随着手持式应用的增多,人们对电池的要求也愈来愈高,举例来说,美国苹果公司的iPod就被美国消费者控告,宣称10小时的连续使用,实际上只能连续使用4小时,此有规格不实之嫌,另外每18个月几乎就要换替电池,然原厂电池却要价99美元,贵到离谱。
此事发生后,苹果公司与消费者于庭外和解,Apple决议赔偿第一代至第三代iPod的美国消费者,每人1张50美元的Apple Store消费抵用券,可用于未来购买Apple相关产品现金抵用,倘若消费者不接受抵用券,也可选择25美元现金赔偿,另外Apple也将更新电池的费用调降,才使此事平息。不过以上赔偿仅限于美国本土消费者,美国之外的消费者并没有获得实际赔偿。
坏事不仅于此,Apple在2007年初推出众所瞩目的iPhone后,数个月就有消费者抗议iPhone的电池采封闭性的内建设计,不像一般手机可让消费者自行换替电池,而此事目前为止,尚未有明确改善。
此外,近年来锂电池的安全事件不断,迫使诸多大厂大批回收有潜在安全性问题的锂电池,凡此种种,都是消费者愈来愈重视电池相关问题的明例。
不仅如此,电池大厂也纷纷响应消费者的反应加以改善、提升电池表现,例如数字相机普及后,人们需要高电容量的电池,因此一般AA规格、AAA规格的充电电池开始大幅提升电容量,从过去不及1000mAh到突破1000mAh,从1000mAh拉升到1600mAh、1800mAh,甚至达2000mAh以上,而现今已有2300mAh、2700mAh容量商品在市面贩卖。
另外,人们也讨厌电池不用时的漏电(或称为:自放电),所以业者开始推出超低漏电率的电池,宣称1年时间内都未使用电池,而电池的漏失电量也不会超过15%,即依然保持饱充的85%电能。
再者,人们也嫌恶漫长的充电时间,业者纷推出快充电池、快充型充电器,并不断在「充电时间」或「充电率」上提升,例如过去要2小时才能饱充,而今1小时即可,或者过去30分钟就可以充达满充的60%电能,而今相同时间可充达70%、80%等。
更进一步的,当人们愈来愈倚赖充电电池的情况下,也期望电池的充电寿命尽可能延长,过去只能充电100次,之后达200次,而今则强调能达400次、500次。
虽然人们对电池有种种的要求,业者也极力满足,然事实上电池的诸多性能表现是相对性的,当业者标榜该电池允许快充时,很可能已减损电池的充电寿命,或者业者宣称该电池的充电次数比过往更多时,其实只是将电容量的标准向下修正而已,实质技术上未有提升。
到底电池的性能表现是如何订立的?且就理想而言应对电池如何要求?
电容量的定义
许多人都知道,电池上头所标注的1,000mAh、2,000mAh指的是电池内的电容量,也知道1,000mAh指的是:若用电率为1,000mA(毫安)则该电池可连续使用1小时。
不过,这个电量标示其实有其基准,即是以「放电率为0.2C」的条件下所测得的电量,倘若放电率(如0.5C、1.0C等)更高则会减少可用电量。也因此有些数字相机的规格型录上会标注,电池在满充时可以拍摄几张照片,但拍摄一张后必须间隔多少时间再拍摄下一张,如此才能达到宣称的张数,反之若连续拍照,则可拍张数将会减少。
当然,不同类型的电池其放电率也各有其限,汽车、电动轮椅之所以要使用铅蓄电池(或称:铅酸电池),原因也在于电流出力大、放电率高。
充电次数的定义
电池的充电次数也是经常让人迷思的一点,所谓能充400次、500次其实是预设了一个基准,由于电池反复充电后会逐渐老化,逐渐的可充的电容量会减少,全新未用的电池,在第一次充电时可达100%饱充,但在使用数百次就无法达到原有的100%,可能会降至90%,甚或80%。
所以,电池的可充电次数是以电容量比率为准,一旦可充的电容量低于原有饱充的80%以下,就被认定为已超过可充电次数。
这道理类似鲜奶,鲜奶标榜在摄氏4度以下可保存2个星期,但若没有维持在4度以下则不保证,如果全程保持4度以下,也不表示超过2个星期后的下一秒就立刻坏去,2个星期只为最低保证,运气佳则可能拖至15天、16天也不会变质。
类似的,CD-RW盘片可保证烧写1,000次,只是保证1,000次内数据写入后都可正确读出,但不表示第1,001次写入后资料就一定不能再正确读出,1,000次仅为最低保证,有可能到1,019次、1,023次都依旧可以正确写入、正确读出。
因此,如果使用者依然持续使用该电池,依然进行充放电,则可充的电容量将持续减少,会低于80%,业者角度认定低于80%就不适合再用,但使用者有可能认为还可使用,例如原本可连续听6小时的MP3随身听,即便降成可连续听3小时也不要紧,因为使用者可能只在通车时聆听,每日通车仅2小时。
然而,由于业者知道,消费者愈来愈重视可充电次数,所以也有业者只在规格数字上作文章,宣称其电池有500次充电次数,但很可能在400次时就已经低于80%的可充电量,业者只是将可充电量的标准向下修正,修正成70%以上的电量依然算可充次数之内,可充次数因而增加。所以,同时写出充电次数、及超过次数后可充电量将低于饱充时的多少比率,才是较负责的作法。
如何算是「充电一次」?
了解充电次数的定义后,还需要了解更根基的定义:怎样才算一次充电?
这个最基本的问题其实也并非人人知晓,特别是遭遇到以下的假设,就会产生困惑:如果我这次充饱电池后只用了一半的电力,然后又重新把电池充饱,这样要算几次呢?一次都不算吗?
关于此答案是:算0.5次。倘若一个电池可充电200次,以上的动作就允许400次。同理,如果充饱后只用了10%的电力,然后又再度充饱,如此允许充电200次的电池就可以充2,000次。
温度也会影响充电次数
充电次数的保证有时还有一些附带条件,那就是工作温度。举例来说,锂离子电池(简称:锂电池)有许多种,分别主要在于正极材料的不同,这包括有锂钴(LiCoO2)电池、锂镍钴(LiNiCoO2)电池、锂镍(LiNiO2)电池、锂锰(LiMn2O4)电池等。
在上述各种类型的锂电池中,锂锰电池与其它同为锂类电池相比已属较少充电次数的一种,但若在高温下运作,则该电池日后的可充电次数还会更减少,所以温度也是充电次数的一项变因。
能量转换效率
充电器对电池充入100分的电力,并不表示电池能放出100分的电力,所以有所谓的能量转换效率,若充入100分的电力而能放出80分的电力,则转换效率为80%。
能量转换效率与电池类型相关连,不同类型的电池其效率也不同,例如铅蓄电池约为60%,镍氢电池约为70%,而近年来极受瞩目的磷酸锂铁电池(属于锂类电池的一种)则可达95%,表示充入100分的电力可放出95分。
为何充入的电能无法100%发挥出来?这牵涉到复杂因素,例如要将电池内的活性物质转成充电态就需要耗损部分的能量,另外有部分能量耗用在电池内的副反应,副反应会产生出氧,此外充电率、充电电流大小等也有所关连,再加上电池本身也存在部分着自放电性,所以充入的电能无法100%发挥出来,而有若干折扣。
更多的特性要求
上述谈论了数个电池特性表现,其它常被提及的特性表现还有:电池尽量不要有记忆效应,记忆效应的程度愈高愈需要完整放电来维护电池电容量,然运用充电器进行放电其实也必须归算一次完整放电的寿命。
另外消费者也开始要求电池体积,以往而言电池为了防止电解液外露,因此电池必须用钢罐来密封电解液,然钢罐难以有太精巧的塑形,以致电池都必须维持方形或圆桶形的设计,不过在锂聚合物电池(也称为:锂高分子电池)出现后,由于电解液部分从液体状变成胶状,移动性大减,所以不用钢罐进行密封,只要用铝箔包覆即可,也因此锂聚合物电池可以塑成更奇特的形状,例如更轻薄的电池、更适形的电池(即更切合产品外观设计的整体风格)。
此外电池必须尽可能保持一致的输出电压,即便电容量减少也必须尽可能维持电压不降,或者电池的电流输出也必须尽可能因应大电流输出等等;在相同容积中装入更多电量;在相同重量中装入更多电量等,凡此种种,都将是电池持续努力进步、提升的目标方向。

