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Tadiran 電池 的性能詳細(xì)介紹

2009年10月30日 12:03 本站整理 作者:佚名 用戶評(píng)論(0
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Tadiran 電池 的性能詳細(xì)介紹

1、標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)電池
?? ?電池一旦使用,其電壓和開(kāi)路電壓相比會(huì)有所降低,然后達(dá)到工作平穩(wěn)電壓水平。這是放電電流的一個(gè)性能表現(xiàn)。當(dāng)電流較低時(shí),電池電壓會(huì)瞬間穩(wěn)定下來(lái)。然而,當(dāng)電流值較高時(shí),要達(dá)到穩(wěn)定的電壓可能需要一個(gè)過(guò)渡期,在此過(guò)渡期中,初始電壓將下降至臺(tái)階電壓以下,然后再恢復(fù)。
???圖 3 . 1. 1-1 中的三條曲線顯示的是初始放電電壓的情況。
??????? 曲線 A :初始電壓立即穩(wěn)定在臺(tái)階電壓水平。對(duì)于在內(nèi)存后備的標(biāo)準(zhǔn)電池(這時(shí)放電電流低),這種情況是普遍的。
??????? 曲線 B :在過(guò)渡期間,初始電壓降到臺(tái)階電壓以下,但最小電壓高于截止電壓,截止電壓一般在 2.5 伏與 3.0 伏之間。這種情況與一些設(shè)備需要中等強(qiáng)度的放電電流有關(guān),這樣可以保證在一個(gè)可接受的水平上,得到持續(xù)的電壓。
??????? 曲線 C :在過(guò)渡期間,初始電壓降到臺(tái)階電壓以下。這與高電流的設(shè)備有關(guān)。?
???在曲線 C 中,恢復(fù)到截止電壓所需的時(shí)間是指滯后時(shí)間,所達(dá)到的最低電壓值是指瞬時(shí)最小電壓( TMV )。在這個(gè)具體例子中, TMV 稍低于 2.5 伏,延遲時(shí)間的長(zhǎng)短與使用 2.6 伏的截止電壓有關(guān)。
?????電壓滯后現(xiàn)像是由于在鋰表面形成一層 LiCl 鈍化膜造成的,而這也是這些電池能夠很好長(zhǎng)期保持電量的原因。隨著儲(chǔ)存時(shí)間的延長(zhǎng)和溫度的升高,鈍化膜的厚度也增加。此膜可阻止亞硫酰氯與鋰金屬發(fā)生反應(yīng),也限制鋰離子從金屬表面流到電解質(zhì)。這使電池內(nèi)阻初始值很高,同時(shí)也會(huì)減低工作電壓。
??????????伏特

時(shí)間

圖 3.1.1-1 瞬時(shí)電壓曲線 – 標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)電池

????然而,一旦電池開(kāi)始放電,鈍化膜的厚度就逐漸減少,電阻回到一個(gè)穩(wěn)定的值,電池也達(dá)到了它的臺(tái)階電壓.
????對(duì)于比較低的和中等強(qiáng)度的放電電流, LiCl 膜的離子導(dǎo)電性足夠保持一個(gè)相對(duì)自由的鋰離子流。如果電流再高,此膜就開(kāi)始限制離子流。
??? 當(dāng)鈍化膜的厚度減少后,只要電路在連續(xù)的長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)處于斷開(kāi)狀態(tài),它的厚度會(huì)再增加。這樣,如果停止連續(xù)放電,即使是在 1 或 2 個(gè)月后重新放電,電池電壓幾乎會(huì)立即恢復(fù)到臺(tái)階電壓的水平。然而,如果停滯時(shí)間越長(zhǎng),鈍化層將會(huì)不斷增厚,并且隨之產(chǎn)生的瞬時(shí)最低電壓( TMV )將會(huì)趨向于恢復(fù)到最初值。

