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电池基础知识教材
研發部鋰高分子專案新進人員基礎教材
電池相關的名詞解釋
▓電池詞彙
1.一次电池（Primarybattery）:
电池仅能放电,当电池电力用謦时,无法再充电的电池.市售的碱性电池,锰干电池,水银电池等,皆属一次电池.
2.二次电池（Rechargeablebattery）:
电池电力用完后,可经由充电重复使用之电池,如:
铅酸,镍氢,锂离子电池等.
3.额定容量（NominalCapacity）:
一般电池的蓄电量,会以mAH-毫安小时或AH-安培小时来表示,二次电池一般都会以此方式来表示电池的容量。
当电池充饱电后,放电至截止电压时,所能取出之电量,就是此电池的容量。
一次电池之容量,因与使用的负载有很大的关系,所以通常不加以标示.
4.额定电压（NominalVoltage）:
电池正负极材料,因化学反应,所造成之电位差高低,利用此关系,所产生的电压,称为额定电压.不同的正负极材料,产生的电压不同,如:
铅酸电池-2V/cell,镍氢电池1.2V/cell,锂离子电池3.6V/cell.
5.内阻:
电池为许多化学材料组成,其都有一定的阻抗,电池的高低内阻往往影响充放电的特性.
6.正极（PositiveElectrode）:
符号为＋,电位较负极高.
7.负极（NegativeElectrode）:
符号为-,电位较正极高.
8.电解质（Electrolyte）:
当正负极间引起化学反应时,可使离子移动之离子导电体,而不是电子导电体,主要在传递整个电化学反应离子的传导工作.
9.隔离膜（Separator）:
置于正负极板中,为一微孔性及多孔性之薄膜,材质以PP,PE为主,主要在隔离正负极板,防止电路,可使离子通过,并具保持电解液的功能.
10.C-rate:
用来表示电池充放电时电流大小的比率单位.如:
容量1600mAh的电池,0.2C代表以320mA的电流来进行充电或放电,1C代表以1600mA.此比率单位C-rate对于二次电池是重要的观念.
11.放电截止电压（Cut-offdischargevoltage）:
电池在放电试验时,到达终点的电压.一般Ni-MH电池设定为1.0V,Li-ion电池设定在3.0V或2.7V.
12.开路电压（Opencircuitvoltage,OCV）:
指电池在无负载的情况下,电池正负极之间的电压.
13.过放电（Overdischarge）:
超过电池放电截止电压值,若继续放电则可能造成电池漏液或劣化.
14.放电深度（Depthofdischarge,DOD）:
与电池额定容量比较,放电电量的比率.
15.过充电（Overcharge）:
电池到达饱充状态后,再继续充电的程度大小,过度充电可能会使电池劣化.
16.能量密度（Energydensity）:
表示方法有两种,一为体积能量密度（Wh/l）,另一为重量能量密度（Wh/kg）,用以表示单位体积或单位重量能取出的能量.常用于表示各种化学材料所能提供能量的参考.
17.自我放电（Selfdischarge）:
电池在储存过程中,电池蓄电容量会逐渐减少的现象,所以一般储存电池时都有一储存温
度范围,过高的温度会加速电池的自我放电.
18.循环寿命（Cyclelife）:
二次电池在反复充放电的使用下,电池容量会逐渐下降,通常以该电池的额定容量作标准,
电池容量降至其80%或60%时的充放电次数,称为循环寿命.
19.记忆效应（Memoryeffect）:
电池在没有放完电的情况下,若施以充电,则电池容量可能无法回到原有的水平,但若施以强制深度放电后在充电,容量可能就能回复,通常此种现象常发生于镍镉电池上.
20.定电流（Constantcurrent,CC）:
以固定的电流对电池充电或放电.
21.定电压（Constantcurrent,CV）:
以固定的电压对电池充电,充电电流会随着电压值接近而下降,对于Li-ion电池充电,一般使用CC-CV充电模式,前段采用CC,当电池电压到达4.2V,转用CV充电.
