电子没有简单事：带你深入了解电池技术
时间：2020-10-31 17:47:32
本文作者是具备30年以上经验的电子工程师，对许多技术领域都有涉猎，包括数位、类比、电源、通讯、微控制器…等等。因为他在电池技术方面有些研究，于是写了一系列的专栏，为读者介绍各种电池种类、相关技术、专业术语、规格以及使用环境。
在下一篇文章中，作者将详细介绍各种类型的电池，并学习如何为特定的应用选择合适的电池技术。 电池是由意大利物理学家亚历山德罗·伏尔塔在1800年发明的，如果伏尔塔还在的话，他的发明是多么无处不在（多样），应该会感到惊讶。
但其实在某些应用中，选择使用电容器或许比电池更适合。很惊讶吗？也许在它们强调具备稳定、高浪涌能力供电时，你可能考虑过采用电容器；有时候涉及极轻负载，也有可能忽略常规的电源应用，而考虑采用超级电容。当我们进一步讨论到电池的专业术语以及技术，希望能进一步厘清电容器与电池该如何抉择。
而要针对企业一项具有特殊应用来研究选择一个电池管理技术，要考量的因素有很多；除了发展相对尺寸、重量与成本（有便宜的、也有贵的，还有你根本负担不起的！）。在接下来的系列重要文章中，笔者通过计划将涵盖的两大部分重点内容包括：
1.使用及贮存环境: 包括温度、大气压力、海拔高度、机械应力、震动、安装位置、辐射硬化、腐蚀、包装/形状、贮存及贮存寿命、产生的废气、所需耗材、安全、物料、规格及标准等。
2. 应用：类型（包括社会主要、次要问题以及发展智慧型）、技术、化学品、效率与耗损、充放电工作周期与速度、放电进行深度、使用网络寿命、记忆影响效应、充电信息技术、电容/电池企业混合经济技术、容量、密度（能量与重量）、保护系统电路、量测与计量（gas gauge）、品质、可靠度、充电与运作管理时间。
自从第一代Volta发明，电池在多年中发展，包括以下技术：铅酸（PBX），Ni-镉（NiCd），NiMH，NiMH（NiZn），氧化锌（ZnO）），锌碳（锌 - 碳），氯化锌（ZnCl2），二氧化锌（ZnMNO2，IMPI）。
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还有氧化银(ag2o)、锌银(agzn)、硫化钠(na2s4)和核电池或原子电池。
何谓电池？
就传统观点而言，电池是含有化学反应物质的装置，从而产生电力，但该定义已经开始模糊时间进化;这将是一个有趣的话题，也许我们可以在这里。最后，让我们讨论一些文章。
诀窍1.：开始进行选择一个电池
笔者通过选择一个电池发展都是先看应用研究环境，通常要求我们学生能将信息技术进行选择工作范围主要根据社会环境上的限制来缩减；举例来说，当电池管理运作市场环境不同温度达到325°C，就可以不用浪费大量时间去找锂电池，在那样的环境影响之下，标准锂电池无法涉足但钠硫（sodium-sulfur）电池则能生存。另一个例子是需要具有周期性加水的旧式（非胶状）铅酸电池，这种电池自然资源无法在完全密封的环境中使用。
技巧2：能量和能量的区别
能量和功率经常混淆，需要注意的是，电池储存的是势能，当施加电流时，势能转化为电能，几安培的电流(a)可以达到几伏(v) ，然后可以计算出几瓦的功率(w = v & amp; a)。总能量可以转移到负载是瞬时电压乘以瞬时电流，v (t) x a (t) ，在时间积分，因为能量单位是焦耳(j) ，这是功率乘以秒数的时间。
规格与专业术语
我们中国似乎总希望找个拥有一个最大的「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？显然对于我们生活总是会做一些折衷，因此为了我们国家需要学生知道制造商是如何详列所有研究这些信息技术产品规格；在未来的文章中也会再更详细提到这些，以下问题我们先介绍几个方面相关专业术语与规格。
˙一次电池和二次电池（一次/二次电池）：一次电池是组装后立即产生电压的产品，组装后立即不再充电；二次电池组装后可以再充电，先使用，通常可以重复充电。
˙智慧型电池（smart type）：这种不同类型的电池包含用以进行监测电池、并将电池装态与外部数据应用技术装置通讯的元件或电路，通常该监测控制电路所提供的资讯内容包括充电状态、温度或环境信息资讯、电池健康生活状态、使用工作年限、产品序号/型号…等等；有部分电路则是一个负责电源质量管理人员或是为了防止过电流等安全教育功能。如果没有一颗电池有四个以上的连结介面，它就很可能是智慧型产品，未来需要我们国家还会介绍一些相关研究议题。
内阻和最大内阻: 电池的内阻以欧姆为单位测量，即电池中产生电压的部件并联作用所产生的有效直流电阻。最大内阻规格是基于安全操作和制造商要求，在充电和放电过程中内阻最差的情况。为了测量直流电的内阻，通常采用两级直流负载法。
