2024-02-07 Share: 電池的常用技術術語

• 電容量
• C表示式
• 能量密度（Energy density）
• 終止電壓（Cut-off discharge voltage)
• 開路電壓（Open circuit voltage OCV)
• 記憶效應（Memory effect)
• 能量轉換效率
• 自我放電（Self discharge)
• 週期壽命/充電迴圈壽命（Cycle life）
• 電池內阻與電壓
• 定電壓控制
• 溫度上升控制
• 容量的估算
• 充放電率
• 充電效率
• 如何算是「充電一次」？
• 充電次數的定義
• 過充電（Over charge）
• 放電深度（Depth of discharge DOD）
• 過放電（Over discharge）
• 連續放電與間歇放電

• 電池上 頭所標註的1,000mAh、2,000mAh指的是電池內的電容量
• 1,000mAh指的是：若用電率為1,000mA(毫安培)則該電池可連續使用1小時
• 這個電量標示其實有其基準，即是以「放電率為0.2C」的條件下所測得的電量，倘若放電率(如0.5C、1.0C 等)更高則會減少可用電量。

• 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。比如說額定容量600mAh的電池，C就是600mA的意思，所以電流1C就是600mA，電流2C就是1200mA，電流0.1C 就是60mA
• 例如：電池的額定容量為1100mAh時，即表示以1100mA（1C）放電時間可持續1小時，如以220mA（0.2C）放電時間可持續5小時，充電也可按此對照計算(理論值)。

• 電池的平均單位體積或質量所釋放出的電能。一般在相同體積下，鋰離子電池的能量密度是鎳鎘電池的2.5倍，是鎳氫電池的1.8倍
• 在電池容量相等的情況下，鋰離子電池就會比鎳鎘、鎳氫電池的體積更小，重量更輕

• 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。

• 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。

• 在電池充放電過程中，會在電池極板上產生許多小氣泡，時間一久，這些氣泡會減少電池極板的面積，也間接影響電池的容量。

• 充電器對電池充入100分的電力，並不表示電池能放出100分的電力，所以有所謂的能量轉換效率，若充入100分的電力而能放出80分的電力，則轉換效率為80%。能量轉換效率與電池類型相關連，不同類型的電池其效率也不同，例如鉛蓄電池約為40%~60%，鎳氫電池約為70%，而近年來極受矚目的磷酸鋰鐵電池(屬於鋰類電池的一種)則可達95%，表示充入100分的電力可放出95分。為何充入的電能無法100%發揮出來？這牽涉到複雜因素，例如要將電池內的活性物質轉成充電態就需要耗損部分的能量，另外有部分能量耗用在電池內的副反應，副反應會產生出氧，此外充電率、充電電流大小等也有所關連，再加上電池本身也存在部分著自放電性，所以充入的電能無法100%發揮出來，而有若干折扣。

• 電池由於內部會起化學反應的關係，內部會自我放電，雖未外接負載但是電池所儲存的電量會隨著時間而逐漸消失。自我放電的速度稱為自我放電率，周遭溫度越高時自我放電電流也越大。

• 電池的壽命是有限的，容量不可能一直保持而不下降，在一定的工作條件之下反覆充放電之後，電池的容量會下降到額定容量的80%(或定義在60%)。此反覆充放電的次數稱之為週期壽命，週期壽命越高表示該電池的使用壽命越長。有些電池的參考規格上面會標明充放電週期，寫著放電深度多少時約多少次，意旨週期壽命。隨著充放電流、放電深度與其他充放條件的不同，週期壽命也隨著變化，尤其是使用大電流充放電時，一定會有壽命縮短的現象。
• 充電電池在反復充放電使用下，電池容量回逐漸下降到初期容量的60-80%。

• 電池是有內阻的電壓源，可以視為是一個理想電壓源(沒有內阻)串聯一電阻輸出。未接負載時電池兩端量到的端電壓就是理想電壓源的電壓，稱之為開路電壓，當電池外接負載時，負載與內阻串聯接到理想電壓源上，因此負載上所得到的分壓也就是電池的端電壓，會小於理想電壓源的電壓，稱之為閉路電壓。電池的內阻越高則負載可分得的電壓就越小，因此理想的電池是沒有內阻。

• 當偵測到電池電壓上升到設定的電壓準位時就停止充電。這種方式是最簡單的方式，只要根據電池特性知道電池的電壓上升曲線，就可以將偵測電壓設為最接近充飽時的準位，不同款式的電池充飽時之電壓準位不大一樣，新舊電池特性也不一樣，用此方法比較無法設定理想電壓。這種方式雖然簡單但也相當危險，前面說過溫度較高時電池電壓會降低，以大電流充電更是會提高電池溫度，如此電池有可能已經充飽但是電壓卻尚未達到設定的準位，且電池充飽後電壓不再上升而開始下降，如此的過充電後果相當嚴重，若加上電池發生內部短路充電器未具備保護電路時，一旦電流過大造成危險後果不堪設想，因此在此方式進行充電期間，使用者必須加以留意。

