电池与电源管理

要求电池有相同的化学、制造商、出厂时间、甚至是生产批号。甚至某些电池化学还是必须监测所有的电池。

单位电池、电池和电池组

电池的化学反应会产生一个固有电压，这个电压是电池化学反应的一项性质，它与电池的结构或是体积大小无关。如果一个组件能产生这样的一个固有电压，就称为是一个「单位电池」(cell)。一个「电池」(battery)可能包含很多个单位电池，可以串联、并联或是混联在一起，并且全部安置在同一个case中。在一个「电池外壳」(enclosure)中放入多个单位电池或是电池，而且这些单位电池或电池都有自己的case，则这个电池外壳就称为「电池组」(pack)。

应用系统也可使用多个电池组，这或许是因为它所须的电力超出了一个电池组的供电能力，或许是为了让一个电池组供电，其它的电池组则进行充电或维护。这类应用系统可能对电池管理电路有些其它的要求，以便在充电周期的不同时间点上，或是在不同的安装与拆卸条件下，都能依序对各个电池组进行充电。

电池结构的专门术语

单位电池中有两个反应表面，它们的化学成份并不相同，并且由一些不起化学反应也不导电的分隔层将它们固定隔开，在反应表面之间则会填满一种电化学反应良好的材料，称为电解质;在大多数商用电池中，电解质是一种液体或是胶质，但是在一些比较少见的电池中，可能是气体或是固体。在反应表面上有一些电路接点(tabs)，其中高电位材料上的接点称为正接点，低电位的材料为负接点。在电池case内部还有两块特别区域，彼此互不导电，主要是做为电池的正极与负极;其中正极会经由一条线路连接到单位电池内的正接点，负极则会连接到负接点。

由于绝大多数的电池都是圆柱形状，因此厂商会在负极材料上面覆盖一层的分隔层，然后再盖上一层的阳极材料，最后再把它们卷起来，装入圆柱状的电池内。另一方面，如果可以折叠这些分层覆盖的材料，就可以做出更节省空间的方型电池。铅酸电池就采用了方型的外壳，电池内部会加入电解液，然后将正极电板与负极电板一片片的轮流固定，并且浸泡在这些电解液中。

在所有的商用电池中，厂商都会在单位电池内做一个释出压力的安全结构，以便在过度充电情形极为严重时，用一种受控制的方式将气体排出。某些电池还会包含保险丝组件以及超温保护组件，这在锂离子电池中最常见。

选择充电电池的化学机制

要针对特定的应用来选择电池化学，就必须让电池化学与应用系统的特性能够相互配合;在今天的商业应用中，常用的电池化学有五种。

表1：五种主要的电池化学

1. 镍镉电池(NiCd)

2. 镍氢电池(NiMH)

3. 锂离子电池(Li-ion)

4. 碱性充电电池

5. 封闭式铅酸电池

传统上，消费性家电产品的充电电池大都是镍镉电池，因为镍镉电池是一种成熟的产品，并且我们了解镍镉电池的化学反应。但在另一方面，镉金属的管理却越来越严格，某些地区还要求对它做强制回收，再加上镍镉电池是一种成熟的产品，因此在容量和寿命周期上也没有太大的改良空间。

相较于镍镉电池，无论在单位重量或是单位体积的电能储存密度上，镍氢电池都提供了相当的改进;锂离子电池的表现则又进了一步，因为它的电能储存密度要比镍镉电池高出一倍以上。虽然镍氢或锂离子化学机制有其优点，但缺点则是电路相当脆弱，其中又以锂离子机制特别明显，它不但会因为电池管理不良而损坏，而且电解质还可能着火，因此电池管理就相当的重要。厂商通常会在锂离子电池组的内部装上一些故障保护机制，以便在电压/电流过大或是温度过高的时候，将电池与负载以及/或是充电器之间的电路切断;此外，厂商多半还会在电池组的内部装上另一组特殊电路，提供可重设的保护功能。但是，镍氢或是锂离子电池的电流供应能力还是比不上镍镉电池，对于耗电量较大、却又无法使用外部电源的绝大多数产品，镍镉电池仍然是较佳的选择。

碱性充电电池的形状与一次电池相同，主要目的也是用来取代这些可拋弃的电池;虽然售价约是一次碱性电池的两倍，但是就电池的使用寿命而言，整体成本却比后者低了许多。对于低电流应用需求来说，它们不但是最便宜的充电化学机制，而且也拥有最小的自放电率。碱性充电电池的缺点在于周期寿命最短，若在每一次的充放电周期中，将电池完全充满，那么这类电池大约可使用25次。

汽车上的电池大都是铅酸电池，不但可供应很大的电流，而且是成本最低的电池反应化学机制。铅酸电池能够承受长时间的维护性充电电流，因此常常可在传统的「浮动式」(floating)电源设备中发现它的踪迹，例如不断电系统或是紧