在上一个教程中,我们讨论过不同类型的电池。除了可重用性和电池化学外,电池封装方式是一种重要因素,因为它应该在设备中容纳在不影响安全规范的情况下。电池的几何和大小也在其应用于电路中起到重要作用。
电池从18世纪开始使用,现在有各种各样的形状和大小。最早的电池形状是罐子的设计。1896年,大的F细胞被引入,1898年,接着是D细胞。C型电池是1900年推出的第一批小型电池,接着是1907年推出的仍然流行的AA型电池。目前,电池主要有以下几种形态:
- 柱状细胞
- 钮扣电池
- 柱状细胞
- 囊细胞
电池尺寸的标准化始于圆柱形电池的引入。1906年,一个非政府标准组织——国际电化学委员会(IEC)成立,为电池制定标准。1917年,美国国家标准与技术协会(NIST)为标准电池尺寸引入了按字母顺序命名的方法,这种方法至今仍在使用。
电池尺寸
电池提供以下尺寸:
柱状细胞
圆柱形电池是主要和二次电池的最受欢迎的电池组,以及一些最容易的制造。这些电池具有减压机构,使得它们能够承受高内部压力而不会变形。额外的益处包括高机械稳定性,低成本,寿命长,循环能力优异。这些细胞不会改变它们的形状或尺寸,因此可以在细胞之间的足够间距来容易地完成热管理。由于空间腔,这些强大电池的唯一缺点是它们的重量和低填充密度。
圆柱形电池是高度可靠的,并且通常具有PTC开关,当负载缩短电流时停止导电电流,从而提供短路保护。一旦冷却,切换返回到导电状态。对于机械安全,这些细胞使用膜密封或可重复密封的通风口。一些锂离子圆柱形电池使用充电中断装置,该装置断开电池的连接,以暴露于不安全的机械压力。
圆柱形电池通常用于镍 - 镉和镍 - 金属氢化物电池。这些可以在流行的尺寸上获得,如AA,AAA,AAAA等,并且还可以以1/2和¾格式的部分尺寸提供。18650年的可充电锂离子电池尺寸也可提供圆柱形电池。18650年锂离子圆柱形电池已广泛用于笔记本电池电池和电动车辆,但随着新电动汽车依赖于扁平电池设计,它们的需求逐渐消失。仍然,21700,20700和22700尺寸的锂离子圆柱电池对各种消费电子应用的需求将保持不变。
钮扣电池
纽扣电池或硬币电池用于小型便携式设备的初级电池。这些低成本电池出现在主板、手表、便携式医疗设备和无绳电话中。它们的主要优点是体积小,可以很容易地堆叠在管中以获得更高的电压。它们的主要缺点是缺乏安全排气口和充电时间长。这些电池主要用于小型器件或作为电路某些部分的电源备份。硬币电池也用于维护主板上的时钟。
柱状细胞
棱柱状细胞的特点是这些细胞的平面矩形设计,允许最大限度地利用空间。这些电池没有标准的尺寸格式,它们的尺寸因制造商而异。在移动电话、智能手机、笔记本电脑和便携式电子产品中,它们被广泛使用,现在是电动汽车的首选。这些电池的主要缺点是热管理差,寿命短,成本高。由于气体积聚,它们容易膨胀,长时间内可能会扩大尺寸,从而产生安全隐患。由于膨胀和变形,它们也会损坏放置它们的设备。
袋细胞
袋细胞是电池中最柔韧而重量轻的。通过来自电极的密封箔片,这些电池具有柔性袋状外壳,该外壳被设计成适应电池中的任何膨胀。通常,在几百个电荷放电循环之后,小袋细胞可能溶胀,而大袋细胞在几千次循环后可能会膨胀。这款电池设计是最轻便的,允许最大空间利用率。虽然设计用于轻负载,但这些电池可以承受高负荷电流,并且可以并排堆叠以实现更高的电压。
当制造袋细胞时,它们设有临时气囊。在第一电荷逸出到气囊的气体,后方被移除。然后将袋子密封并被吸收供应。在随后的充电循环中,产生最小量的气体,其可以仅在数百或数千次循环之后积聚。
这些细胞有更高的能量密度;然而,这些是相当昂贵的制造。这些电池没有标准的尺寸格式——它们有各种尺寸,尺寸可能因制造商而异。袋电池通常用于可穿戴电子设备(如蓝牙耳机、音乐播放器和玩具)和便携式设备。也有大袋电池,用于其他应用,如UPS, ESS等。
未来的趋势
目前,圆柱形电池和纽扣电池是最受欢迎的电池组。然而,随着制造成本的逐渐降低,趋势正在向棱柱型和袋状电池转变。未来的电动汽车可能会使用平面设计的电池(棱柱型和袋型)。同样的趋势也适用于便携式设备、小工具和消费设备的电池。袋式电池可以像食品包装一样制造,而矩形电池可以通过改进的自动化系统更容易制造。制造商仍在寻找方法来提高平板电池设计的安全性和热稳定性,因为未来的电池依赖于空间利用率、重量和最大限度的能量密度,而不损害安全性。
在下一篇文章中,我们将讨论选择电池。
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