可再充電的電池系統(tǒng)

時(shí)間:2012-11-06 15:46來源:21ic 作者:admin
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    微電子設(shè)備的市場(chǎng)正以前所未有的速率成長(zhǎng)。經(jīng)過分立半導(dǎo)體時(shí)代之后，現(xiàn)在使用集成電路就可以生產(chǎn)越來越小的便攜式電子設(shè)備。在先進(jìn)發(fā)達(dá)的國(guó)家，每個(gè)家庭都擁有一部便攜式收音機(jī)，而每3個(gè)人就擁有一部流動(dòng)電話。許多人都有遙控的汽車鎖，更不要說攝錄機(jī)、音頻設(shè)備等遙控裝置了。
    微電子設(shè)備的市場(chǎng)正以前所未有的速率成長(zhǎng)。經(jīng)過分立半導(dǎo)體時(shí)代之后，現(xiàn)在使用集成電路就可以生產(chǎn)越來越小的便攜式電子設(shè)備。在先進(jìn)發(fā)達(dá)的國(guó)家，每個(gè)家庭都擁有一部便攜式收音機(jī)，而每3個(gè)人就擁有一部流動(dòng)電話。許多人都有遙控的汽車鎖，更不要說攝錄機(jī)、音頻設(shè)備等遙控裝置了。所有這些裝置都需要電池，電池也變得越來越小，例如石英晶體手表中所用的電池那么小，而以目前的標(biāo)準(zhǔn)來說，這種電池還不算小。
    大多數(shù)便攜式電子設(shè)備都是以重量輕的電池供電，所以電池的市場(chǎng)是非常龐大的，不過本文只談及可以再充電的電池系統(tǒng)。雖然這類電池有許多形狀和尺寸，它們依據(jù)的基本技術(shù)卻只是比較少的幾種。第二次世界大戰(zhàn)期間和以后的日子，在這類電池的始祖‘鉛酸電池’之后出現(xiàn)了一些不同的系統(tǒng)，它們采用不同的材料：銀、鎳、鋅和鋰等等。這些材料和許多其他材料一起使用：鎳鐵;鎳鋅;銀氫;氧化銀-鋅;鋅-空氣;鎘-空氣;鋁-空氣;鋰碘(幾乎全世界的心臟起搏器都使用它);鋰鉬;鋰鋁等等。本文只介紹其中的幾種。
    鉛酸電池
    鉛酸電池仍然是世界上最常用的蓄電池，主要是由于它應(yīng)用在汽車方面，不過它也越來越多地用在其他方面。它的好處是便宜，每個(gè)電池的電壓高、壽命長(zhǎng)。它的缺點(diǎn)是笨重和低溫特性差。
    敞開式鉛酸蓄電池用一個(gè)堅(jiān)固的塑料防漏外殼盛載硫酸，再把一些鉛板懸掛在硫酸中。密封式鉛酸蓄電池面世也有多年了，雖然這些電池的產(chǎn)量不像非密封式電池那么多，但是用量也越來越多。
    鎳鎘電池
    鎳鎘電池含有1個(gè)鎳質(zhì)陽(yáng)極以及1個(gè)裝有氫氧化鉀的堅(jiān)固的密封塑料容器(一般電池的容量低，超過30Ah的電池通常是敞開式,需要定期添加更換電解液)。
    鎳鎘電池具有較長(zhǎng)的壽命(在110的速率下通常是1000小時(shí))，以及較好的低溫特性。不過，它的價(jià)格也比較高。
    密封式鎳鎘電池通常以C、Cn或XCn來評(píng)定等級(jí)的。這些數(shù)值分別代表以A表示的放電電池，其數(shù)字等于以Ah表示的額定電池容量，在1小時(shí)或n小時(shí)內(nèi)放電。X表示放電電流是Ah額定電池容量的X倍。
    鎳鎘電池發(fā)熱，其容量就會(huì)比其他類型的電池降低。正是這個(gè)原因，通常鎳鎘電池要以較低的速率充電。但是，許多電器，例如移動(dòng)電話，使用的鎳鎘電池都以使用快速充電器作為標(biāo)準(zhǔn)。
    鎳鎘電池另一個(gè)問題就是不能保存充電量，所以為什么要建議這些電池在再充電之前應(yīng)該完全放電。
    但是，鎳鎘電池最嚴(yán)重的問題是環(huán)保方面。這種電池用完而棄置之后，垃圾棄置場(chǎng)合留下的鎘是危險(xiǎn)的。正是這個(gè)原因，環(huán)保工作者要求完全停止 使用鎳鎘電池。
    鎳-金屬-氫化物電池
    鎳-金屬-氫化物(NiMH)電池是鎳鎘電池的進(jìn)一步發(fā)展，而且已經(jīng)廣泛使用作太空電池多年。它的結(jié)構(gòu)類似于鎳鎘電池，不過其陰極用合金代替鎘。NiMH電池在正常工作時(shí)，可以在陰極收集到氫原子而產(chǎn)生金屬氫化物。在放電時(shí)再消耗氫而余下的金屬則不變。
    NiMH電池不像鎳鎘電池那樣不能保存充電量，是可以儲(chǔ)存電量的。它也比鎳鎘電池具有較高的能量/體積比率。
    鎳鎘電池的容量隨著溫度的升高減少，NiMH電池就完全不同，它的容量隨著溫度的升高而增加。
    NiMH電池的一個(gè)缺點(diǎn)是自放電能力比較高，只有在-10℃以下才開始穩(wěn)定下來。
    鋰離子電池
    鋰電池有許多種，其中比較新型的是鋰鉬(LiMo)和鋰離子電池。由于它的自放電性能比較低，而且每單位體積的容電量大，鋰離子電池具有光明的前途。含鋰的蓄電池雖然是在七十年***成功的，只有八十年代后期以來才進(jìn)入電子設(shè)計(jì)的主流，尤其是在消費(fèi)性便攜式設(shè)備和非易失存儲(chǔ)的支援用途，尺寸小、壽命長(zhǎng)和成本低是主要的要求。
    CMOS技術(shù)的進(jìn)展大大提高鋰的實(shí)用性。隨著CMOS技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，在集成電路市場(chǎng)取得更大的占有率，毫無疑問，鋰電池會(huì)具有更大的價(jià)值。