2、XTRA TM電池
????總體而言, 3.1.1 條中所描述的情況采用了所有不同的電池技術(shù)。然而, Tadiran XTRA TM 技術(shù)可使電池極大提高其瞬時(shí)最小電壓( TMV )。


圖 3.1.2-1 標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)和 XTRA TM 技術(shù)的瞬時(shí)狀況( TMV )的對(duì)比。

圖 3.1.2-2 顯示的是 XTRA TM 電池和標(biāo)準(zhǔn)電池在室溫下其表面膜的電阻率隨儲(chǔ)存期變化的情況。

文本框: 電阻率(Ω*CM)
標(biāo)準(zhǔn)電池 XTRA TM電池 ???儲(chǔ)存期(月)
圖 3.1.2-2 ?XTRA TM 電池表面膜和標(biāo)準(zhǔn)電池表面膜的電阻率與在室溫下的儲(chǔ)存期

????XTRA TM 電池在瞬時(shí)最小電壓和電壓滯后時(shí)間兩方面都有極大的改善,這是利用 XTRA TM 電池的鋰表面上的離子導(dǎo)電膜具有不同的特性而得以實(shí)現(xiàn)的。通過(guò)電子掃描顯微鏡( SEM )可以觀察到, XTRA TM 電池的表面膜比標(biāo)準(zhǔn)電池上表面膜有更密集和更緊湊的結(jié)構(gòu)。 XTRA TM 電池之所以具有這一獨(dú)特性能,是因?yàn)樗碾娮柘鄬?duì)同期的標(biāo)準(zhǔn)電池低了一個(gè) 數(shù)量級(jí) 。

3、XTRA TM高容量電池
??
高容量( HC )電池的容量比同樣尺寸的 XTRA TM 電池高 20-40% 。 Tadiran 高容量電池的能量密度可達(dá)到 1380 WH/L (22.6WH/IN 3 ) 和 700WH/KG (19.8WH/OZ) 。(就 Tadiran 所知,這是商用電池所能達(dá)到的最高能量密度)。而且, Tadiran 高容量電池保留了所有已改善的 Tadiran XTRA TM 電池電壓響應(yīng)性能。Tadiran 高容量電池的高容量性與良好的電壓響應(yīng)的兩者結(jié)合在一起,使得其成為用于使用期限長(zhǎng)、自動(dòng)遙控讀數(shù)系統(tǒng)的理想電池。
????
?電壓穩(wěn)定性:總的來(lái)講, Tadiran 鋰電池的工作電壓在其整個(gè)壽命期間都保持穩(wěn)定狀態(tài)。因此對(duì)于額定工作范圍內(nèi)的電流而言,其電壓實(shí)際上是恒定的。
?????電池使用壽命的結(jié)束:然而,電池經(jīng)長(zhǎng)期使用,其使用壽命幾近結(jié)束時(shí),電池尤其是 XTRA TM 高容量電池的持續(xù)放電量、工作電壓都將逐漸減少。根據(jù)這種特性可提前 3至6個(gè)月預(yù)知電池使用壽命的結(jié)束。通過(guò)考慮放電電流、應(yīng)用截止電壓、溫度范圍和所需警報(bào)時(shí)間,可以確定電池使用壽命結(jié)束時(shí)所顯示的電壓。
????有關(guān)顯示電池使用壽命結(jié)束的設(shè)計(jì)要求,Tadiran 的應(yīng)用工程師會(huì)根據(jù)種種具體情況加以考慮并進(jìn)行設(shè)計(jì)。


電池的放電 ?
? 放電電流 / 時(shí)間和電池容量
????? 如圖所示,電池可達(dá)到的容量主要取決于放電電流或放電時(shí)間。

文本框: 容量(% 額定容量)

