電池與數字負載

隨著通訊器件從模擬信號轉向數字信號，對電池也提出了新的要求。同模擬收發機采用穩定的電流不同，數字收發機要求電池承受短促的尖峰電流；關于具有雙向電波信號功能的通訊設備來說，要求電池內阻低；過冷或過熱關于電池的工作性能也有較大影響。

1.內部連線、接觸以及保護電路都要考慮；性能和電池的容量、荷電狀態以及串聯連接的電池數有關2.自放電在最初的24小時最高，然后逐漸下降，并且隨著電池的使用時間和工作溫度的新增而新增3.循環壽命基于放電深度，較淺的放電深度比深度放電具有較高的循環使用壽命4.循環壽命基于維護過程，倘若沒有周期性的放電那么電池的循環壽命可能會下降1/3盡管鎳氫和鋰電池在蜂窩電話和筆記本電腦中具有最好的性能，但是鎳氫電池在雙向電波信號使用中的性能卻沒有得到體現，預期使用壽命下降。

圖1NiCd,NiMH和Li-ion電池能量密度、內阻、自放電和循環使用壽命特性

適合數字式雙向電波使用的電池當今電池的研究緊要聚集在鋰電池系統，在圖1中，對鎳鎘、鎳氫鋰電池的能量密度和內阻的關系進行了比較。為了達到鎳基電池的預期壽命，要求對其進行周期性放電以進行維護。鎳鎘電池和鎳氫電池為了戒備記憶性，要周期性的進行放電維護。而且關于NiCd電池使用記憶性很可能不恰當，因為今朝這種電池基本都戒備了這種現象。鋰電池屬于低維護型，具有其它電池所不具有的很多優良性能。不需預定的過程來延長電池的使用壽命，和相同容量的電池比起來，鋰電池的質量較輕而存儲的能量最大。其缺點是易碎，要一個保護電路，充放電電流較小，而且成本也較高，其使用壽命為兩三年。一般來說，保持電池在中等溫度下可以延長電池的使用壽命。目前電池廠家都正在提高電池的壽命，安全問題以期將來得到處理。數字收發機所需的總體能量比模擬收發機所需的低，但是數字收發機設備使用的電池要承受較高的峰值電流，通常為電池額定值很多倍。關于由1000mAh電池供電的數字收發機來說，峰值電流可達3A，要求電池供應高達3C的放電率。關于內阻低的電池來說，3C的放電率完全可以接受的，然而由于電池內阻隨使用時間而新增,所以電池在使用一段時間后很可能就會有問題。通過使用較大容量的電池可以改善電池的性能，即使用電池包。通過電池的并聯可得到較大容量的電池，如2000mAh的電池和標準的1000mAh電池比起來，容量幾乎新增一倍，就C率而言，3C的放電率降低到1.5C。

圖2鎳鎘電池在GSM負載程序下，以1C、2C、3C放電和通話時間關系曲線。探測電池的容量為113％額定容量，內阻為155mW

圖3鎳氫電池在GSM負載程序下，以1C、2C、3C放電和通話時間關系曲線。探測電池的容量為103％額定容量，內阻為778mW

圖4Li-ion電池在GSM負載程序下，以1C、2C、3C放電和通話時間關系曲線。探測電池的容量為94％額定容量，內阻為320mW

探測狀態好的電池不能在數字設備中工作的原由為了找到最適合通訊器件使用的電池系統，CadexElectronics對鎳鎘、鎳氫和鋰離子以不同放電率進行了探測，關于使用了一段時間的電池來說，經過電池分解儀分解可知電池的容量狀態良好，其中電池分解儀相當于中等狀況的負載。當對電池進行較高的放電率放電時，或者把電池安裝到數字收發機中使用時，發現電池的性能大大下降。其原由就是電池的內阻較高，對性能表現正常的電池進行測量可得鎳鎘電池的內阻為155mW，鎳氫電池較高為778mW，鋰電池居中為320mW；且相應電池的容量分別為額定容量的113%,、107%和94%。從圖2、圖、3圖4可以看出，通話時間和電池的內阻筆直相關。在相同的條件下，鎳鎘電池以3C放電時的性能最好，通話時間可達120分鐘；而鎳氫電池僅在1C的情況下表現良好，當放電率達到3C時電池將被損壞；而鋰電池以3C放電時的通話時間僅為50分鐘。盡管這些電池的探測是在GSM系統上實現的，但是關于各種新型的數字信號通訊系統來說，探測結果基本一致。

電池性能的測量對電池進行完全放電來測量電池的性能是可靠的，但整個測量過程較慢。另外，在數字信號設備中，使用穩定的電流來對電池進行放電并不能充足獲得電池的性能。在過去幾年，開發出各種各樣的探測儀器來測量電池內阻。盡管這種辦法很快，但是內阻判斷法所得的結果往往和電池的容量值矛盾，因此預測電池的性能也就變得不可靠，CadexElectronics研發出QuickTest辦法來測量電池的SoH。關于雙向電波設備、蜂窩電話、筆記本、掃描儀、醫療設備、數碼相機等所用的電池，僅需3分鐘既可獲得電池性能。QuickTest采用了一種神奇的推斷算法從大量的變量中獲得所需的電池性能數據，可以評價電池的容量、內阻、自放電、充電接收率、放電能力以及電解液的遷移能力，然后把這些變量結合得出一個量稱為SoH。QuickTest軟件嵌入在CadexC7200和C7400電池分解儀中，可以分解鎳基、鋰基和鉛基電池。用戶可對分解儀編程，實現初始化、反復的快速充電，壽命探測以及泵升功能。QuickTest充足利用了分解儀的自學習過程來獲得電池特殊矩陣，并且這種自學習過程具有很強的適應性。電池的特殊矩陣存儲在虛擬的電池中，并自動配置參數來調整電池設置。電池適配器在購買時通常包括QuickTest矩陣，倘若初始矩陣被改變了，那么使用者通過掃描一種良好的電池即可得到QuickTest矩陣，同時代碼可以復制到其他的電池適配器，可以擦除以及重新輸入。QuickTest要求的荷電水平通常為20~90％，倘若超出這個范圍，分解儀將自動對電池進行充電或者放電。

結語手持通訊設備和電池密切相關，但是直到今朝，電池在使用過程中的性能變化依然很大，尤其是電池包在使用一段時間后變得更為嚴重。但在目前的使用中，依然沒有找到一種可替代的技術來代替這種變化復雜的電化學電池。盡管電池的性能在不斷地提高，但是最為關鍵的依然是對電池進行維護，鎳基電池的維護包括周期性的放電以消除記憶性，而鋰基電池的免維護性大大方便了電池性能的快速測量。

作者簡介：IsidorBuchmann先生是CadexElectronicsInc的創立者和CEO，他在通訊范疇、電池使用范疇具有20多年的實際相關經驗，曾在世界范圍內發表大量有關電池的著作和論文并獲獎。■

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