22.涓流充电（Tricklecharge）:
以一微小的电流对电池充电,常用于对电池开始充电前或充饱电后.
23.–dV:
此为Ni-MH或Ni-Cd电池在侦测充电截止的一个重要参考值.这两种电池的充电特性,在电池充饱时,电压会有一峰值,若在施以充电,电压会有下降的趋势,以下降多少mV,作为充电的截止条件,一般会设定于8~10mV/cell.
24.dT/dt:
Ni-MH及Ni-Cd在充电快充饱时,电池的温度会随时间而快速上升,以每分钟上升的温度作为充电的截止条件,一般设定在每分钟上升1度作为截止点.
25.串并联（Seriesandparallel）:
电池串联来提高电压,以并联来提高电池容量,如:
Notebook电池,用12颗Li-ion电池,以4串3并的组合,来符合Notebook的工作电压及延长操作时间.
电池的世界–种类及应用
▓电池的种类
电池简单的说即为储存“电”的装置,分成“化学电池”及“物理电池”,通常电池泛指化学电池,其构成材料为化学物质,藉由其氧化还原反应所产生的能量转换成电能,而物理电池即利用光或热变换成电能储存的系统.
若将电池进一步分类,又可分为”一次电池”及”二次电池”,使用过后其寿命终止,无法重复充电使用的称为”一次电池”,如:
市售之碱性电池.可重复充电使用的称为”二次电池”,如:
镍氢,锂离子电池,但其充放电之循环寿命亦有老化限制,视使用状况而定,
通常依各化学特性的不同约有300~1000次的充放电循环寿命.电池的组成主要分为:
正极,负极及电解液而成,不同的化学成份,所表现出的特性及应用领域亦不同,因应各种电子产品的需求,电池工业发展至今,亦衍生出各种不同应用范围之电池种类,常见之电池种类如下表所示:
化学电池
一次电池
锰干电池
碱性电池
氧化银电池
水银电池
锂电池
空气电池
二次电池
镍镉电池
铅酸电池
镍氢电池
锂离子电池
锂高分子电池
燃料电池
物理电池
太阳能电池
▓电池的应用
在众多的电池种类及电子产品中,电池该用那一种?
一般来说,家用电器,如:
收音机,时钟,玩具,遥控器…..等,大多用一次电池,许多可携式的电子产品,如:
Notebook,PDA,手机…..等,则采用二次电池,但有些电子产品也设计成可使用一次或二次电池.
电池的应用,主要取决于电子产品的工作电压,电池室空间及放电特性,选择最适用电池,目前许多电子产品设计之初,便将这些因素考虑,进而设计出符合该电子产品的电池组（BatteryPack）,主要以二次电池的应用,在搭配充电器的使用,这些电子产品实现了可携式电源使用的方便性.以下简单介绍各类电池的应用领域:
电池种类
电池型式/尺寸
应用范围
备注
一次电池
锰干电池
D,C,AA,AAA,N,9V
（1号,2号,3号,4号,N,9V）
收音机,手电筒,遥控器,玩具….
等家电用品
耗电量小之产品
适用
碱性电池
D,C,AA,AAA,N,9V
（1号,2号,3号,4号,N,9V）
收音机,手电筒,遥控器,玩具,
照相机,CDplayer,刮胡刀…等
耗电量较大之产品
适用
氧化银电池
水银电池
Buttontype（钮扣型）
手表,计算器,照相机….等
耗电稳定,小之产品适用
锂电池
钮扣型,圆柱型
量测仪器,备用电源
适用需稳定工作电压的产品
空气电池
钮扣型
助听器
二次电池
镍镉电池
圆柱型*
电动工具,各式电子产品
瞬间耗电量高或
特殊环境及条件
适用
铅酸电池
Batterypack
备用电源,运输工具,
镍氢电池
圆柱型,方型*
电动工具,备用电源,运输工具,
各式电子产品
锂离子电池
圆柱型,方型*#
各式电子产品（3C产品）
可携式电子产品
应用为主
锂高分子电池
方型*#
各式电子产品（3C产品）
可携式电子产品
应用为主
燃料电池
Batterypack
运输工具
高耗能之产品应用
*实际应用时,通常以一颗电池或数颗电池串并联组成一电池组（Batterypack）,视该电子产品需求而定.