放電時(shí)間(年)
圖 3.2.1-1 電池容量與放電時(shí)間

?????? 在額定放電電流或放電時(shí)間范圍內(nèi)的電池可用容量達(dá)到最大值。
?????? 在放電電流低的情況下,由于長(zhǎng)時(shí)間放電,電池自放電會(huì)變大,因而可用容量相應(yīng)地減小。
?????? 在放電電流高的情況下,動(dòng)力效應(yīng)進(jìn)一步減低了放電效率,內(nèi)阻增大,因而可用的容量也相應(yīng)地減小。

?? 脈沖放電
????脈沖放電模式是由一個(gè)持續(xù)的低耗用電流和多個(gè)帶有周期性的或隨機(jī)性的高電流脈沖的短暫脈沖串組成的。
???????????????文本框: 放電電流(I)
?????????????????????????????????????????????時(shí)間

圖 3.2.2-1 典型的脈沖放電模式

????一般來(lái)講,接通時(shí)間與斷開(kāi)時(shí)間的比值在 1 : 10 到 1 : 10 , 000 之間。就電源功率而言,這種脈沖放電模式相當(dāng)于靜態(tài)平均電流( Iav )的情況,靜態(tài)平均電流比峰值電流( Ipk )低得多。這樣,只要 Ipk : Iav 的比值高,在脈沖放電模式下可用容量通常傾向于從 Iav 取值而不是 Ipk 。

?? 脈沖電流與瞬時(shí)最小電壓

????總的來(lái)講,當(dāng)脈沖電流帶有靜態(tài)電流時(shí),瞬時(shí)電壓( TMV )比在沒(méi)有任何靜態(tài)電流的情況下要更高。那就是說(shuō),靜態(tài)電流能減弱鈍化效應(yīng)并提高脈沖瞬時(shí)最小電壓。
??? 在一天需要幾次電流脈沖的情況下,由于鈍化層被抑止變厚,所產(chǎn)生的瞬時(shí)最小電壓將會(huì)變高。如,在室溫下,每天帶有 6 次高脈沖頻率的 1/2AA XTRA TM 電池將可產(chǎn)生 50mA 脈沖,時(shí)間是 0.2 秒,但其電壓不低于 3 伏。
????由于脈沖期長(zhǎng),較低的脈沖頻率需要達(dá)到在瞬時(shí)電壓時(shí)的同樣水平,因此脈沖期是一個(gè)重要因素。

儲(chǔ)存期與工作期 ?
????Tadiran 采用了三種方法來(lái)確定經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期儲(chǔ)存的電池的可用容量,或者經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期使用的電池的容量。
????????長(zhǎng)期實(shí)踐測(cè)試:這種測(cè)試是測(cè)量各種經(jīng)長(zhǎng)期儲(chǔ)存的電池的容量,以及對(duì)長(zhǎng)時(shí)間放電的實(shí)踐測(cè)試。這種測(cè)試在 Tadiran 已系統(tǒng)地使用超過(guò) 15 年,它形成了一個(gè) Tadiran 鋰電池性能的基本資料源。為了測(cè)定電池的長(zhǎng)期工作結(jié)果,還需要一個(gè)更快捷的測(cè)試方法。
?????? 高溫度模擬試驗(yàn):在電池業(yè)內(nèi)普遍認(rèn)為,電池在 72 ℃的 溫度環(huán)境存放 3 個(gè)月相當(dāng)于在室溫下存放 10 年。然而對(duì) Tadiran 鋰電池所進(jìn)行的測(cè)試結(jié)果證明,電池在溫度 72 ℃下可存放 1.5年而不是3個(gè)月,但這對(duì)于預(yù)測(cè)電池室溫下的存放壽命可能不實(shí)用。
???????微熱量計(jì)測(cè)量:這種方法是使用一種微熱量計(jì)測(cè)量電池在儲(chǔ)存或工作期間所產(chǎn)生的熱量。此熱量計(jì)可測(cè)量甚至低于 1/ μ W 的能量分布性能。
????Tadiran 采用了一種最新的 Hart 牌科學(xué)導(dǎo)熱熱量計(jì)( HCC ),它可精確測(cè)量各種不同的環(huán)境溫度下很低的能量分布。無(wú)論是開(kāi)路的還是已加負(fù)載的電池在空氣槽中都得到平衡,然后轉(zhuǎn)入此儀器的內(nèi)槽中進(jìn)行測(cè)量。
????電池中產(chǎn)生的總熱量主要由于三個(gè)方面的作用:
?????????? 熵值變化 – 通常指不可恢復(fù)的熱量。
?????????? 電池過(guò)(電)壓 - 通常指不可恢復(fù)的熱量。
?????????? 化學(xué)反應(yīng) - 例如影響電池容量的自身放電反應(yīng),或不影響電池容量的副反應(yīng)。
????通過(guò)運(yùn)用熱力等式和考慮電池的電壓條件,長(zhǎng)期儲(chǔ)存或使用中的電池的容量(包括自身放電)可被計(jì)算出來(lái)。
????經(jīng)長(zhǎng)期測(cè)試而得到的相關(guān)結(jié)果是很好的,并且從長(zhǎng)期實(shí)踐測(cè)試中所獲得的連續(xù)歷史記錄都很好,由于這兩種原因,使用這種微熱量計(jì)被認(rèn)為是用來(lái)確定電池長(zhǎng)期工作性能的一種快捷可靠方法。
????通過(guò)這些測(cè)量方法,我們證實(shí):在電路斷開(kāi)的情況下,標(biāo)準(zhǔn)電池的自身放電量每年只占總電量的 1~2% , XRTA TM 電池是 2% ;對(duì)于使用這兩種技術(shù)制造的電池,每年的自身放電量只占總電量的 2% 。

