電池特性檢測

三聯技術 No.63

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電池特性檢測 三聯科技 量測事業處 洪德憲

壹、 前言：

電池在日常生活中佔著極為重要地位，

各種不同小家電需要利用電池提供電源。例

如，收音機、隨身聽、照相機、筆記型電

腦、無線電、甚至太陽能發電皆會需要利用

電池。由於電池本身充放電特性與工作性

質，沒有一顆電池能夠適用各種電器產品，

使用者需要依個人的需求及應用，選擇適當

的電池，考慮的因素包含電池的電壓、形

狀、使用溫度環境、產品消耗功率、充電環

境等等。例如，電池應用在筆記型電腦和應

用在電動工具兩者有相當大不同點，工作時

間是筆記型電腦設計首要考慮問題。由於筆

記型電腦工作時溫度高、處理器速度快並具

有CD-ROM和DVD等配置，它需要非常強

大的功率。但電動工具的工作環境與其它設

備大不相同，它的耗電率較為特殊。電動

工具的電流可達�0A，而手機的耗電率僅為

�00mAh。鋰電池、PLB和ALB等新型電池

無法承受這樣的電流消耗，因而此類設備只

能選用鎳氫電池。近年來，鎳氫電池有了很

大的改進，才可滿足此類產品的電流需求。

(參考資料及網站：注一：電子工程專輯)

貳、電池種類：

關於電池的分類可以透過電池本身的充

放電特性與工作性質大致區分如下：

圖一　一般常用一次電池種類

一、一次電池 ( primary cell )

僅能被使用一次的電池，無法透過充電

的方式再補充已被轉化掉的化學能，故稱為

一次電池。此類電池常見的有乾電池、水銀

電池與鹼性電池等。

如圖一所示的鈕扣型水銀電池、１號、

２號以及３號電池等等。

二、二次電池 ( secondary battery )

二次電池所指的就是可以被重複使用的

電池。透過充電的過程，可以使得電池內的

活性物質再度的回復到原來的狀態，因而能

再度的提供電力。這類的電池有鉛酸電池

(如圖二) 、鎳鎘電池(如圖三)、鎳氫電池(如

圖四)、鋰離子電池(如圖五)，以及高分子鋰

電池(如圖六) 等。

電池特性檢測

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圖二　鉛酸電池

圖三　鎳鎘電池 圖六　高分子鋰電池

U9VL9V Li Primary

Prismatic Batteries

High Rate3V Li Primary

Cylindrical Cells

U3VL3V Li Primary

Prismatic Batteries

Thin CellsTM

3V Li PrimaryFlat-ProfilePrismatic Cells

Solid PolymerLithium-ion

RechargeableBatteries

Special/Military BatteriesSeawater-Activated & Lithium

圖五　鋰離子電池

圖四　鎳氫電池

三、燃料電池 ( fuel cell )

與前述兩者有相當大的不同，又被稱為

連續電池。特色是陰陽兩極並無活性物質的

存在，而是透過外部的系統提供，所以只要

持續地提供活性物質，電池就可以持續的

放電。在陽極部分，真正進行氧化反應的

是空氣或是氧氣；而陰極部分則是以氫或者

是煤氣等為主。此類電池如氫氧燃料電池

( hydrogen oxygen fuel cell ) 等。 此類

電池尚在發展中，且受限於其較大的體積，

主要用在發電機組上或作為備用能源。近來

由於技術的提昇，有逐漸小型化的趨勢，並

運用於電動車輛等領域。

電池特性檢測

三聯技術 No.63

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此外，若以電池中的電解液的酸鹼度來

做區分，則電池的種類又可以被分為鹼性、

酸性以及中性電池等。而上面所提及的都

是將化學能轉換成電能的電池，如果我們所

使用的是太陽能，那就是屬於太陽能電池

( solar cell ) 了。

表一　電池種類

電池

化學電池 物理電池

矽太陽電池︵單晶�多晶及非晶︶

酒精燃料電池�固體電解質燃料

電池�磷酸型燃料電池�溶解定

酸鹽燃料電池

鹼性蓄電池�鉛酸蓄電池�鋰離

子二次電池�鋰二次電池

鹼性電池�乾電池�鋰電池�空

氣電池�熱電池�固體電解

一次電池

二次電池

燃料電池

太陽能電池

熱起電 力電池

原子力電池

(參考資料及網站：註二)

