電子產品電源動力等設計

關於電池選擇要記住的一件事是，沒有適合於所有應用的完美電池。 要為您的應用選擇合適的電池，就需評估最重要的幾項電池指標，並在這些指標之間進行取捨。 例如，如果您需要大功率的應用，那就需要將電池內阻降至最低— —這通常會透過增加電極表面積來達成。 但這同時也代表需要增加集電器和導電助劑等非活性元件，等同於犧牲了能量密度以提升功率輸出。雖然您可能有很深遠的電池設計目標，但在實際上，您可能不得不在不同目標之間做取捨，以實現最佳的電池性能。

電池選擇的首要考量之一，就是決定其應用需要使用的是原電池一次性或是蓄電池可充電。 在大多數情況下，這對設計師來說是一個容易的決定。 非常態性的應用，如煙霧報警器、玩具或手電筒。和不可充電的一次性應用如助聽器、手錶、電子賀卡和心律調整器 皆需要使用原電池。 如果電池長時間連續使用，例如在筆記本電腦、手機或智能手錶中，則可充電電池更合適。原電池的自放電率要低得多——在首次使用前無法充電時，這是一個具有優勢的特性。 蓄電池則是有較高的功率耗損，然而這在大多數應用中不太重要，因為可重複充電。

電池的運行時間由以 mAh毫安小時或 Ah安培小時表示的電池容量決定，並且是電池可以隨時間提供的放電電流。

在比較不同化學成分的電池時，查看能源含量是很有用處的。要獲得電池的能源含量，請將電池容量以 Ah 為單位乘以電壓，以獲得以每瓦特小時Wh 為單位的能量。例如，1.2 V 的鎳氫電池和 3.2 V 的鋰離子電池可能具有相同的容量，但鋰離子的較高電壓會增加其能量。

開路電壓通常用於能源計算——即未連接到負載時的電池電壓。然而，容量和能量在很大程度上取決於能量消耗率。理論上，容量僅由活性電極材料化學和活性質量決定。然而實際上，由於存在非活性材料和動力學限制，導致實際的電池只能達到理論中容量的一小部分。這些會使我們無法充分利用活性材料，並在電極上產生堆積。

電池製造商通常會在指定的放電速率、溫度和截止電壓的條件下，標示其電池容量。指明的容量將取決於以上三個因素。在互相比較製造商的容量等級時，請特別關注能量消耗率。如果其應用的電流消耗較高，則在規格表上看似具有高容量的電池，實際上的效能可能不盡理想。例如，將ㄧ顆標示為 2 Ah 的電池，連續放電 20 小時，仍無法提供 1 小時的 2 A 電流 ，而只能提供一小部分容量。

高功率電池以高耗電率提供快速放電能力，例如電動工具或汽車啟動電池。通常高功率電池就具有低能量密度。

可以把功率與能量之間的關係，想像成一個有出水孔的桶。越大的水桶可以容納更多的水，就如高能量的電池。出水孔的尺寸就類似於電池的功率— —功率越高，能量消耗率越高。要增加電池能量，我們通常會將電池尺寸設計的更大；若要增加功率，則會降低電池內的電阻。總歸一句，電池結構設計與高功率密度的電池的關係密不可分。

電池工作電壓是另一個重要的考量因素，由所使用的電極材料決定。 一個簡便的電池分類方式，是將其分類為水基或水性電池與鋰離子電池。 鉛酸、鋅碳和鎳金屬氫化物 NiMH 均使用水基電解質，其電壓範圍為 1.2 至 2 V。另一方面，鋰離子電池消耗的是有機電解質，其電壓為 3.2 至 4 V原電池與蓄電池皆是。

許多電子元件的最低工作電壓為 3 V。鋰離子電池的工作電壓更高，因此可以只使用單顆電池，而不用串聯兩或三個水性電池來構成所需的電壓。.

另一件值得注意的是電池化學成分。例如，二氧化鋅錳 Zn MnO2 具有較陡斜的放電曲線，而另一些則具有較平坦的曲線。 這些會影響截止電壓

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