#电池的尺寸可依电子产品需求而设计
各类型的电池有不同的电气特性及优缺点,并无一种电池可满足所有电子产品所使用,选择一适用的电池来应用,才能发挥该电池的效能,当然这是设计电子产品的工程师所需头痛的问题,使用者只要享受电池带来的便利性.
▓结语
电池的发明,为人类的生活带来方便及效率,一个国家的科技化程度,也可从该国的电池使用量探之.电池工业的发达,电池的电气特性及环境亲和性也更符合高科技电子产品需求及人类的环保要求,许多具污染性的电池,世界各国已渐渐淘汰使用或加强回收管理.期待未来的进步,或许汽车不再使用汽油,而使用氢气及空气便能发电的燃料电池,生活与电池在未来科技的进步下,绝对有密不可分的关系.
小型二次電池電氣特性及應用
▓常見之小型二次電池
電池種類繁多,應用範圍及電氣特性也不盡相同,就可攜式的電子產品而言,主要訴求在於電池體積重量小型化,蓄電力高,電池壽命長,電池操作環境簡單…等,就二次電池的種類來看,鉛酸（Leadacid）,鎳鎘（Ni-Cd）,鎳氫（Ni-MH）及鋰離子（Li-ion）電池是市場上最常使用的,各有其優缺點,一般可攜式電子產品的電池,除了鹼性電池外（一次電池,用完即丟,無法繼續充電使用）,二次電池（可重覆充電使用）已成為實用上的主流,以下對這些二次電池作一簡單的比較:
各種二次電池之比較
項目
小型鉛酸電池
鎳鎘電池
鎳氫電池
鋰離子電池
高分子鋰電池
化學符號
Pb（Leadacid）
Ni-Cd
Ni-MH
Li-ion
Li-polymer
額定電壓（V）
2
1.2
1.2
3.6
3.6
額定容量（mAh）
視體積大小而定
視體積大小而定
視體積大小而定
視體積大小而定
視體積大小而定
正極材料
PbO2
NiOOH
NiOOH
鋰鈷,鋰錳
鋰鈷
負極材料
Pb
Cd
儲氫合金
碳系（石墨）
碳系（石墨）
電解質
H2SO4（水系）
KOH（水系）
KOH（水系）
鹽類+有機溶液
PolymerGel
（聚合物）
充電電壓限制（V）
X
不可超過1.8
不可超過1.8
不可超過4.2
不可超過4.2
放電截止電壓（V）
視放電倍率
0.8~1
1
2.7~3
2.7~3
電池保護電路板
不需
不需
不需
需要
需要
高倍率放電性能
1C*容量下降
明顯
10C以上容量下降最少
2~3C左右
容量下降少
1C~1.5C
容量下降少
1C~1.5C
容量下降少
低倍率放電性能
優
優
優
優
優
自我放電20℃
（%日）
0.1
1
1.5
0.3~0.6
0.3~0.6
循環壽命（次）
200~400
>500
>500
>500
>500
涓流充電特性
可
可
不可行
不可
不可
耐過放電性
差
優
尚可
劣
劣
記憶效應
無
有
無
無
無
充電方式
定電流-定電壓
定電流
定電流
定電流-定電壓
定電流-定電壓
儲存性
需定時補充電
可長期保存
需定時補充電
需定時補充電
需定時補充電
項目
小型鉛酸電池
鎳鎘電池
鎳氫電池
鋰離子電池
高分子鋰電池
充電操作溫度℃
5~35
0~45
10~45
0~45
0~45
放電操作溫度℃
5~35
-10~60
-10~45
-20~60
-20~60
相較同容量之重量
最重
次重
次重
輕
最輕
相較同容量之體積
大
中等
中等
最小
小
環境親和性
硫酸水溶液具
污染,對人體
健康有影響
鎘金屬具重度污染性,有些國家管制或禁用
污染性低
污染性低
鈷原料為取得
不易
污染性低
鈷原料為取得
不易
一般包裝方式
塑膠封裝
金屬罐封裝
金屬罐封裝
金屬罐封裝
鋁質膜封裝
鋁質膜封裝
常見外型
方型
圓筒型
圓筒型,方型
圓筒型,方型
方型
價格
低廉
低
較Ni-Cd貴
高
最高
電子產品之電池
實用點考量
需特長時間電力供應,產品本身為低價品
需大電流使用及急充電的產品
使用時間需長
充放電容易
且為經常循環
使用之產品
同Ni-MH
且以輕薄為訴求之產品
同Li-ion
需特殊電池
外型之產品
應用範圍
照明設備,UPS,玩具….
