201108030806電池名詞解釋

電池名詞解釋

最近發現有許多人對電池的專有名詞有一些誤解,因此筆者在此對這些名詞做一些整理,希望能幫助大家正確的了解,而不要產生一些認知的誤會。

 

一次電池

顧名思義為只可使用一次性的電池,當電池內以化學能轉變為電能來提供電力,也無法透過充電或其他方式將原有電能補充回來,因此完全放電後將不可再使用,這是電化學反應為不可逆轉。一般市面上常見的乾電池、碳鋅電池、鹼性電池、水銀電池、鋅空氣電池等,皆屬此一次性電池。不同的一次性電池種類有不同的使用方式,但都局限於單次的使用。在製造上許多電池種類的原料使用及製程上所使用的材料具有污染性,對環境以及人體具有相當大的影響。

 

二次電池

二次電池是可以再重覆使用的電池,可持續的充電、放電使用,二次電池一樣是經過化學能轉換成電能,但可以藉由充電方式,將電能重新轉化成化學能,便可讓電池再次使用,而使用的次數隨著材料與設計有其差異性。市面上常見的有鉛酸電池、膠體電池、鎳鎘電池、鎳氫電池、鋰離子電池、鋰離子聚合物電池、磷酸鐵鋰電池等。不同種類的二次電池因為其額定電壓、額定容量、使用溫度以及安全性,有其不同的使用。在製造上許多電池種類的原料使用及製程上所使用的材料具有污染性,對環境以及人體具有相當大的影響。

 

碳鋅電池

碳鋅電池又稱碳鋅乾電池、碳性電池、碳性電芯,外殼由鋅構成。既可以作為電池的容器,又可以作為電池的負極。碳鋅電池是從液體Leclanche電池發展而來。傳統或一般型以氯化銨為電解質;電池則通常是使用氯化鋅為電解質的碳鋅電池,是一般使用的廉價電池的一種改良版。電池的正極主要是由粉末狀的二氧化錳和碳構成。電解液是把氯化鋅和氯化銨溶於水中所形成的糊狀溶液。碳鋅電池是最便宜的原電池,因此成為很多廠商的首選,因為這些廠商所銷售的設備中常常需要配送電池。鋅碳電池可以用於遙控器、閃光燈、玩具或電晶體收音機等功率不大的設備。此電池正極的碳棒與二氧化錳中所混合的碳只負責引出電流,並不參與反應,正極實際參與還原反應並提供正電的是二氧化錳中的錳,因此,又稱為錳鋅電池、鋅錳電池或鋅-二氧化錳電池,也有簡稱錳乾電池的。碳鋅電池的電壓為1.5V

 

鋅空氣電池

鋅空氣電池(Zinc-air battery)是一類結構特殊的品種。負極採用了鋅合金。而正極材料,則是空氣中的氧。在儲存時一般保持密封,所以基本上沒有自放電。又稱鋅氧電池,有時也被稱為鋅空電池。由於鋅空電池內部含有高濃度的電解質(氫氧化鉀具有強鹼性、強腐蝕性),一旦發生滲漏,將腐蝕電池附近部件,而且這種腐蝕可能是不可修復的,致命的。又因電池上有孔,電池在激活使用後存放時間又很短,所以鋅空電池較易發生電池漏液。使用鋅空電池的場合要及時更換耗盡的電池,經常檢查電池狀況,較長時間不用時取出電池。鋅空氣電池的電壓為1.4V

 

鉛酸電池

鉛酸電池,又稱鉛蓄電池,是蓄電池的一種,電極主要由鉛製成,電解液是硫酸溶液的一種蓄電池。一般分為開口型電池及閥控型電池兩種。前者需要定期注酸維護,後者為免維護型蓄電池。蓄電池的原理是通過將化學能和直流電能相互轉化,在放電後經充電後能復原,從而達到重複使用效果。鉛酸電池的電壓為2V

 

