電池與電源管理

堿性充電電池的形狀與一次電池相同，主要目的也是用來取代這些可棄的電池;雖然售價約是一次堿性電池的兩倍，但是就電池的使用壽命而言，整體成本卻比后者低了許多。對于低電流應(yīng)用需求來說，它們不但是最便宜的充電化學(xué)機制，而且也擁有最小的自放電率。堿性充電電池的缺點在于周期壽命最短，若在每一次的充放電周期中，將電池完全充滿，那么這類電池大約可使用25次。

汽車上的電池大都是鉛酸電池，不但可供應(yīng)很大的電流，而且是成本最低的電池反應(yīng)化學(xué)機制。鉛酸電池能夠承受長時間的維護性充電電流，因此常?？稍趥鹘y(tǒng)的「浮動式」(floating)電源設(shè)備中發(fā)現(xiàn)它的蹤跡，例如不斷電系統(tǒng)或是緊急照明裝置。另一方面，鉛酸電池的缺點最主要的是單位重量或是單位體積的電能儲存密度最低。

對大型的商業(yè)應(yīng)用，電池化學(xué)的下一步應(yīng)是鋰聚合物反應(yīng)，這是相當(dāng)令人振奮的技術(shù)，因為它讓電池變成了一張很有彈性的聚合物薄片，夾在陰極與陽極材料之間。這項特色開啟了一道應(yīng)用大門，廠商終于可把電池做成任何一種形狀;此外，從電池管理電路的角度來看，鋰聚合物的絕大多數(shù)性質(zhì)都和鋰離子化學(xué)相同。

充電與放電速率

充電與放電速率會對電池化學(xué)造成影響，這主要表現(xiàn)在電池的蓄電能力，一般是用「安培小時」來代表電池的蓄電能力(鋰離子電池則大都使用「瓦特小時」，這是因為鋰離子單位電池的電壓較高，使得電能儲存量的重要性超過了電流儲存量。)

電池在充電時，總是會針對電池的電壓、電流和溫度設(shè)定一些保護條件，若用越快的速度充電，那么電池的狀態(tài)就會更快突破這些保護條件，導(dǎo)致它所能接受的能量反而減少。同樣的，如果電池的放電速率越快，那么電壓下降的速率就會超過蓄電量減少的速率，導(dǎo)致電池的實際工作時間比額訂的放電時間還短。因此，相較于放電速率較慢的應(yīng)用場合，高放電速率的應(yīng)用系統(tǒng)(例如電源工具)就需要完全不同的補償因素，才能完全彌補這個現(xiàn)象。

由于電池的儲存能量以及供應(yīng)能量分別是充電速率與放電速率的函數(shù)，因此可用「C」來代表這些速率，它是用操作電流大小(安培)除以總蓄電量(安培小時)所得的結(jié)果;舉例來說，若放電速率為1C，就表示一個小時就能把電池的電力用盡。充電所須的時間會比原來的C速率還要長，因為電池的充電效率不可能達到百分之一百，而是會隨著電池種類的不同而改變，從鎳氫電池的80%到鋰離子與充電堿性電池的100%左右。

溫度效果

電池的溫度若與25℃相差越多，那么電池的蓄電量、充電能力、保存期限以及周期壽命就會減少的更多。一般說來，電池的自放電率會隨著溫度的上升而增加，大約每10℃就增加一倍。除了鎳鎘電池之外(它的充電化學(xué)反應(yīng)是一種吸熱反應(yīng))，其它電池在充電時，溫度都會上升;若采用過度充電的方式，那么溫度上升的速度還會加快。在鎳鎘電池當(dāng)中，通常會使用DT/Dt來做為快速充電的中止條件，它代表溫度相對于時間的變化速率。由于電池溫度上升的時候，電解質(zhì)的電阻就會減少，因此若充電算法不去檢查電池的溫度，那么隨著電解質(zhì)電阻的降低，充電電流就會不斷增加，進而造成電池溫度繼續(xù)上升，并形成一個危險的正回授路徑，這種情形稱為「熱失控」(thermal runaway)。

