电子说
概述
本教程是关于电池的(如果您不知道的话)-以及如何确定哪种电池将最好地运行您的项目!我将同时介绍可充电电池和“一次性”电池,并尝试涵盖我从这些令人惊讶的复杂电子元件中学到的所有知识!
如何测量电池
有几种“测量”电池的方法,下面是我将要比较的方法
尺寸 》
这很简单,电池有多大?铅酸电池的体积不会比C电池小得多。纽扣电池的体积不会超过四分之一。还可能需要标准尺寸,例如AA和9V。
重量和功率密度
这是一个性能问题:更高的质量(和更昂贵的)电池将具有更高的功率密度。如果重量是项目的重要组成部分,那么您将需要使用重量更轻,密度更高的电池。通常以瓦特/小时/千克表示。
价格
价格几乎与功率密度成正比(您为更高的密度付出了更多)并与功率成正比容量(您为更多容量支付更多费用)。较小,更轻的包装中需要的功率越多,您将需要支付的费用就越多。
电压
电池的电压取决于内部使用的化学物质。例如,所有碱性电池均为1.5V,所有铅酸均为2V,锂为3V。电池可以由多个电池组成,因此,例如,您很少会看到2V铅酸电池。通常,它们在内部连接在一起以制成6V,12V或24V电池。同样,大多数电子设备使用多种碱来产生其运行所需的电压。
别忘了电压是“标称”测量值,实际上是从1.5V AA电池开始的1.6V,然后迅速下降至1.5V,然后缓慢下降至1.0V,此时电池被认为是“死电池”。
可重复使用性
某些电池可以充电,通常可以充电100次。
功率容量和功率容量
由于这是测量电池特别令人困惑的部分,因此我将对其进行详细讨论。
功率容量是电池中存储的能量。该功率通常以瓦特小时表示(符号 Wh )。瓦特小时是电池提供的电压(V)乘以电池在一定时间内(通常以小时为单位)可以提供的电流(安培)数。电压*安培*小时= Wh。由于电池类型的内部化学性质(碱性电池,锂电池,铅酸电池等),电压几乎是固定的,因此通常仅在侧面打印安培小时测量值,以Ah或mAh(1000mAh = 1Ah)表示。要获得Wh,请将Ah乘以标称电压。例如,假设我们有一个3V标称电池,容量为1Amp-hour,因此它的容量为3 Wh。 1 Ah表示理论上我们可以在1小时内消耗1 A的电流,或者在10小时内消耗0.1A的电流,或者在100小时内消耗0.01A的电流(也称为10 mA)。
但是,我们从电池真正汲取的电流量(功率容量)通常受到限制。例如,一个额定值为1 Ah的纽扣电池实际上不能在一个小时内提供1 Amp的电流,实际上甚至不能提供0.1 Amp而不会过度扩展。这就好比说人类有能力行驶30英里:当然,跑步30英里与走路有很大不同!同样,一个1Ah的纽扣电池在1000小时内提供1mA的电流也没有问题,但是如果您尝试从中汲取100mA的电流,则持续时间将少于10小时。
例如,在此图中,纽扣电池可以驱动一个3.9Kohm电阻,在降到2V之前可提供230mAh(其额定值),但是如果是1Kohm电阻,则只能提供125mAh(图片来自http://biz.maxell.com/zh_cn/product_primary/?pci = 9&pn = pb0002)
功率能力的度量方式为 C 。 C 是安培小时容量除以1小时。因此,2Ah电池的 C 为2A。电池“喜欢”从中汲取的电流量以 C 表示。 C 越高,可以从电池汲取的电流越多,而不会过早耗尽。铅酸电池可以具有很高的 C 值(10 C 或更高),锂纽扣电池可以具有非常低的 C )
铅酸电池
铅酸电池(上图)是工业上的主力电池。它们非常便宜,可充电且容易获得。铅酸电池用于机械,UPS(不间断电源),机器人和其他需要大量功率且重量不那么重要的系统中。铅酸电池采用2V电池,这意味着您可以使用偶数伏特的电池。最常见的电压是2V,6V,12V和24V。
