本
文
摘
要
在之前的文章中，我们讨论了电池的类型和不同的电池组。许多嵌入式电路和设备依靠电池供电，其中许多设备使用可能需要更换的原电池。其他嵌入式设备是可充电的，并使用二次电池来保持供电。
为给定电路或应用选择电池类型、化学成分或封装并不困难。优缺点以及具体应用应该是关键考虑因素。碱性电池和锌碳电池等轻型原电池广泛用作不可充电设备中的圆柱形电池。纽扣电池通常用作紧凑型设备（如手表和手环）中的原电池，或仅用于为电路的特定部分供电。
可充电嵌入式设备（即便携式小工具、移动设备、玩具、耳机和其他便携式消费设备）通常使用 NiCd 或 NiMH 圆柱形电池，或者锂离子矩形或软包电池。对于蓝牙耳机等极其紧凑的嵌入式产品，锂离子软包电池仍然是首选。需要更长电池寿命的便携式设备使用棱柱形（矩形）锂离子电池。NiCd 和 NiMH 圆柱形电池通常用作成本敏感产品中的二次电池。笨重的铅酸电池在 UPS 和备用电源等非便携式应用中用作二次电池。
以下因素主要影响应用的电池化学选择：
可重用性——首先需要确定的是给定电路是可充电的还是应该依靠电池更换。因此，原电池或二次电池类型可用于该装置。生命周期耐久性——当电池是电路中使用的原电池时，电池的耐久性成为一个更为重要的考虑因素。即使它是电路中使用的二次电池，重要的是要注意一个充电-放电循环将持续多长时间以及电池可以运行多少个循环而不会损坏（如棱柱形和软包电池的膨胀）。同样重要的是要注意二次电池的充电-放电周期的持续时间，以确定充电程序和时间表。能量密度——这是每单位质量或体积可以储存的能量。每种电池化学物质都有特定的能量密度，这会影响电池的尺寸和重量。便携式设备本质上要求电池轻巧紧凑。非便携式应用程序可能会在重量上做出妥协，但仍然可能有一些尺寸限制。功率密度——每单位质量或体积的最大能量放电率。功率密度在电池化学对给定应用的适用性方面起着重要作用。许多应用需要高放电率或可能容易受到突然的功率放电浪涌的影响。这可能会影响电池的安全性。功率密度是影响电路中电池性能的主要因素。安全性——影响电池安全性的两个最重要因素是其热稳定性和功率密度。电池应具有足够的功率密度以满足电路中任何可能的放电率。每种电池化学物质也有特定的工作温度。在高温下，电池组件可能会损坏并发生放热反应。电池应有足够的间距以获得更好的热稳定性。可能需要提供液体冷却或空气冷却等机制来管理设备中的热量。注意不同放电率和电流水平的电池温度也很重要。几何形状和尺寸——不同的电池化学成分有多种形状和尺寸可供选择。对于给定的电池化学成分，应选择电池的最佳形状和尺寸，使其不会损害所需的安培小时容量、生命周期持续时间、尺寸或重量限制以及安全性。大多数棱柱形和软包电池在长时间使用后容易膨胀，因此设备中应该有足够的空间来容纳它。成本——最后，电池化学成分的选择取决于成本。可以通过选择替代电池化学或包装来调整成本。但是，不应为了削减成本而牺牲性能或安全性。一旦确定了电池化学成分和电池组（基于性能、安全性、便携性、可充电性和成本考虑因素），您需要确定所需的电池规格。需要注意的最重要的电池规格如下：
端电压——任何电池都用作电路中的电压源。因此，应该检查的第一个规格是所需的端电压。电池电压应始终使用晶体管电路或电压调节器 IC 进行调节，以避免电池产生任何噪声或波动。如果电池电压高于电路所需电压，稳压器还可将电源电压降低至所需值。如果需要更高的电压，有时可能需要使用晶体管放大器对电池供电进行升压。随着电池放电，其端电压开始下降，其内阻开始增加。测试电池状态的最佳方法是在空载或负载条件下测量其端电压。
放电率——放电率对于确定电池在电路中的性能尤为重要。这也是决定电池安全性的重要因素。安培小时容量——电池的能量容量以安培小时表示。任何电池在完全放电之前都可以将特定数量的电子转移到电路中。这是一个相当大的数字——它是电池在特定小时数内可以输送到电路的连续电流的近似值。如果电池的容量为1安培小时，则表示电池可以提供1A的持续电流一小时或2A的持续电流半小时，依此类推。安培小时额定值给出了一个近似的持续时间，即电池在提供一定量的连续电流时完全放电之前可以运行的小时数。这始终是一个近似值，电池可能会在估计持续时间之前完全放电。例如，如果一个 20 安培小时的电池可能连接到一个可能消耗 20A 电流的低阻性负载，理想情况下，电池应该可以工作一小时。但是，由于加热，它可能会在一小时前完全放电。同样，连接到低功率负载的电池估计可以使用数年。尽管如此，由于与生命周期相关的因素，如漏电流、电解质蒸发、高温、湿度或电极劣化，它可能会在预计持续时间之前完全放电。
电池的安培小时容量是针对特定电流指定的。制造商还可以提供不同电流和温度的容量降额曲线。对于二次电池，安培小时额定值有助于确定充电程序和时间表。
电池的串联和并联组合
可能需要连接电池以形成更大的电池组以实现更高的电压或电流。当电池或电池串联时，电流保持不变，而总电压是所有电池电压的总和。串联的电池应具有相同的安培小时额定值；否则，安培小时额定值较低的电池会先于其他电池耗尽，从而导致供电中断。电池组的总安培小时额定值与串联时相同。它只是增加了电池组的电压输出。当电池或电池并联连接时，电压保持不变，而总电流是各个电池/电池的电流之和。并联的电池应具有相同的端电压。再次并联的电池不会改变整体安培小时额定值，只会增加输出电流。
过流保护
任何类型的电池都会产生反向电流。除此之外，电池供应可能会出现波动。为了保护电路免受反向电流和波动的影响，应使用保险丝或断路器。在串联电池中，单个保险 *** 以保护负载电路。在并联电池中，建议为每个电池使用单独的保险丝，以免电池超过另一个电池。断路器可以像保护二极管一样简单。过充电保护
对于二次电池，避免过充电和过放电很重要。为此，最初应保持适当的充电产品和时间表。电池充电指示器可用于防止过度充电和过度放电。过充电保护电路也可用于保护电池。在某些应用中，可以使用直接从直流电源为负载供电并在任何电源故障时切换到电池供电的电源电路。在此类应用中，可充电电池可用作备用电源。在下一篇文章中，我们将开始讨论半导体技术——现代电子学的基础。