電動工具,
無線電話,
攝影機,
玩具….
Notebook,
電動刮鬍刀
DVDplayer
PDA
手機…..
Notebook
PDA,
DVDplayer
數位相機
手機…..
Notebook
PDA
手機…..
*C-rate:
通常用來表示電池在充放電時,以多少小時電流倍率的用語.如:
0.2C代表以額定容量之0.2倍率電流,來進行充放電,時間為5小時.
▓二次電池應用-電池組
常見的二次電池在實際應用上,在電子產品設計之初就被詳細考量過,以最符合產品特性及使用環境的二池電池,加以應用,舉例來說,若要設計一電動螺絲起子,考慮其起動時需大電流放電,手握的輕巧性及可急速充電,那鎳鎘電池即為上選,如果使用鋰離子電池,雖然符合了輕巧性,但鋰離子電池在大電流放電時,可能無法提供足夠的功率,甚至造成電池損壞.一般我們使用電子產品的電池,都是經過電池製造廠加工組裝而成的,電池的種類,在消費者購買該產品時也已經被設計完成,通常稱為電池組（BatteryPack）,一般多以塑膠外殼封裝,內部包含二次電池一顆至數顆電池串並聯,電池保護電路板及保護元件（NTC,PTC,Thermostat,Polyswitch.…等）.以手機電池來說,現行市場的主流以一顆3.6V/600mAh的方型鋰離子電池,加上一片電池保護電路板及外殼封裝而成,電池組外型因手機造型設計而不同,但內部大同小異,一些高階的電子產品,如Notebook,PDA,在電池組內還加上電池管理電路或電池辨識碼的功能,使用者用起來更方便及安全.
▓結語
二次電池,主要以市場上常見的電池種類為主,事實上二次電池的種類有很多種,如:
鎳鋅,鋅空氣,氧化銀-鋅…等,有些作為特殊用途,如:
軍事,航太,電動車所使用,從百年前就被發明應用的鉛酸電池,到近年來開發實用的鋰離子,鋰高分子電池,許多特性被改良的愈來愈優異,但是某些情況下,卻也有著無法替代的關鍵.在高科技產品的帶動下,二次電池的研發也是世界各國紛紛投入的產業,想像未來各種電器用品都可能隨身攜帶,電池的體積重量可能愈來愈小,蓄電力可更長,對人類生活是多麼方便的享受.
電池疑問
Q1:
什麼是智慧型鋰離子電池（SmartBattery）?
A:
SmartBattery的技術應用在近年來廣泛運用在各款筆記型電腦設計中,比起以往無應用此項技術的電池Dump.（SmartBattery）智慧型鋰離子電池,在電源管理及能源效率上都比Dump電池更精準及可靠,SmartBattery技術在電源管理上提供使用者安全且精準的監控環境,以避免因操作錯誤造成電池損壞
Q2:
鎳氫和鋰離子有何不同?