膠體電池

膠體電池屬於鉛酸蓄電池的一種發展分類,最簡單的做法,是在硫酸中添加膠凝劑,使硫酸電液變為膠態。電液呈膠態的電池通常稱之為膠體電池。電液改為膠凝狀。例如非凝固態的水性膠體,從電化學分類結構和特性看同屬膠體電池。又如在板柵中結附高分子材料,俗稱陶瓷板柵,亦可視作膠體電池的應用特色。膠體電池與常規鉛酸電池的區別,從最初理解的電解質膠凝,進一步發展至電解質基礎結構的電化學特性研究,以及在板柵和活性物質中的應用推廣。膠體電池其放電曲線平直,能量比要比常規鉛酸電池大20%以上,壽命一般也比常規鉛酸電池長一倍左右,高溫及低溫特性要好得多。膠體電池的電壓為2V

 

鎳鎘電池

鎳鎘電池(Nickel-cadmium battery簡稱NiCd)這種電池以氫氧化鎳(NiOH)及金屬鎘(Cd)作為產生電能的化學品。對比其他種類的蓄電池,鎳鎘電池的優勢是:可以較小重量儲存一定數量的能量、充電效率很高、放電時終端電壓變化不大,內阻小及對充電環境要求不高。鎳鎘電池的缺點則是記憶效應及鎘的重金屬污染。鎳鎘電池的電壓為1.2V

 

鎳氫電池

鎳氫電池(NiMH)是由鎳鎘電池(NiCd battery)改良而來的,其以能吸收氫的金屬代替鎘(Cd)。它以相同的價格提供比鎳鎘電池更高的電容量、比較不明顯的記憶效應、以及比較低的環境污染(不含有毒的鎘)。其回收再用的效率比鋰離子電池好,被稱為是最環保的電池。但是與鋰離子電池比較時,卻有比較高的記憶效應。舊款的鎳氫電池有較高的自我放電反應,新款的鎳氫電池已俱有相當低的自我放電(與鹼電相約),而且可於低溫下工作(-20℃)。鎳氫電池比碳鋅或鹼性電池有更大的輸出電流,相對地更適合用於高耗電產品,某些特別型號甚至比鎳鎘電池有更大輸出電流。

現時一般鎳氫電池的容量已高於鹼性電池(以體積計),以AA電池為例,鎳氫電池標示容量可達2900mAh(毫安培-小時,中國大陸普遍稱mAh為「毫安時」),而鹼性電池只有~2100mAh,當然也遠高於鎳鎘電池的1100mAh,但仍未及得上鋰離子電池。鹼性電池在長期不使用後會漏出俱輕微腐蝕性及有害液體(會對人體有害又或損壞使用該電池的裝置),而鋰電池在不適使用時有機會燃燒或爆炸。相對地鎳氫電池算是最安全的電池。鎳氫電池的電壓為1.2V

 

鋰離子電池

鋰離子電池是一種充電電池,它主要依靠鋰離子在正極和負極之間移動來工作。習慣上,鋰離子進入正極材料的過程叫嵌入,離開的過程叫脫嵌;鋰離子進入負極材料的過程叫插入,離開的過程叫脫插。和所有化學電池一樣,鋰離子電池也由三個部分組成:正極、負極和電解質。電極材料都是鋰離子可以嵌入(插入)/脫嵌(脫插)的。鋰離子電池的電壓為3.6~3.7V

 

鋰離子聚合物電池

鋰離子聚合物電池,也稱聚合物鋰電池,鋰聚合物電池。是一種以膠狀高聚物為電解質的可充電電池。避免了鋰離子電池高溫下容易爆炸的安全問題。相對於鋰離子電池,鋰聚合物電池的特點如下:

  1. 無電池漏液問題,其電池內部不含液態電解液,使用膠態的固體。

  2. 可製成薄型電池:其厚度可薄至0.5mm

  3. 電池可設計成多種形狀,最大可彎曲90°左右。

  4. 可製成單顆高電壓:液態電解質的電池僅能以數顆電池串聯得到高電壓,而高分子電池由於本身無液體,可在單顆內做成多層組合來達到高電壓。

  5. 容量將比同樣大小的鋰離子電池高出一倍。

鋰離子聚合物電池的電壓為3.6~3.7V

 