• 電池容量充到飽和時產生的氧氣會在陰極和鎘反應產生氧化熱，電池的溫度會開始快速上升，利用此現象偵測到溫度到達某程度時既結束充電。在同樣的充電量下充電電流越大此上升的溫度也越高，因此若充電電流過大時，達到預定之溫度時電池可能尚未飽和，但是電流若太小，則氧化吸收快溫度就不會明顯上升，充電動作就會一直持續下去而不知終止。此外這種方式會受周遭溫度影響，無法判別電池的溫度是內部自行產生的化學熱，還是由周遭環境引起的高溫而誤判，因此此方式在高溫的環境下會充電不足而低溫的環境會充電過度。

• 電池的容量估算方式很多種，每每總都脫離不了C=IxT的計算方式。電池放電時流過電池的電流大小為I=V/R，V是電池的端電壓，R是負載電阻，電池的放電容量就是為C=V/R*T，T是時間。電池的電壓是隨著放電時間的長短而逐漸降低的，要估算出比較準確的放電容量的方法，就是採用積分方式，從開始放電起到電壓降至終止電壓為止這段期間內，每一個時間點上的電壓值換算成電流之後對時間積分起來，即可得到很準確的放電容量。

• 所謂充(放)電率是將全部容量的電荷放(充)完所需要的時間，做為充(放)電時的標準速度。一般用來說明放(充)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。

• 電池不可能充多少電量進去就能儲存有多少電量，一定會有所耗損，除了陽極和陰極漏電間的絕緣體漏電之外，材料也不可能無瑕地儲存所有電量。電池放電時取出的電量與充電時流進去電池的電量之比，稱之為充電效率。

• 瞭解充電次數的定義後，還需要瞭解更根基的定義：怎樣才算一次充電？
• 這個最基本的問題其實也並非人人知曉，特別是遭遇到以下的假設，就會產生困惑：如果我這次充飽電池後只用了一半的電力，然後又重新把電池充飽，這樣要算幾次呢？一次都不算嗎？關於此答案是：算0.5次。倘若一個電池可充電200次，以上的動作就允許400次。同理，如果充飽後只用了10%的電力，然後又再度充飽，如此允許充電200次的電池就可以充2,000次。

• 電池的充電次數也是經常讓人迷思的一點，所謂能充400次、500次其實是預設了一個基準，由於電池反覆充電後會逐漸老化，逐漸的可充的電容量會減少，全新未用的電池，在第一次充電時可達100%飽充，但在使用數百次就無法達到原有的100%，可能會降至90%，甚或80%。所以，電池的可充電次數是以電容量比率為準，一旦可充的電容量低於原有飽充的80%以下，就被認定為已超過可充電次數。

• 在充電過程中電池的電壓會隨著儲存電量的增加而逐漸上升，當電池儲存的電量達到飽和電極材料無法繼續充電時，若繼續充電則電解液會起電解，並且在陽極產生氧氣，在陰極產生氫氣，如此會在密封的電池內部造成內部壓力上升，會對電池內部結構造成破壞。像這種現象稱之為過度充電。

• 充電次數的保證有時還有一些附帶條件，那就是工作溫度。舉例來說，鋰離子電池(簡稱：鋰電池)有許多種，分別主要在於正極材料的不同，這包括有鋰鈷(LiCoO2)電池、鋰鎳鈷(LiNiCoO2)電池、鋰鎳(LiNiO2)電池、鋰錳(LiMn2O4)電池等。在上述各種類型的鋰電池中，鋰錳電池與其他同為鋰類電池相比已屬較少充電次數的一種，但若在高溫下運作，則該電池日後的可充電次數還會更減少，所以溫度也是充電次數的一項變因。

在電池使用過程中，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。

電池若是在放電過程中，超過電池放電的終止電壓值，還繼續放電時就可能會造成電池內壓升高，正、負極活性物質的可逆性遭到損壞，使電池的容量產生明顯減少。

• 連續放電是指電池在放電過程中不中斷，持續放電直到電池的電壓降至放電終止電壓才停止，間歇放電則是指放電過程中電池與負載之間的電流通路斷斷續續，時而導通時而斷路，直到電池的電壓降至放電終止電壓為止。電池在放電過程中電壓會慢慢地持續下降，若過程中暫時停止放電則電壓會馬上上升回復到某一準位才停止，若再繼續放電則電壓又從該準位開始下降。連續放電方式的實際放電時間與放電期間是相同的，而間歇放電的實際放電時間則是放電期間電流通路導通的時間片段累積和。比較相同容量的電池以兩種方式進行放電時，在同樣的終止電壓下，由於電池電壓會回復的關係，間歇放電方式的實際放電時間會比連續放電的實際放電時間還長，且間歇放電方式所釋放的容量也比連續放電方式的放電容量還多。

• 電壓(V) = 電流(I) x 電阻(R)
• 電荷量(Q) = 電流(I) x 時間(T)
• 功率(P) = V x I
• 能量(W) = P x T = Q x V

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