优点:便宜,功能强大,易于充电的高功率输出功能。
缺点:很重,因为功率密度很低,所以电池往往是非常大的砖块。
价格:带有7Ah充电能力的12V铅酸电池大约需要$ 25。
功率密度:7 Wh/kg。
碱性
碱性电池是您会遇到的最常见的电池。它们是每家商店出售的产品,因此非常适合需要“用户可维护”的项目。它们具有比NiCads高的功率密度,并且比NiMH具有更好的功率密度。但是,它们是一次性使用。电池为1.5V,尺寸从纽扣电池到AAAA到D电池不等。关于使用标准电压具有多个尺寸的一件好事是,当您需要更大的容量和功能时,始终可以仅指定下一个尺寸。如果在约0.1 C 时放电,您将获得已发布的容量速率。
6V灯笼电池(由上图所示)是由几个大型电池组成的超大型碱性电池,它们的使用非常方便可以在许多商店买到,具有很大的容量和功能,您可以轻松地将其标签夹/焊接到它们的选项卡上。
9V电池是一个奇怪的例子:它们实际上是由6个非常小的1.5V电池组成的,几乎与纽扣电池一样大。结果,它们具有非常低的容量和能力并且非常昂贵。如果消耗的电流超过20mA,那么使用它们可能不是一个好主意。
价格: AA尺寸电池的价格约为1美元,充电容量高达3000 mAh。
功率密度: 100 Wh/kg
优点:流行,众所周知,安全,保质期长
缺点:不可充电,功能低
镍镉电池(镍镉)
这些是长期流行的较旧的可充电电池。它们采用“标准小型”电池尺寸,例如AA,AAA,C以及矩形形状,使它们更易于嵌入外壳中(请参见上图)。由于NiMH电池具有更高的功率密度,因此近来很少使用它们。但是,它们更便宜,并且仍在性能不如价格重要的许多无绳电话,太阳能灯和RC汽车中使用。另一件好事是它们的放电速度比镍氢电池慢。 (也就是说,它们将保持更长的充电时间。)电池单元的电压为1.2V,通常捆绑在3个“电池组”中,可提供3.6V电压。
优点:价格便宜,坚固耐用,具有“标准”尺寸,易于充电。
缺点:功率密度较低,每隔一段时间需要“完全放电/充电”循环,以减少“记忆效应” (电池板上晶体的生长),含有有毒金属。
价格: AA尺寸的电池售价约为1美元,充电容量最高为1000mAh。
功率密度: 60 Wh/kg
镍氢电池(镍氢)
这些是更受欢迎的充电产品,它们也有“标准”尺寸。在许多情况下,它们是标准碱性电池的良好替代品。每节电池的电池电压为1.25V,低于碱性电池的1.5V,但高于镍镉电池的1.2V。关于它们,最令人讨厌的是它们的高自放电,尽管电池技术得到了改进,并且市场上有一些低自放电的电池。它们喜欢在约0.1 C 下充电,但可以在0.2 C
优点下放电:在大多数情况下可以替代碱性电池,具有高功率密度,“标准”尺寸,比碱性电池更好的功能,非常容易充电但不那么坚固。
缺点:比镍镉电池贵,服务寿命不长,自放电很快。
价格: AA尺寸的电池售价约2美元,充电容量高达2500mAh。
功率密度:100 Wh/kg
锂离子(Li-Ion)和锂聚合物(LiPoly)(Lithium Polymer)
有关该主题的完整指南,请在Adafruit学习系统中查看“锂离子和锂聚合物电池”
这些是可充电电池技术中的最新技术,并迅速成为最常见的可充电电池便携式摄像机,手机,笔记本电脑等消费类电子产品。它们非常轻巧,不介意高放电率,并且功率密度很高。但是,它们非常脆弱,需要特殊的电路来防止其爆炸!这意味着原始的锂离子电池非常稀有且非常危险。大多数锂离子电池带有保护电路,可确保电池安全运行。如果要使用锂离子电池,最好的选择是使用便携式摄像机或手机电池,并使用与其配套的充电器。锂电池的电压约为3.6V,因此您会看到3.6V和7.2V是最常见的电池电压。它们可以轻松提供高达1 C 的电流,有些可以高达10 C !