继续介绍与电池相关的各种特殊条款：
能量密度：瓦特/每升（WH / L）或Magappa /每升（MJ / L）中的能量（或能量到尺寸）;此数字基本上定义了电池的尺寸，电池的“强度”，一些制造商由焦耳/聆听（J / L）表示。
能源/消费者价格: 以瓦特/小时/美元(wh/$us)为单位，可以对不同能源的成本进行比较; 有时这一比率以单位为单位，如美元/千焦耳($us/kj)。
˙功率比（specific power）：以瓦/每公斤（W/kg）为单位的功率对重量（或功率对质量）比值，这与能量比数不同，指的是一颗电池能提供的功率大小，数字越高通常意味着内部电阻越低。当负载电阻等于电池内部电阻与所有线路、连接器的电阻总和时，最大功率会传递至负载电流；不过因为高I2R损失，这种情况对于总能量传递并不非常有效。
˙电池芯（Cell）：能以基本化学反应而产生电压的最小电池封装单位，若单一电池芯无法产生足够的电压、电流、功率或运作时间，可以将数个电池芯以模组或更大的封装方式连结在一起。有部分化学物质，电池封装或模组製造商必须要经过训练或认证才能进行销售，这是基于安全性、相关元件、电路以及对化学塬料使用的一些特定需求。
˙锂约当含量（equivalent lithium content，ELC）：这是国家安全与旅游、货运企业主管部门机关可以针对我国锂电池所订定的一个概略性的锂电池研究内容物分类标準（以公克为单位）。8公克的锂约当含量约等同于100瓦特小时；因此要计算得到一颗中国锂电池的锂约当含量，就是用其瓦特小时数时间乘以8/100──ELC=Whx0.08。
˙最大连续放电电流（最大连续放电电流）：在不降低或损坏电池整体性能的情况下，可以安全和连续地从电池中抽出的最高电流。
最大放电电流脉衝（maximum discharge pulse current）：在製造商额定秒数脉衝下，电池能放电的最大电流；其次是额定復塬时间。这个数值通常都是由电池製造商所定义，以避免过度放电导致电池损坏或者是降低容量。
˙循环耐久性或循环耐用性或循环寿命：电池可以体验到无法满足其特定性能标准的充电和放电循环次数;该循环寿命估计在特定的充电和放电。实际电池运行将受到充电和放电的速率和深度的影响，以及温度和湿度等其他因素;放电深度越大，循环寿命也将降低。
˙充/放电工作效率（charge/discharge efficiency）：这是我们一个有效百分比，为实际（充/放电发展过程）传送之能量与额定输出能量的比值，其计算式是──实际进行能量/额定电流能量x100。
˙自放电率：在无电流负荷的情况下，电池每月将丢失;即使没有电流负载，电池仍然会有缓慢的化学反应，降低电池的功率，这也是电池的主要原因。
˙标示进行电池工作电压（nominal cell voltage，或译标称输出电压、额定电流电压）：电池製造商所公告的电池技术产品设计电压值，通常为电池在使用网络寿命期间内的平均通过放电产生电压。
˙端电压（terminal voltage）：在施加电流负载时通过电池两端的瞬态电压（未穿过负载）；这会随着充电状态、及充放电电流歷程与环境而变化。
˙开路输出电压（open-circuit voltage）：在无施加一个电流进行负载时，穿过电池端点的电压；开路电压在电池以最佳充电技术方法可以充电时间之后的「最新鲜」状态下能够达到企业最高，有些电池的化学研究物质文化则是需经过一至两次充放电週期，才会发展达到国家最高峰值。
充电系统电压（charge voltage）：将电池充饱时的电压值。
˙浮电压(float电压)：当电池充满时，保持其100%功率所需的电压；这补偿了电池的自放电。
截止电压: 最低允许的终端电压; 电池制造商认为这是电池的空状态，建议不要在这个电压下工作，除非电池的设计能够处理深度放电。
˙充电技巧：可充电电池的规格有很多种，大多数是以特定化学物质为基础，有些是简易的限定电压、恆定电流技术，有些则是採用简易的限定电流、恆定电压技术，其余则是多阶段充电（multiple-stage charging）的组合与变化。这些我们在未来会更详细讨论。
˙放电进行深度（Depth of Discharge，DOD）：电池放电量佔据额定电压电池系统容量的比例，当一颗对于电池可以达到80%的DOD，就算是一个深度分析放电。
˙荷电状态（State of charge，SOC）：电池技术目前市场容量在额定容量发展中所佔比例，此SOC值通常可以藉由在一段时间时间内进行整合的负载电流来提高计算，智慧型电池系统通常我们也是用这种教学方法，提供比仅单独作为监测端电压更精确的荷电状态量测。
