電子沒有簡單事：帶你深入了解電池技術(shù)

　　本文作者是具備30年以上經(jīng)驗(yàn)的電子工程師，對許多技術(shù)領(lǐng)域都有涉獵，包括數(shù)位、類比、電源、通訊、微控制器…等等。因?yàn)樗?a class="contentlabel" href="http://www.ex-cimer.com/news/listbylabel/label/電池技術(shù)">電池技術(shù)方面有些研究，于是寫了一系列的專欄，為讀者介紹各種電池種類、相關(guān)技術(shù)、專業(yè)術(shù)語、規(guī)格以及使用環(huán)境。

　　接下來的文章，作者將詳細(xì)介紹各種類型的電池，并了解如何針對特定應(yīng)用選擇適合的電池技術(shù)。電池是在1800年由義大利物理學(xué)家Alessandro Volta 所發(fā)明，如果Volta還在，應(yīng)該會對目前他的發(fā)明如此無所不在（而且多樣化）而感到驚嘆。

　　但其實(shí)在某些應(yīng)用中，選擇使用電容器或許比電池更適合。很驚訝嗎？也許在它們強(qiáng)調(diào)具備穩(wěn)定、高浪涌能力供電時(shí)，你可能考慮過采用電容器；有時(shí)候涉及極輕負(fù)載，也有可能忽略常規(guī)的電源應(yīng)用，而考慮采用超級電容。當(dāng)我們進(jìn)一步討論到電池的專業(yè)術(shù)語以及技術(shù)，希望能進(jìn)一步厘清電容器與電池該如何抉擇。

　　而要針對一項(xiàng)特殊應(yīng)用來選擇電池技術(shù)，要考量的因素有很多；除了相對尺寸、重量與成本（有便宜的、也有貴的，還有你根本負(fù)擔(dān)不起的?。?。在接下來的系列文章中，筆者計(jì)劃將涵蓋的兩大重點(diǎn)包括：

　　1. 使用與儲存環(huán)境：這方面將探討的包括溫度、大氣壓力、海拔高度、機(jī)械應(yīng)力、振動(dòng)、安裝位置、輻射硬化（radiation hardening）、腐蝕侵襲、包裝/形狀、儲存與保存期限、產(chǎn)生的廢棄物/氣體、所需耗材、安全性、材料、RoHS規(guī)范…等等。

　　2. 應(yīng)用：類型（包括主要、次要以及智慧型）、技術(shù)、化學(xué)品、效率與耗損、充放電周期與速度、放電深度、使用壽命、記憶效應(yīng)、充電技術(shù)、電容/電池混合技術(shù)、容量、密度（能量與重量）、保護(hù)電路、量測與計(jì)量（gas gauge）、品質(zhì)、可靠度、充電與運(yùn)作時(shí)間。

　　自從Volta發(fā)明第一代電池，多年來電池已經(jīng)演變出許多種類，包括以下這些技術(shù)：鉛酸（PbX）、鎳鎘（NiCd）、鎳氫（NiMH）、鎳鋅（NiZn）、氧化鋅（ZnO）、鋅碳（Zinc-carbon）、氯化鋅（ZnCl2）、鋅二氧化錳（ZnMnO2，即鹼性電池）。

　　還有一系列的鋰電池：鋰-二硫化鐵（LiFeS2）、鋰-二氧化錳（LiMnO2）、亞硫醯氯鋰（LiSOCl2）、氟化碳鋰聚合物（LiCFX）、鋰二氧化硫（LiSO2）、鋰碘（LiI2）、鋰氯化鋁（LiAlCl4）、鋰鈷氧化物（LiCoO2 ，LCO）、磷酸鐵鋰（LiFePO4，LFP）、鋰錳氧化物（LiMn2O4，LMO）、鋰鎳錳鈷氧化物（LiNiMnCoO2 ，NMC）、鋰鎳鈷鋁氧化物（iNiCoAlO2，NCA）、鈦酸鋰（Li4Ti5O12，LTO）。

　　此外還有氧化銀（Ag2O）、銀鋅（AgZn）、硫化鈉（Na2S4），以及核子或原子電池。

　　何謂電池？

　　以傳統(tǒng)的觀點(diǎn)來看，電池是一種內(nèi)含化學(xué)反應(yīng)物質(zhì)并藉此產(chǎn)生電力的裝置，但這種定義隨著時(shí)間演進(jìn)已經(jīng)開始模糊；這會是一個(gè)有趣的話題，也許我們能在這一系列文章的最后，再來好好討論一番。

　　訣竅1.：開始選擇電池

　　筆者選擇電池都是先看應(yīng)用環(huán)境，通常我們能將技術(shù)選擇范圍根據(jù)環(huán)境上的限制來縮減；舉例來說，當(dāng)電池運(yùn)作環(huán)境溫度達(dá)到325°C，就可以不用浪費(fèi)時(shí)間去找鋰電池，在那樣的環(huán)境之下，標(biāo)準(zhǔn)鋰電池無法涉足但鈉硫（sodium-sulfur）電池則能生存。另一個(gè)例子是需要周期性加水的舊式（非膠狀）鉛酸電池，這種電池自然無法在完全密封的環(huán)境中使用。

　　訣竅2.：能量與功率的差異

　　能量（Energy）與功率（Power）這兩者常會讓人混淆，需要特別注意的是，電池可儲存的是潛在的能量，當(dāng)負(fù)載電流時(shí)，那些潛在能量才會被轉(zhuǎn)換為電功率，在幾伏特電壓（V）之下可達(dá)到幾安培電流（A），然后計(jì)算出是幾瓦功率（W=V×A）?？蓚鬟f到負(fù)載的總能量，是瞬時(shí)電壓乘以瞬時(shí)電流，也就是v（t） x a（t），以時(shí)間來求積分──因?yàn)槟芰康膯挝皇墙苟╦oule，J），即功率乘以時(shí)間秒數(shù)。

　　規(guī)格與專業(yè)術(shù)語

　　我們似乎總希望找個(gè)擁有最大的「沖擊力（wallop）」的電池，但能接受的價(jià)位是多少？需要多大的尺寸與重量？顯然我們總是會做一些折衷，因此我們需要知道制造商是如何詳列所有這些技術(shù)規(guī)格；在未來的文章中也會再更詳細(xì)提到這些，以下我們先介紹幾個(gè)相關(guān)術(shù)語與規(guī)格。

　　˙一次與二次電池（primary / secondary batteries）：所謂的一次電池就是那些能在組裝之后立即產(chǎn)生電壓、馬上應(yīng)用的產(chǎn)品，但大多數(shù)無法充電；二次電池則能在組裝、第一次使用之后進(jìn)行充電，而且通常是可以重復(fù)充電。

　　˙智慧型電池（smart type）：這種類型的電池包含用以監(jiān)測電池、并將電池裝態(tài)與外部應(yīng)用裝置通訊的元件或電路，通常該監(jiān)測電路所提供的資訊包括充電狀態(tài)、溫度或環(huán)境資訊、電池健康狀態(tài)、使用年限、產(chǎn)品序號/型號…等等；有部分電路則是負(fù)責(zé)電源管理