磷酸鋰鐵電池

磷酸鋰鐵(分子式:LiMPO4,英文:Lithium iron phosphate,又稱磷酸鐵鋰、鋰鐵磷,簡稱LFP),是一種鋰離子電池的正極材料,也稱為鋰鐵磷電池,特色是不含鈷等貴重元素,原料價格低且磷、鋰、鐵存在於地球的資源含量豐富,不會有供料問題。其工作電壓適中(3.2V)、電容量大(170mAh/g)、高放電功率、可快速充電且循環壽命長,在高溫與高熱環境下的穩定性高。磷酸鋰鐵電池的電壓為3.2~3.3V

 

電池芯

汎指可以儲存電荷及釋放電荷的容器,有一定的額定電壓及額定容量。

 

電池Soft Pack

將多數的電池串並連起來,做成一簡單的組裝,其包裝沒有一定的防護能力。

 

BMS

Battery Management System 取前面一個字母組成,其意思為電池管理系統,用來管理整組電池的系統,進而收集電池所有的信號,如電壓、電流、溫度等等,並將這些訊號區分為過電壓、低電壓、放電過電流、充電過電流、高溫充放電、低溫充放電、短路等等,將這些訊號做儲存或分析提供給終端產品使用。BMS在廣義上解釋常被認為是保護板,狹義解釋是一套電池管理的系統。

 

PCM

Protection Circuit Module 取前面一個字母組成,其意思為保護電路模組,用來管理電池模組的電路,俗稱電池保護板,部份的保護板功能可以達到BMS的要求,可收集電池所有的信號,如電壓、電流、溫度等等,並將這些訊號區分為過電壓、低電壓、放電過電流、充電過電流、高溫充放電、低溫充放電、短路等等,雖這些功能並非同時都存在,但也可獨立運作。部份的保護板只有監控的功能,這類保護板通常都搭配MCU使用。

 

MCU

Micro Controller Unit 取前面一個字母組成,又稱單晶片微型計算機(Single Chip Microcomputer),簡稱單晶片,是指隨著大規模集成電路的出現及其髮展,將計算機的CPURAMROM、定時數器和多種I/O接口集成在一片芯片上,可透過軟體撰寫來賦予MCU不同的功能。

 

電池容量

電池內部的正負極材料透過電解液產生反應,在一定的時間內所釋放出的電荷量,單位以“安培/小時”計(Ah)簡稱安時,例如在1小時的時間流出1安培的電流,稱為1安時(Ah)容量。。

 

電流

我們知道,水能在管線中流動,我們稱做水流。同樣的電子在導線中流動,這樣電子的流動就我們稱做叫做電流。電流的單位是“安培”,符號以“A”來表示。電路中通常用“I”來表示電流。水在流動中有高低之分,電子在流動中也有強弱之別。通常我們所說的電流大小,就是指電流強度的大小,一般表示電流強度的單位是安培,簡稱安,用符號"A"表示。在有些電路中流過的電流很小,通常用毫安、微安來計量,它們之間的換算關係是:

1安培 = 1000毫安(mA

1毫安 = 1000微安(μA

 

電壓

大家都知道,水在管中所以能流動,是因為有著高水位和低水位之間的差別而產生的一種壓力,水才能從高處流向低處。城市中使用的自來水,所以能夠一打開水門,就能從管中流出來,也是因為自來水的貯水塔比地面高,或者是由於用水泵推動水產生壓力差的緣故。電壓也是如此,電流所以能夠在導線中流動,也是因為在電流中有著高電位和低電位之間的差別。這種差別叫電位差,也叫電壓。換句話說。在電路中,任意兩點之間的電位差稱為這兩點的電壓。電壓用符號"U"表示。電壓的高低,一般是用單位伏特表示,簡稱伏,用符號"V"表示。高電壓可以用千伏(kV)表示,低電壓可以用毫伏(mV)表示,它們之間的換算關係是:

1千伏(kV=1000伏(V

1伏(V=1000毫伏(mV

 

電阻

水在管中流動時,並不是暢通無阻的,而是受到一定的阻力,阻止水的流通,這種阻力叫做水阻。同樣道理,電線內通過電流時,電子在導線內運動也受著一定的阻力,這種阻力叫做電阻。電阻用符號"R"表示,表示電阻大小的單位是歐姆,簡稱歐,用符號"Ω"表示。測量大電阻值可用千歐(KΩ)或兆歐(MΩ),它們之間的換算關係是:

1千歐(KΩ)= 1000歐(Ω)

1百萬歐(MΩ)= 1000000歐(Ω)

 

功率

若一定電流通過某定點阻力(如電阻)時,將會產生一個電壓降,而此電阻所吸收掉的能量稱為功率,單位以PW來計算。其計算方式是將電流量乘以電壓降,功率 P = 電流 I × 電壓 V。單位:仟瓦(KW)、瓦特(W)、毫瓦(mW)

 

C-Rate

電池除了以安培(或毫安)做單位來表示電池的充放電流大小之外,也使用英文字母C(capacity)來當作額定容量(電流x時間)之電流部分,以它做為電流大小衡量的單位。C-Rate與時間成倒數關係,以1C來看,是在1小時內將電池內所有的容量全部釋放出來,2C是在0.5小時(30分鐘)內將電池所有的容量釋放出來,10C是在0.1小時(6分鐘)內將電池所有的容量釋放出來來,0.5C是在2小時(120分鐘)內將電池所有的容量釋放出來,0.1C是在10小時(600分鐘)內將電池所有的容量釋放出來。

 

充放電率

所謂充()電率是將全部容量的電荷放()完所需要的時間,做為充()電時的標準速度。一般用來說明放()電的速度是多少,比如說二小時率的放電,是指用0.5C 的電流,在二個小時的時間將電池全部容量放完。20分鐘率表示用3C 的電流在20分鐘內將電池額定電量全部放完。在廠商的電池規格書上面,也常使用小時率來表示標準放電時間,只要根據額定容量來換算就知道標準放電電流是多少了。通常廠商提供的規格上額定容量是以溫度20℃ ,而放電是以5小時率0.2C 的條件來量測。

 

DOD

Depth of discharge DOD 取前面一個字母組成,其意思為放電深度,電池使用過程中,電池放出的容量占其額定容量的百分比稱為放電深度。放電深度的高低和二次電池的充電壽命有很深的關係,當二次電池的放電深度越深,其充電壽命就越短,因此在使用時應儘量避免深度放電。電池放電時所放電量與所儲存電量的比率稱之為放電深度,比百分比表示。例如放電深度20%表示電量放電到剩下80%電量的程度。

 

SOC

State Of Charge 取前面一個字母組成,其意思為電池殘留電量,此為電池相對的殘餘電量,SOC = (殘留電量 / 額定電量) * %,例如SOC=100%,代表電池殘留電量為100%,也就是電池電量目前還使沒開始使用,SOC=0%,代表電池殘留電量為1%,也就是電池電量已經耗盡。

 

電池額定容量

電池在一定的條件以下所測試出的電池容量,如鋰錳電池的額定容量是在環境溫度25℃下做0.2C充放電的條件,如鋰鐵電池的額定容量是在環境溫度25℃下做1C充放電的條件。

 

電池額定電壓

電池在一定的條件底下所測試出的電池電壓,如鋰錳電池的額定電壓是在環境溫度25℃下SOC 50%所量測的條件,如鋰鐵電池的額定電壓是在環境溫度25℃下SOC 50%所量測的條件。

 

放電終止電壓(Cut-off discharge voltage 

指電池放電時,電壓下降到電池不宜再繼續放電的最低工作電壓值。根據不同的電池類型及不同的放電條件,對電池的容量和壽命的要求也不同,因此規定的電池放電的終止電壓也不相同。例如鎳鎘電池的放電終止電壓一般在1.0V~1.1V,鋰離子電池的放電終止電壓為3.0V,鎳氫電池的放電終止電壓一般規定為1V,鋰聚合物電池的放電終止電壓3.0V