    鋰離子電池的陽(yáng)極是由鋰合金制成的，而陰極則用碳或合金制成，這些電極浸在含鹽溶液的有機(jī)液體中。當(dāng)電池充電或放電時(shí)，鋰離子在電極之間移動(dòng)。
    由于鋰電池所用的材料產(chǎn)生每單位能量的質(zhì)量比較鎳鎘電池小，所以鋰電池就輕得多。
    鋰離子電池的容量/體積比率是NiMH的兩倍左右。
    鋰離子電池的壽命超過1200次循環(huán)。
    可再充電的堿性錳電池
    直至最近為止，堿性錳電池是典型的不可再充電的電池。但是到八十年代后期美國(guó)出現(xiàn)可再充電的這種電池(蓄電池)，是由Union　Carbide和Battery Technologies制成的，在歐洲這種電池卻尚未盛行。
    這種電池采用特別的電化學(xué)方法，無需維修保養(yǎng)和密封。它是設(shè)計(jì)用來代替鎳鎘電池，用于要求低起始成本和低操作成本的電子產(chǎn)品。堿性錳蓄電池不能像鎳鎘電池那樣可再充電那么多次，但是它的起始成本卻比相應(yīng)的鎳鎘電池低很多。
    每個(gè)電池的能量隨著每個(gè)充電/再充電周期而減少，不過開路電壓實(shí)際上卻是一樣的。制造商的數(shù)據(jù)指出，堿性錳蓄電池可以再循環(huán)使用(50-70)次。
    每個(gè)周期的損耗程度是由再充電開始的時(shí)間確定的。在放電過程中越早充電，殘余容量越大。電池的負(fù)載不要太大也是重要的，最好放電電流在100mA和150mA之間。
    堿性錳蓄電池大約比鹵性錳原電池貴一倍。但是在它的使用期限內(nèi)，卻能夠產(chǎn)生20倍以上的能量，所以這樣的投資是值得的。
    只能用特別的充電設(shè)備把鹵性錳蓄電池再充電。
    遠(yuǎn)景
    新電池系統(tǒng)的進(jìn)展是不可抗拒的。在目前可以看到，有兩種系統(tǒng)可能在未來(5∽10)年內(nèi)占著支配地位。那就是鋅空氣蓄電池和鋰聚合物蓄電池。
    鋅空氣原電池早已以鈕扣電池的形式用作助***的電源了。
    鋅空氣蓄電池的早期型號(hào)在C5放電率具有大約170Wh /kg的能量密度,這是目前再充電電池的兩倍�？上в捎诜指羝鞑牧虾完�(yáng)極上的白金等問題，它們的充電/放電循環(huán)只限于50次左右。但是毫無疑問，這些問題在不久的將來就會(huì)得到解決。
    鋰聚合物電池的能量密度也遠(yuǎn)超出NiMH電池。在這方面，設(shè)計(jì)人員也要面對(duì)一些問題，主要是充電/再充電次數(shù)低。這些問題是由電池中的活性成分引起的，可能是由于鋰和電解液之間的反應(yīng)產(chǎn)生乙烯、丙烯和碳酸鋰造成的。
    充電
    已經(jīng)放電或者差不多放完電的蓄電池必須再充電。過去幾十年內(nèi)已經(jīng)研究出一些充電的方法。一些制造商已經(jīng)制成許多集成電路用作充電用途。
    每種蓄電池都有特別的充電方法。已經(jīng)知道鎳鎘電池能產(chǎn)生高的峰值電流，所以反過來，可能也要使用高的充電電流。如果把鎳鎘電池充電，以4C的充電率，在大約15分鐘內(nèi)就可以把它完全充電(這就是超速充電,目前采用快速充電更為普遍，充電時(shí)間大約是一小時(shí).)
    充電器
    充電器的功能是：必須把電流泵入電池，直至電池完全充電為止。優(yōu)質(zhì)的充電器可以探測(cè)到電池完全充電的時(shí)刻。必不可少的電子設(shè)備可以做到這點(diǎn)所用的方法是：監(jiān)測(cè)電池兩極之間的電壓，升高的電池溫度，或者在電池中產(chǎn)生氣體。
    鉛酸電池的充電，要把電池加上固定電壓(比電池的電動(dòng)勢(shì)高)。限制電壓可以保證充電電流不超過給定數(shù)值。電池完全充電時(shí)，電流就會(huì)自動(dòng)降低至較低的數(shù)值。
    充電電流往往不需調(diào)節(jié)，甚至不需濾波。舉個(gè)例說，整流器的輸出電壓可以通過電阻直接加在鎳鎘電池的引線上。
    另一種方法，是以脈動(dòng)式固定電流充電。在兩個(gè)脈動(dòng)之間的時(shí)間，可以測(cè)量電池兩端的電壓來檢查充電狀態(tài)。
    還有一種方法，是在電池充電后把電池放電一段短時(shí)間。這樣做是為了減少電池中產(chǎn)生的氣體。還有一個(gè)好處是改善了鎳鎘電池的保存電量。
    也可以用很高的電流脈動(dòng)把電池充電。采用這種方法的時(shí)候，電流的平均值是和脈動(dòng)/停頓比率有關(guān)的。這種方法改善鎳鎘電池保存充電量的性能。此外，它可以減少結(jié)晶，而結(jié)晶會(huì)引起電池容量隨著每個(gè)充電/放電循環(huán)而輕微降低。使用高充電電流和小的脈動(dòng)時(shí)，停頓比率就好得多了。
    表1列出一些重要類型可再充電電池的特性，它們都是R6型。為了方便比較，表中還列出堿性錳電池的數(shù)據(jù)。R6是IEC的參考標(biāo)準(zhǔn)，R說明電池是圓筒形，6表示特別的尺寸。
(責(zé)任編輯：王杰)
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    10月24日，據(jù)港交所披露，江蘇龍?bào)纯萍脊煞萦邢薰荆ㄒ韵潞?jiǎn)稱：龍?bào)纯萍迹┫蚋劢凰靼逄峤簧鲜猩暾?qǐng)書，國(guó)泰君安國(guó)際和鎧盛資本為其聯(lián)席保薦人。 招股書顯示，龍?bào)纯萍际鞘澜缟项I(lǐng)先的磷酸鐵鋰正極材料制造商，亦是中國(guó)內(nèi)地知名的車用環(huán)保精細(xì)化學(xué)品制造商。
    2023-10-25 17:57

