溫度對電池的影響

鎳鎘電池是靠化學(xué)物質(zhì)的反應(yīng)來動作，化學(xué)材料往往會自我消耗，在溫度高的環(huán)境下自我消耗的情形會較嚴(yán)重，容量會降低，也可能會有漏液與生銹的情形，在高溫下進(jìn)行充放電更是會對電池造成破壞降低壽命。鎘鎳電池可穩(wěn)定工作的溫度范圍還算很廣，充電約0~45℃，放電約-20~60℃，保存約-30~45℃，平常最好保存于較冷但不潮濕的地方。溫度對于電池的壽命以及充放電特性影響很大，充放電時若環(huán)境溫度越高，則電池的材質(zhì)受到破壞，極版之活性物質(zhì)的功能降低使容量減小，陽極陰極隔離版間的隔離版絕緣降低造成短路，且溫度升高電池之電壓也變得較低，充放電效率降低了許多，電池的容量大大地減少。因此除非使用的鎳鎘電池是耐熱型的，否則充放電時應(yīng)留意電池的溫度，不要使用過大之電流充放電以免溫度過高。

過度充電

在充電過程中電池的電壓會隨著儲存電量的增加而逐漸上升，當(dāng)電池儲存的電量達(dá)到飽和電極材料無法繼續(xù)充電時，若繼續(xù)充電則電解液會起電解，并且在陽極產(chǎn)生氧氣，在陰極產(chǎn)生氫氣，如此會在密封的電池內(nèi)部造成內(nèi)部壓力上升，會對電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)造成破壞。像這種現(xiàn)象稱之為過度充電。

為了避免過充電電池遭毀損，通常將陰極之容量制作得比陽極容量大，如此當(dāng)過度充電時陽極會先達(dá)到飽和并產(chǎn)生氧氣，而陰極卻未飽和而不會產(chǎn)生氫氣，陽極產(chǎn)生的氧氣擴(kuò)散到陰極之后會與充電產(chǎn)生的金屬鎘起化學(xué)反應(yīng)吸收掉氧氣，且此反應(yīng)的速度與金屬鎘產(chǎn)生的速度平衡，因此可以有效地避免電池的壓力上升。但是若充電電流過大(使用快充時)就會失去平衡，電池的內(nèi)壓過大會將電池的安全閥推開，氫氣和氧氣會泄漏到電池外部，直到壓力降低安全閥關(guān)閉電池才又再密封起來。但是氣體的泄漏已使得內(nèi)部化學(xué)材料減少，造成電池壽命的縮短。

充電電壓的變化

電池過度充電時，因?yàn)殛枠O產(chǎn)生的氧氣與陰極起化學(xué)反應(yīng)會產(chǎn)生熱，使得電池溫度會上升外殼發(fā)燙。由于溫度越高電池的充電電壓會變得比較低，因此充電時電池電壓會持續(xù)上升直到過度充電時，電池溫度會突然地快速上升，電壓不再上升轉(zhuǎn)而由峰值開始下降。

標(biāo)稱電壓

鎳鎘電池在標(biāo)準(zhǔn)放電條件下放電時，電壓會緩緩地下降直到當(dāng)電量幾乎釋放完時，電壓會大幅度地下降，此電壓值稱之為標(biāo)稱電壓。一般鎳鎘電池的標(biāo)稱電壓為1.2V，與一般干電池標(biāo)注的1.5V是相同意思，都是標(biāo)注于電池外殼上面。鎳鎘電池只要有電量電壓值一定至少在標(biāo)稱電壓1.2V以上，儲存的電量越多電壓也越高。

放電終止電壓

電池在放電時其電壓會隨著電池電量的減少而逐漸降低，當(dāng)電壓降到所要求的準(zhǔn)位時就不再讓它繼續(xù)放電，稱為放電終止，而此電壓準(zhǔn)位稱之為放電終止電壓。通常廠商建議的放電終止電壓約在0.9V~1.1V左右，電壓放電到此準(zhǔn)位時電量幾乎已經(jīng)放光了，此狀況稱為完全放電。若鎳鎘電池已經(jīng)完全放電了還不移掉負(fù)載而讓它繼續(xù)放電下去，那么就成了過度放電，電壓會急速下降直到0V為止。若電壓尚未降到0V左右就終止放電，則電池電壓會自動快速回升到標(biāo)稱電壓1.2V左右。