A:
這兩款電池最大的不同在於重量,價錢及電氣特性的差異.Li-ion電池重量輕,價格雖然較Ni-Mh電池高,但某些電氣特性優於Ni-Mh.例如:
循環壽命長,自我放電低等優點目前3C產品的應用皆以Li-ion電池為主
Q3:
鎳氫有記憶效應嗎?
A:
嚴格來說Ni-Mh電池的記憶效應不是很明顯.不會如Ni-Cd電池那麼嚴重,但Ni-Mh電池的使用最重要的是"熱"的問題,盡量避免使用NoteBook的同時對電池充電,以避免電池過熱,影響電池壽命及充電效率
※請注意：
鋰電池因為沒有記憶效應，因此不必放電，否則將會破壞電池結構，減損電池壽命.
Q4:
新電池,需要充電12小時以上嗎?
A:
這是一個被誤解的觀念.充電器的設計,在電池被充飽電後,就會自動切段充電電流停止充電,一般設計充電時間會在3~6小時之間,尤其現今幾乎所有的可攜帶式的3C產品,皆以鋰離子電池的應用為主流,鋰離子電池的特性不允許過度充電.但是鎳氫或鎳鎘電池的充電器,有些設計會在電池充飽電後,以微小電流繼續充電,其時間就不被限制了.
Q5:
電池最好用到沒電再充電嗎?
A:
對於鋰離子（Li-ion）電池的使用者來說,其最大的好處就是無記憶效應,所以不一定要用到沒電再充電但對於鎳氫（Ni-Mh）或鎳鎘（Ni-Cd）電池,最好到沒電再充電,尤其是鎳鎘（Ni-Cd）電池的記憶效應是很明顯的.建議定期將電池使用至沒電後再充電,對電池性能是有所幫助的,特別是Notebook的使用者.
Q6:
常被忽略的充電細節有哪些?
A:
∙勿將電池置於充電器上過久,電池充飽後拔除充電器電源或將電池從充電器取下
∙勿在高溫場所充電,如:
火爐旁,太陽直射地方,過高的溫度會影響電池性能及充電效率
∙勿使用來路不明或無認證的充電器,因充電器品質,對於電池壽命及性能有極大影響,不良充電器可能會使電池過充而損毀
∙勿混用變壓器或電源供應器,每種電子產品的工作電壓或充電電壓不盡相同,使用錯誤將導致電池毀損,嚴重的還會使機器燒壞
Q7:
該怎樣對電池組充電?
A:
在購買Notebook時一定會附上一組電源轉換器（ACtoDC）-Adapter,此組對於Notebook是非常重要的,當您接上時,且電池組也裝入Notebook主機內,便會開始對電池組充電,此時充電速率最快,若您開機使用時,電池仍會繼續充電,此時充電速率較慢,直到充飽電後,電池組內的電源管理線路便會自動偵測,停止對電池組充電
Q8:
我的電池充飽電後很快就沒電了?
A:
通常發生的情況有兩種:
一是電池組壽命即將終結,另一是您的電池組操作不當,使得電源管理線路資料錯亂,無法正確的充放電.電池本身是一種消耗品,鋰離子電池的充放電循環壽命在500~800次之間,超過後電池的充放電效率會愈來愈差,此時就該換一組新電池了.如果在不當操作下,可能的引起原因有:
1）電池置放於過高溫的環境,如汽車內,
2）取下電池組後,電池組上的金屬端子短路
3）ACtoDCAdapter品質不良,無法提供穩定的電壓,此情況也可能造成主機故障.
Q9:
我的電池真的掛了嗎？
A:
1.首先確定您的作業系統設定是否有問題（若您使用window,則在控制台-電源選項內）,或是確定您的BIOS內的Powermanagement的設定是否有誤.
2.若以上都沒問題,請查看您的NB使用手冊,是否有真對電池作Batterycalibration的功能（有的廠牌會有此項功能,內建在BIOS中）,請照指示執行該程式,電池也許可以回復正常.