优点:超轻,高功率,高能力,高电池电压。
缺点:昂贵,精致,如果滥用会爆炸!
价格:替换的“手机”电池成本约为10美元,并且具有约750mAh的充电容量。
功率密度:锂离子为126 Wh/kg,锂聚合物为185 Wh/kg
锂电池和纽扣电池
您将看到的大多数锂电池都是纽扣/纽扣电池形式。纽扣电池是小圆盘(见上文),通常使用锂电池(3V),但也使用碱性电池,锌空气和锰(1.5V)。
它们非常小,非常轻,非常棒适用于小型,低功耗设备。它们也相当安全,保质期长,每单位价格也很便宜。但是,它们不能充电,并且具有较高的内部电阻(如果只使用一两个电阻,这使得它们相当安全),因此它们不能提供大量的连续电流:0.005 C 大约在容量严重降低之前可以达到的最高水平。但是,只要“脉冲”(通常约为10%的速率),它们就可以提供更高的电流。
目前使用的最受欢迎的纽扣电池之一是CR2032,其直径为20毫米x 3.2毫米厚,在3V电压下可提供220mAh。锂纽扣电池可以和CR2477(24mm x 8mm)一样大,容量为1000mAh,价格为$ 3.50
您会看到的唯一另一个锂电池是CR123,它是3V电池比AA电池厚一点,也比电池短一点。
优点:轻巧,高密度,体积小,价格便宜,电池电压高,易于堆叠以提高电池寿命电压,保质期长。
缺点:不可重复使用的低电流消耗功能,需要特殊的支架。
价格:CR2032的价格约为0.35美元(220 mAh)是$ 1.50(1300Ah)。
功率密度::270 Wh/kg
如何为您的项目选择合适的电池
确定,所以您有一个项目,现在想用电池为它供电,如何选择最佳的电池
最简单的两种情况是极端情况:
您的项目是否非常耗电?投影仪,大型音响系统和机动化所有项目均取决于电流的安培数!您将需要使用灯笼电池(一次性使用)或铅酸电池(可充电)。如果您打算对电池“滥用”(大量使用,将其完全耗尽),则可能需要查看“海洋深循环”电池。
是您的吗?项目是超小型的,就像两边都是一英寸?您将必须使用锂纽扣电池(一次性使用)或小型锂聚合物电池(如用于小型RC飞机的锂聚合物电池)。/li》
还有其他一些非常流行的案例:
您是否需要做很多这样的事情? 使用流行尺寸的廉价碱性电池。
是否需要用户维修? 9V或AA尺寸电池是通用的!
《强烈需要输入5V以上的电压吗? 3个碱性(4.5V)或4个NiMH电池(4.8V)会让您很接近-检查电路,看看它是否将在这些稍低的电压下运行
制造“可充电电池组”? 使用您当地的业余爱好/电子产品/维修店的电池座并坚持使用镍氢电池,然后用高品质的充电器为其充电。
是否要用可充电电池代替碱性电池?进行测试以确保较低的电压不会使设备感到不满意。
是否需要堆叠电池?请记住,只有当电池具有匹配的时,才要堆叠电池C 和Ah的能力,如果您堆叠9V和AA来制造10.5V,则9V将在1/10的时间内流失,剩下1.5V。
想要充电电池可以使用很长时间?使用具有传感器的高品质充电器,以保持适当的充电和trick流充电。便宜的充电器会杀死您的细胞。
责任编辑:wv
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