 

充電終止電壓(Cut-off charge voltage

指電池充電時,達到電池充電的頂點電壓值,充電終止階段的電壓是不允許超過該數值。根據不同的電池類型及不同的充電條件,對電池的容量和壽命的要求也不同,因此規定的電池充電的終止電壓也不相同。例如鎳鎘電池的充電終止電壓為1.75~1.8V,鋰離子電池的充電終止電壓為4.2V,鎳氫電池的充電終止電壓為1.5V,鋰聚合物電池的充電終止電壓4.2V

 

OCV

Open circuit voltage OCV取前面一個字母組成,其意思為開路電壓,電池不放電時,電池兩極之間的電位差被稱為開路電壓。電池的開路電壓,會依電池正、負極與電解液的材料而異,如果電池正、負極的材料完全一樣,那麼不管電池的體積有多大,幾何結構如何變化,起開路電壓都一樣的。

 

內阻(區分為DC內阻及AC內阻)

電池的內阻是指電池在工作時,電流流過電池內部所受到的阻力,包括歐姆內阻和電化學極化內阻和離子遷移內阻等等的總稱。歐姆內阻主要是指由電極材料、電解液、隔膜電阻及各部分零件的接觸電阻組成,與電池的尺寸、結構、裝配等有關。這部份區分為DC內阻及AC內阻。DC內阻測量方式為根據歐姆定律V=I*R,測試設備讓電池在短時間內(一般為23秒)強制通過一個很大的恆定直流電流(如1C2C以上電流),此時測量電池兩端的電壓,並按公式計算出當前的電池內阻。AC內阻測量方式為給電池施加一個固定頻率和固定電流(目前一般使用1kHz頻率、50mA小電流),然後對其電壓進行採樣,經過整流、濾波等一系列處理後通過運放電路計算出該電池的內阻值。交流壓降內阻測量法的電池測量時間極短,一般在100毫秒左右。

 

電池的工作電壓

又稱端電壓,是指電池在工作狀態下即電路中有電流過時電池正負極之間電勢差。在電池放電工作狀態下,當電流流過電池內部時,不需克服電池的內阻所造成阻力,故工作電壓總是低於開路電池,充電時則與之相反。任何用電設施都可以是電池的負載,但負載的額定電壓必須與電池相同,負載的功率也應當與電池的容量相當。

 

CV

Constant Voltage 取前面一個字母組成,其意思為定電壓。一般電源供應器會提供一穩定電壓(constant voltage)給負載用,不論負載輕重載變化,輸出電壓均能維持於誤差值以內。

 

CC

Constant Current 取前面一個字母組成,其意思為定電流。以提供穩定電流(constant current)為目的。

 

電池分容

電池在製造生產過程中,雖然是流水線生產,電池品質應有一定程度以上,但因電池本身化學材料因素使得電池的實際容量不可能有完全一致性,所以電池公司會通過一定的充放電制度來做容量檢測,並按照檢測結果將電池按容量來分類,這樣的過程稱為分容。

 

被動元件

所謂被動元件是指零件本身受外加的電壓或電流電源作用後,可以貯存電能或消耗電能,且隨外加電源之變化,產生規律變化的零件。如電阻,電容,電感等。

 

主動元件

一般所謂主動元件,係指電壓源或電流源,能對電路提供能量之元件。如電池、發電機皆是。但是有些元件,如二極體、電晶體、積體電路(IC)、真空管等,可由直流電源獲得電功率,並將交流訊號放大,所以可將視為一個等值的電壓或電流電源。

 

以上的資料為個人的了解及淺見,如有不對的地方,歡迎大家給個人指教,謝謝。

以上資料為筆者自行撰寫,如有須轉載,請任意自行複製轉貼,但請載明出處。

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