图说:日本Maxell(日东电工)公司展示出的锂锰电池:CR17335,该电池的输出电压为3.0V,电容量为1,750mAh,正常放电电流为5.0mA,重量则为22公克。锂锰电池的充电次数较其它锂类电池少,且在高温下使用会更折耗其充电寿命。(刘家任摄)

图说:美国Apple(苹果)公司推出的智能型手机:iPhone成为2007年的明星商品,但在发表的数个月后就遭到消费者抗议,抗议iPhone的电池采封闭性的内埋设计,在没电时不能让使用者自行拆盖换替电池,相对的今日手机都可以让使用者自己拆盖换替电池。(刘家任 摄)

图说:电池会随着使用次数的增多而减少电容量。如图所示,纵轴为电池的电容量比例,横轴为电池的使用次数,图中的电池在使用了近300次后其电容量已跌至全新电池饱充时的70%电容量。(郭长佑绘)

图说:同样是AA标准电池,其电容量也不断在提升,图中为美国金顶(DURACELL)公司的镍氢充电电池,电容量为2,300mAh,标准的回充方式是以230mA的电流进行充电,并在连续16个小时可充饱该电池,此电池产制于新加坡。(郭长佑摄)

图说:图中的蓝色长条物为笔记型计算机所用的锂离子电池,电容量为3,600mAh,输出电压为14.8V,其实14.8V是经由电池串联后所获得的升压,1组锂离子电池的输出电压为3.7V,串上4组的结果就成了14.8V。(郭长佑摄)

图说:日本Sanyo(三洋)的eneloop充电电池,该系列电池不讲究高电容量,而是讲究充电次数与低自放电,其可充电次数达1,000次,是现有其它AA充电电池的2倍以上,电池饱充后若持续半年不用则仍可保有90%的电量,持续一年也仍有85%的电量。(www.gzydl.com)

图说:日本Sony(索尼)Cyber-Shot系列数字相机所用的锂离子电池:NP-FT1。
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