電池方位 ?


???電池容量和電池方位的變化取決于其放電電流(不論電池是固定的還是可移動(dòng)的)及其大小。??
???Tadiran 鋰電池的一般容量狀態(tài)總結(jié)如下:
???????? 在整個(gè)額定放電電流范圍內(nèi),如果電池是直立著放電或側(cè)臥著放電,那么其容量不受影響 。
??????? 在低放電電流范圍內(nèi),或在放電脈沖不常發(fā)生、發(fā)生時(shí)短暫或者發(fā)生時(shí)脈沖很高的情況下,不論電池方位如何,其容量不受影響 。
??????? 在高放電電流范圍內(nèi),不論電池方位如何,較小電池( 1/2AA , AA , 1/10D , 1/6D , BEL )的容量 完全不受影響 。
??????? 在高放電電流范圍內(nèi),如果較大電池(C,D,DD)倒置放電,其容量會(huì)受影響 。
????圖 3. 4-1 顯示的是電流換流的效果,其放電電流容量范圍( CI )是在額定電流高( IH )范圍與低范圍( IL )之間。
???如果 Tadiran 鋰電池在放電期間偶爾移動(dòng)了一下,其容量不受影響。

Cell Size

IL mA

Cl %

IH mA

Cl

1/2AA

≤ 0.5

100

10

>90

AA

≤ 1.0

100

15

>90

C

≤ 2.0

100

30

>80

D

≤ 4.0

100

60

>60

DD

≤ 8.0

100

100

>60

圖表 3.4 - 1 電池容量換流效果


不同電流和溫度下放電 ?

???
???? Tadiran 鋰電池的放電情況取決于電流負(fù)載、工作溫度和開(kāi)始放電前的總體情況??傮w放電特性顯示在圖 3.5-1 中,以 1/2AA XTRA TM 電池為例子。有關(guān)其它電池的尺寸和技術(shù)的相似信息可從 Tadiran 公司處得到??紤]到初始情況下的電池狀態(tài),每一幅圖表都包含一個(gè)窗口,其中給出了當(dāng)電路開(kāi)始使用時(shí)的電壓反應(yīng)(瞬時(shí)電壓資料)。

圖 3.5-1 TL-2150 ( 1/2AA XTRA TM )型電池的放電特性(以一年期電池為例)

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