若您電池以使用超過1~2年以上,電池也許已經老化,應該換一顆新電池.一般電池約有500次充放電的循環壽命.
Q10:
充電電池的品質好壞差在那裡
A:
充電電池的品質測定,有許多不同的測試條件及標準,但大多需要專業儀器來做,如:
內阻值高低,容量測試,不同的充放電C-rate下測定容量,壽命循環,環境溫度試驗,...等,一般消費者實在無法憑外觀作判斷,但以日系電池的特性,每一顆的均勻度高,容量標示足夠,壽命有一定的水準.
Q11:
mAh是甚麼單位?
A:
mAh為電池容量表示單位,mA:
代表毫安培,h:
代表小時,換言之,若把電池看成水壺,此為1400cc的容量,以每小時1400cc的速度將水放掉,那1小時內就可把水放完,若以每小時700cc的速度將水放掉,大約需2小時的時間.
Q12:
NB電池不知到什麼原因壞掉了,請問有辦法維修嗎?
A:
NB電池為一種消耗品,隨著充放電的次數增加,電池的化學活性會漸漸老化,則電池的蓄電能力逐漸降低,Li-ion及Ni-MH電池的充放電次數約在800~500次之間,若NB電池使用次數頻繁,則電池壽命約在1~2年之間.如不明原因電池無法正常使用,如:
無法正常充電,放電時間短,或電量顯示不正常,造成原因
1.軟體方面,若是電池電源管理程式（軟體）,資料流失或錯誤,則使用上可能會不正常,通常經電腦及檢測工具將資料修改校正,電池大都可以恢復正常使用.
2.硬體方面,如電池芯或電路板不良,則一般不建議維修,因為目前幾乎NB電池皆用膠合方式來封裝電池組,若要拆開電池外殼,則外殼一定會損壞,且內部的電池或電路板在拆開過程中也可能造成更大的損壞,所以若是內部的硬體損壞,通常不維修,建議使用者換一組新電池.
Q13:
為何充電電池的壽命會隨著充放電的次數而變短呢?
A:
所有的充電電池都是由化學材料所製造而成,經由化學能轉變成電能,簡單的說,其化學反應為可逆反應,可以進行充放電.但是這些化學材料並不是永遠保持其化學活性的,隨著電池充放電,化學物質之間的反應會逐漸老化及劣化,所造成的結果便是使可使用的容量逐次下降,使用時間逐次縮短,當達到某個充放電程度後,電池的化學物質完全劣化,電池就無法使用了
如何選擇鎳氫電池及充電器
▓鎳氫電池好壞差在那裡?
要了解鎳氫電池品質,我們先從電池的製造過程中了解,鎳氫電池的容量不斷的向上提升,相對的製造過程的控管及技術也要嚴守把關.鎳氫電池製造過程中,品質及性能的成敗關鍵在於正負極板的捲繞及入罐程序,請大家想像電池內部的構造組成,由正極板,絕緣片及負極板,以類似捲心餅的方式,將三者捲繞成一體,然後推入電池罐中,然後加入電解液,再加上上蓋封裝,即完成一顆電池的製造.捲繞及入罐的程序若有失誤不良,則造成正負極板破裂,產生毛刺或原料剝落,如此會使電池容量減少,內阻升高,影響整顆電池的電氣性能.既然此步驟如此重要,那消費者又判斷呢?
以日系電池製造廠來說,整個電池製造是由全自動化的生產設備來進行,減少人為製造的失誤,所以整批投產的電池,其容量,內阻等各方面的電氣特性會相當一致,但有些廠商製造時是使用半自動式加上人力去製造,所以整批製造出的電池,會發生容量不一致,內阻範圍過大等缺點.因為實際使用鎳氫電池時,如:
數位相機,通常使用2顆或4顆電池去操作,若這幾顆電池的電氣特性不均勻一致,則容易使電池加速劣
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