參、電池特性試驗

由於電池所產生電力為將化學能轉換成

電能，任何電池於出廠時或作研發時，皆需

要符合各種不同試驗項目，才能夠販賣。

以下以小型密閉式鉛酸電池的特性試驗

作為簡介

一、電池目視檢驗

1. 電池清潔目視檢驗：電池的清潔和正確間

距至為重要。蓋子上累積污垢、塵埃和水

份能形成導電路徑，而產生端子之間的短

路或造成接地而故障。

�. 端子目視檢驗：彎曲或損壞的端子會產生

高的接觸電阻或在負載下會產生熔斷的裂

紋。因此端子損壞的電池必須更換。

二、環境及電池溫度檢測

V R L A電池屬於在極端溫度下也能工

作，但標準數據是��℃時測量結果。理想的

操作溫度範圍是�0℃~��℃。在較冷的溫度

下操作會縮短放電時間，在較高溫度下操作

則會縮短電池壽命和增加熱失控的可能。高

於��℃時每10℃就會縮短電池壽命的�0﹪。

室溫過高必須要有適當通風設備或加裝溫度

監測系統，如圖七所示。

圖七　GRAPHTEC GL��0記錄器作溫度測試

三、電池系統浮充電壓探測

V R L A電池的推薦浮充電壓為� .���±

0.0��V/Cell AT�0℃（6�℉）。 遇到極端溫

度時浮充電壓須有溫度補償。溫度補償係數

是攝氏每度為－0.0033V/Cell℃。循環使用

（Cycle use）為一直接電源，充電時間對使

用者而言不能太長，提高充電電壓，可提供較

長之最大充電電流時間（電池之充飽電狀態

為：充電AH/放電AH＝110﹪~1�0﹪），故

循環使用的充電電壓要比浮充電壓來的高。

電池特性檢測

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+ - + - + - + -

………

負

電池 電池 電池電池

電池充放機

GRAPHTECGL-450溫度/電壓記錄器

浮充電壓與浮充使用壽命的關係Float Charging Voltage V.S. Float Service Life

Float Voltage Per Cell

Expected Life (%)

四、電池系統接地故障

如果電池充電的整流器具備有探測接地

故障之能力，即應經常留意其指示器以確保

系統安全。一旦探測到故障，在電池系統做

進一步保養前，先予以切斷和檢修。

五、電池系統浮充電流探測

如果能測得直流浮充電流（末端電

流），它就能指示出電池系統的正常電流接

收能力之大小。��℃時，溫度每升高10℃，

浮充電流大約增加一倍。

六、單電池系統浮充電壓探測

電池系統以平均�.��~�.3V/C e l l充電

時，並不是所有的電池都在準確的平均電壓

上浮充，因每局的阻抗和氧再結合速率略有

不同，所以在同樣的浮充電流下會出現不同

的浮充電壓，測試系統架構如圖八所示。

圖八　GRAPHTEC GL��0記錄器作電池電壓測試

七、高率放電試驗

高率放電試驗是單只電池的功能試驗，

這不能代替容量試驗，但是至少能夠指示電

池在達到容量試驗時是否功能正常；對可能

有短路或斷路的電池切不可進行高率放電。

作這項試驗必須戴上安全眼鏡，因為電池內

部的火花會引燃電池內的剩餘氣體，產生爆

炸，檢測方式如圖九所示。

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圖九　GRAPHTEC GL��0記錄器作放電測試

八、阻抗試驗

VRLA電池一般的失效模式是極板格子

體腐蝕，極板活性物質劣化和電解液乾涸。

不尋常的失效模式是導電路徑劣化和電解液

過度乾涸。這些情況都會影響電池和增加電

池的內阻，定期測量電池阻抗及內阻和導電

數據。就能指示系統的容量衰減趨勢。如上

圖所示。若有急遽的變化可能表示有短路、

斷路、電解液乾涸和導電路徑劣化。

九、電池連接電阻

若電池連接電阻過高及配件連接鬆動，

放電時會產生過大的電壓降使電池放電時間

縮短，嚴重時造成端子熔化和火災發生。所

有連接的接觸面必需要乾淨，去除一切氧化

物和污染物，再用抗氧化劑保護及扭緊連

接。連接配件可能因時間和電池反覆充放電

而有鬆動，所以要定期重新扭緊連。

%Rated capacity %

Original value

十、性能及容量試驗

電池容量衰減到額定容量的60﹪時必須

更換，也就是說如果一個電池系統新的時候

能提供1�0安培小時，到後來只能供應��安

培小時時便必須更換。如果1�0安培小時是

實際必須的供電容量，那麼電池新的時候就

必須設計能供電�00安培小時的容量。

肆、結論

研發人員、品管人員、生產人員依據電

池性能測試數據作為對材料、品質、及製程

作進一步改善依據，並提供給系統商於系統

整合重要指標，避免造成系統損害，且設計

出適合使用者使用環境，維持系統穩定運行

及最經濟效益，進而保障使用者安全保障。

伍、參考文獻

註一： 電子工程/專輯

http://www.eettaiwan.com

註二： 國科會

http://www.nsc.gov.tw/dept/acro/

version01/battery/database/basictheory/

kinds.htm

註三： 台灣神戶電池股份有限公司

http://www.csb-battery.com.tw/chine/

03_support/01_support_detail.php?fid=1&id

=11&page=�&action=page