電池的充電

穩(wěn)定充電器(trickle charger)

最保守的充電解決方案只包含一個「穩(wěn)定」(trickle)充電階段，只要電池與充電器連接在一起，它就會以制造商所指定「標(biāo)準(zhǔn)」充電速率(通常是C/10左右)繼續(xù)對電池充電。這種充電器完全不須管理，它不會用電池監(jiān)測器或是定時器來停止充電，因此成本最低。

快速充電器(quick charger)

快速充電的速率約是C/3或C/4，可將電池的充電時間縮短為4或5個小時。快速充電器通常是由定時器來控制，時間一到就停止充電，不須再使用其它的電池監(jiān)測器。這種技術(shù)雖能降低充電器的成本，但制造必須考慮到，讓電池在充滿電力的情形下，仍能承受一次完整周期的過度充電;這樣若使用者不小心對一顆電力已滿的電池重新充電，也不會造成電池的損壞。快速充電電池的結(jié)構(gòu)與正常電池有些不同，它們的內(nèi)部結(jié)構(gòu)會做的比較大，這樣才能吸收過度充電時所產(chǎn)生的氣體。

高速充電器(fast charger)

高速充電速率通常是1C或2C，但目前也有廠商推出了一些充電速率高達4C的電池。由于在過度充電的情形下，這些電池可能造成很大的損害，因此必須使用一種「智能型」(smart)充電器，由它來監(jiān)測電池的狀態(tài)，同時規(guī)定很嚴(yán)格的「充電中止條件」。智能型充電器內(nèi)部包含了相關(guān)的電路，除了控制充電過程之外，還負(fù)責(zé)提供其它三項功能：電池狀態(tài)的調(diào)節(jié)、充電開始之前的電池鑒定、以及確保充電過程符合所設(shè)定的安全條件。

電池狀態(tài)的調(diào)節(jié)

當(dāng)電池使用一段時間后，在反應(yīng)表面上會形成一些結(jié)晶，會妨礙充電的進行，而其中某些結(jié)晶只有透過實際接觸方式才能清除。但是，受到電機效應(yīng)的影響，目前還沒有一種可靠的方法能用電氣方式除去這些結(jié)晶。若使用者對于電池的管理良好，避免過度充電的情形發(fā)生(在某些化學(xué)機制中還包括過度放電)，那么相較于被濫用的電池，前者的二次反應(yīng)副產(chǎn)品累積速度就會比較慢，而且工作時的溫度也比較低，這不但能延長電池的周期壽命，還可將電池的高蓄電能力維持一段較長的時間。

要讓鎳鎘電池?fù)碛凶畲蟮男铍娏浚幸环N電氣操作方式相當(dāng)管用。鎳鎘電池會受到「記憶效應(yīng)」的影響，也就是當(dāng)電流通過鎳鎘電池內(nèi)部已充電的儲存區(qū)域時，就會改變這個區(qū)域結(jié)晶結(jié)構(gòu)的相位狀態(tài)。在這個新的相位狀態(tài)下，無論在儲存能量或是釋放能量的反應(yīng)過程中，都只能得到較低的電壓。

在對鎳鎘電池充電之前，若先將電力釋放出來，就可讓充電區(qū)域的化學(xué)反應(yīng)逆向進行，并將結(jié)晶結(jié)構(gòu)恢復(fù)正常，因此能消除電池的記憶效應(yīng)。對于鎳鎘電池來說，充電前的放電動作是一個很有用的充電前調(diào)節(jié)步驟。

電池的鑒定

電池鑒定的目的是為了確定電池的狀態(tài)正常，可接受充電。我們可以對電池進行開路與短路測試：在開路測試的時候，在電池兩端加上一個電壓，然后調(diào)整這個電壓值，以得到最小的電池電流;在短路測試的時候，則會讓電池通過一個電流，然后調(diào)整這個電流的大小，以得到最小的電池電壓。一般說來，在進行測試時所施加的電壓或電流都不會超過高速充電值的一半。