性縮減至製造商額定比例的時間長度。

在某些狀況下,使用期限可能是以電池充/放電循環次數來表示,或是針對特定應用、電池需要被更換的時間長度。最短電池使用壽命可能因為惡劣環境、過大負載電流、重複充電嚴重不足…等因素而造成;相反地電池能維持最長使用壽命,是因為最佳化的使用環境、輕微的負載電流,以及庫存維持最短期限等等。

˙一般耐久度(general durability):電池對抗環境、電氣等條件而展現的耐用程度。

˙可靠度與平均故障間隔時間(Reliability and MTBF):以下有一篇作者為Jim McDowall的文章「電池故障統計方法(連結)」,對此有更詳盡的介紹。

˙冷啟動電流(cold cranking amps,CCA):這是一個對電池可啟動汽車冷引擎之電流的產業評量標準;根據美國BCI (Battery Council International)之定義,CCA是一個鉛酸電池在華氏零度的條件下,能放電30秒、維持每個電池芯達到至少1.2V電壓的電流安培數。

˙啟動電流(cranking amps,CA):與冷啟動電流很類似,啟動電流是鉛酸電池在華氏32度的條件下,能放電30秒、維持每個電池芯達到至少1.2V電壓的電流安培數。(CA等級在氣溫很少降到華氏零度的氣候條件下更常使用)。

˙電池失效(battery failure):這個是筆者自創的名詞,指的是電池無法再呈現製造商的額定規格性能;此外筆者還定義了另一個名詞「災難性失效(catastrophic)」,意指電池過早、無預警以及突然(通常)失效。在此要特別提出的是,所有的電池總有一天都會失效,但我們希望那是發生在電池已經釋出製造商額定的可接受程度能量之後。

此外筆者也要特別提醒的是,「失效」與「災難性失效」對不同的人來說也會有不同的定義,有些人認為災難性失效僅意味著可見性的損壞,例如被焚毀/變色、受機械性應變(mechanically-strained) / 變形、破損、裂縫…等等。

˙死當(dead):對充電電池來說,這並不意味著電池已經無用(useless)了,而是其荷電狀態達到了內部電阻的最小額定值,或是端電壓的最小額定值;對一次性電池來說,這意味著電池已經無法達到可應用的有效功率。(筆者以“無用”這個詞代表一次性電池的開路電壓荷電狀態低於額定的3%)。

˙能量耗盡(depleted):電池的荷電狀態達到或是低於製造商所定義的截止電壓(cut-off voltage),在此之後(不充電)無法保證電池之連續運作;在此要注意的是,這並不一定代表電池已經用完了所有儲存的能量,例如電池可能是在無電流負載的情況下一直被庫存。

˙新電池(fresh):所謂的新電池是指剛出廠的電池,而電池如何被定義為「新」,也是屬於製造商的權力。

˙OCPP (Open charge point protocol)開放性電動車充電標準:這是一個由開放充電聯盟(Open Charge Alliance,OCA)所擬定的標準,是一種全球公認性的電動車充電標準,可涵蓋50個國家的超過1萬個充電站。

˙電池的廢棄與回收:如果你不確定該如何拋棄或是回收電池,可以參考Call2Recycle.org這個網站的資訊(有美、加地區的電池回收點,如果你知道本地的類似資訊,歡迎在下面的討論區分享!)。

˙RoHS 有害物質限制指令:這個指令限制了在電子與電氣設備內使用某些對環境有害的物質,在2003年起於歐盟施行,美國也在2006年跟進實施。

˙WEEE 廢棄電氣電子設備指令:與RoHS是限制即將上市電子設備使用的材料不同,WEEE是針對所有電子產品的廢棄、回收再利用訂定規範。

˙容量(capacity):電池的容量是以安培小時(amp-hours,Ah)或瓦特小時(watt-hours,Wh)為單位;在這裡要注意的是,瓦特小時是能量規格,安培小時本身並不是一個完整的能量規格,因為並未提到電壓。要為某個電池建立容量規格,製造商必須為其施加一個放電電流(Id amps),直到端電壓降到截止電壓,並記錄下時間(Td hours),電池容量就等於Id×Td,單位是安培小時。請注意,若將時間正規化至1小時,就會移除有用的資訊;如果在放電期間,也同時量測電壓並取其平均值(Vd volts),電池的容量就等於Vd×Id×Td,單位為瓦特小時。

有部份製造商也為定功率負載(constant-power loads)提供放電曲線,實際負載電流能被定義為一個通稱、相對性的名詞「充電率(C-rate)」,1C就是能在一個小時內將電池完全放電所需的電流安培數,因此充電率就是電池與其最大容量成正比的電池放電速率。而另外還有一個類似的「E-rate」,則是放電功率的評量標準,1E意味著能在一個小時內將電池放電完成的功率大小(我們將在未來的系列文章中繼續討論)。

在接下來的文章中,我們除了將繼續介紹一些電池相關的技術訣竅,也將進一步解釋部分專業術語與規格;歡迎讀者們對文章內容與對前面介紹的各種電池技術發表您的看法與指教!

編譯:Judith Cheng

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

延伸閱讀

˙專家開講:深入了解電池技術──Part 1

˙專家開講:深入了解電池技術──Part 2-1

˙專家開講:深入了解電池技術──Part 2-2





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