  • 兩巨頭第三季度業(yè)績(jī)大PK：寧王賺104.28億，比亞迪或超百億

    10月19日晚間， 寧德時(shí)代 披露三季度報(bào)告， 公司第三季度實(shí)現(xiàn)營(yíng)業(yè)收入1054.31億元，同比增長(zhǎng)8.28%；歸母凈利潤(rùn)104.28億元，同比增長(zhǎng)10.66%。前三季度實(shí)現(xiàn)營(yíng)業(yè)收入2946.77億元，同比增長(zhǎng)40.10%；歸母凈利潤(rùn)311.45億元，同比增長(zhǎng)77.05%。 寧德時(shí)代發(fā)布的投資者
    2023-10-20 17:35

  • 再投超170億！國(guó)軒高科大手筆進(jìn)軍美國(guó)背后

    10月25日晚間，國(guó)軒高科發(fā)布公告，擬在美國(guó)密歇根州建設(shè)電池正負(fù)極材料項(xiàng)目，計(jì)劃總投資額達(dá)23.64億美元(約合173.03億元人民幣)，并委托公司全資子公司美國(guó)國(guó)軒與密歇根州政府及其他第三方合作伙伴簽署相關(guān)協(xié)議。
    2023-10-26 18:02

  • 日本領(lǐng)跑固態(tài)電池，其他國(guó)家奮力追趕！

    在火熱的固態(tài)電池賽道，日本走在了其他國(guó)家的前頭。那么，各國(guó)目前固態(tài)電池發(fā)展現(xiàn)狀如何？其他國(guó)家又將怎樣追趕日本？固態(tài)電池何時(shí)才能產(chǎn)業(yè)化？
    2023-10-30 18:06

  • 碳酸鋰價(jià)格強(qiáng)勢(shì)反彈，未來能否持續(xù)？

    近期，鋰電池核心原材料電池級(jí)碳酸鋰價(jià)格迎來上漲。據(jù)上海有色網(wǎng)最新報(bào)價(jià)顯示，10月17日，碳酸鋰（99.5% 電池級(jí)/國(guó)產(chǎn)）報(bào)17.3萬元/噸，近5日累計(jì)漲4120.0元。
    2023-10-17 17:29
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