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专家开讲：深入了解电池技术 ──Part 2-1

2014-8-18 09:35:03 3313

0 专家开讲：深入了解电池技术 ──Part 2-1 我们在上一篇文章(参考：深入了解电池技术──Part 1)中谈到将在这一系列的文章中探讨各种电池技术，包括铅酸电池、锌系电池、锂系电池，以及其他各种新奇的方案；此外我们也将在每一篇文章中提供一些电池选择诀窍。何谓电池？以传统的观点来看，电池是一种内含化学反应物质并藉此产生电力的装置，但这种定义随着时间演进已经开始模糊；这会是一个有趣的话题，也许我们能在这一系列文章的最后，再来好好讨论一番。诀窍1.：开始选择电池笔者选择电池都是先看应用环境，通常我们能将技术选择范围根据环境上的限制来缩减；举例来说，当电池运作环境温度达到325°C，就可以不用浪费时间去找锂电池，在那样的环境之下，标准锂电池无法涉足但钠硫(sodium-sulfur)电池则能生存。另一个例子是需要周期性加水的旧式(非胶状)铅酸电池，这种电池自然无法在完全密封的环境中使用。诀窍2.：能量与功率的差异能量(Energy)与功率(Power)这两者常会让人混淆，需要特别注意的是，电池可储存的是潜在的能量，当负载电流时，那些潜在能量才会被转换为电功率，在几伏特电压(V)之下可达到几安培电流(A)，然后计算出是几瓦功率(W=V×A)。可传递到负载的总能量，是瞬时电压乘以瞬时电流，也就是v(t) x a(t)，以时间来求积分──因为能量的单位是焦耳(joule，J)，即功率乘以时间秒数。规格与专业术语我们似乎总希望找个拥有最大的「冲击力(wallop)」的电池，但能接受的价位是多少？需要多大的尺寸与重量？显然我们总是会做一些折衷，因此我们需要知道制造商是如何详列所有这些技术规格；在未来的文章中也会再更详细提到这些，以下我们先介绍几个相关术语与规格。 ˙一次与二次电池(primary / secondary batteries)：所谓的一次电池就是那些能在组装之后立即产生电压、马上应用的产品，但大多数无法充电；二次电池则能在组装、第一次使用之后进行充电，而且通常是可以重复充电。 ˙智能型电池(smart type)：这种类型的电池包含用以监测电池、并将电池装态与外部应用装置通讯的组件或电路，通常该监测电路所提供的信息包括充电状态、温度或环境信息、电池健康状态、使用年限、产品序号/型号…等等；有部分电路则是负责电源管理或是防止过电流等安全功能。如果一颗电池有四个以上的链接接口，它就很可能是智能型产品，未来我们还会介绍相关议题。 ˙内部电阻(internal resistance)与最大内部电阻：电池的内部电阻量测单位是奥姆(ohm)，为电池内产生电压之零件并联作用产生的有效直流(DC)电阻。而最大内部电阻规格，则是基于安全性操作以及制造商要求，在充放电时的内部电阻最坏情况。要量测DC内部电阻，笔者通常使用两阶段DC负载(two-tier DC-load)方法。选择一个负载电阻轻轻加载电池，维持10秒负载，然后在负载链接期间量测出终端电压V1以及电流I1；接着再供应一个更高的负载(较低电阻)3秒，并量测终端电压V2与电流I2。DC电阻=(V1-V2) / (I2- I1) ；前后两个负载的差异必须足以产生非常清晰的电压三角(voltage delta)，同时仍不超出制造商的建议范围。藉由采用另一个完全不同的电阻配对进行额外的量测，以确定数字的增加情况；在这里要注意的是，电池的内部电阻(以及阻抗)，是导致电池容量损失以及效率低落的主要原因。 ˙阻抗(impedance)：这是指交流复合电阻(AC complex reactance)，单位也是奥姆。一颗电池内部的完整配置包括电感、电容以及两个纯电阻；通常一个1,000Hz发电机被用来激发电池并确定其电抗 (reactance)。对于连续不断且快速变化的负载电流来说，阻抗是一种比内部电阻更好的量测指标。能量比(specific energy)：以瓦特小时/每公斤(Wh/kg)，或是兆焦耳/每公斤(MJ/kg)为单位的能量对重量(或能量对质量)比；这个数字也通常被当作(但也许是不正确的)能量密度，基本上定义了一颗电池以其重量来看的「强壮度」。有部分制造商用一种完全不同的形式来表现这个数字，例如焦耳/每公克 (J/g)。编译： Judith Cheng 参考译文： AllAbout Batteries,by Ivan Cowie 扩展阅读：专家开讲：深入了解电池技术 ──Part 1 专家开讲：深入了解电池技术 ──Part 2-1 专家开讲：深入了解电池技术──Part 2-2 专家开讲：深入了解电池技术──Part 2-3 专家开讲：深入了解电池技术──Part 3铅酸电池专家开讲：深入了解电池技术──Part 4 (碱性电池) 专家开讲：深入了解电池技术──Part 5 (碳锌电池) 专家开讲：深入了解电池技术──Part 6 (锌空气电池) 专家开讲：深入了解电池技术──Part 7 (锂亚硫酸氯电池) 专家开讲：深入了解电池技术──Part 8 (锌/氧化银电池) 专家开讲：深入了解电池技术──Part 9 (钠硫电池) 专家开讲：深入了解电池技术──Part 10锂二氧化硫电池 0
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