過度放電

鎳鎘電池的一大致命傷就是被過度放電，將放電終止電壓設(shè)定在此狀況下，不但沒有電力可以推動負(fù)載，對電池壽命也會造成損害。而且一旦不慎讓電壓繼續(xù)下降到幾乎等于0V時，就算想終止放電把負(fù)載移走恐怕也來不及了，電池的電壓無法再自動回升，一般的充電器也無法再把電充進(jìn)去，它的電壓會一直固定住停留在0V不動。此刻的它就像是中風(fēng)似的癱瘓?jiān)谀沁叄蛣e說折壽了，更是往往一命嗚呼哀哉不能再使用了。

電池容量的定義

電池的容量系指對電池放電，直到電壓降到終止電壓為止，在這期間所能取得的放電電荷量。若是在規(guī)定的電流和溫度等標(biāo)準(zhǔn)放電條件下，對充飽電的電池進(jìn)行放電直到放電終止，所得到的容量稱之為額定容量（或標(biāo)稱容量）。容量的大小與其所消耗的電極材料之活性物質(zhì)的量有關(guān)，而標(biāo)準(zhǔn)放電條件則是依照電池種類的不同有所規(guī)定。容量是根據(jù)電池的放電反應(yīng)來定義，而非充電反應(yīng)來定義，因此我們常說的電池容量有多大，是指放電時可得到的累積放電電荷量有多少，而非充電時流進(jìn)去的電荷量有多少。

電池容量的表示法

電池的容量的大小，可以用[(放電電流)x(電壓降到放電終止電壓所經(jīng)之放電時間)]，計(jì)算后所得到的值來表示。之前所介紹的基本電學(xué)公式中，電量為電流x時間，單位是庫侖(Q)，電池若以多少庫侖來表示電池容量的話，可能是比較不好理解，因此電池的容量都是把電流x時間的值，直接以C=IT(單位以mAh或Ah)來表示，其中C是容量(與庫侖是同意義)，I是電流，A是安培，mA表示電流大小為豪安(千分之一安培，A)，h代表小時(hour)，也就是說以千分之一安培的電流放電一小時所累積的放電量為1mAh。因此C=IxT=多少mAh，mAh就是庫侖的等效表示方式。通常電池的外殼包裝上面都會標(biāo)明電池的額定容量，用來表示該電池的最大容量。新的鎳鎘電池在第一次充放電時容量都可以達(dá)額定容量，但容量會隨著充放電次數(shù)的增加而減少。

例子：以1安培電流放電需要二小時才能將電池電量放光，那么電池容量約為2000mAh。若將電池容量以庫侖來表示的話,那么C=IxT=1Ax7200sec=7200庫倫。您是不是也發(fā)現(xiàn)用2000mah來表示比用7200庫倫來表示比較不空洞而明了多了呢？

C表示式

電池除了以安培(或毫安)做單位來表示電池的充放電流大小之外，也使用英文字母C(capacity)來當(dāng)作額定容量(電流x時間)之電流部分，以它做為電流大小衡量的單位。比如說額定容量600mAh的電池，C就是600mA的意思，所以電流1C就是600mA，電流2C就是1.2mA，電流0.1C就是60mA。以后購買電池時若在規(guī)格上找不到充放電流的安培數(shù)時，請先別著急，別忘了找找看有沒有寫著多少C喔。

充放電率

所謂充(放)電率是將全部容量的電荷放(充)完所需要的時間，做為充(放)電時的標(biāo)準(zhǔn)速度。一般用來說明放(充)電的速度是多少，比如說二小時率的放電，是指用0.5C的電流，在二個小時的時間將電池全部容量放完。20分鐘率表示用3C的電流在20分鐘內(nèi)將電池額定電量全部放完。在廠商的電池規(guī)格書上面，也常使用小時率來表示標(biāo)準(zhǔn)放電時間，只要根據(jù)額定容量來換算就知道標(biāo)準(zhǔn)放電電流是多少了。通常廠商提供的規(guī)格上額定容量是以溫度20℃，而放電是以5小時率0.2C的條件來量測。

充電效率

電池不可能充多少電量進(jìn)去就能儲存有多少電量，一定會有所耗損，除了陽極和陰極漏電間的絕緣體漏電之外，材料也不可能無瑕地儲存所有電量。電池放電時取出的電量與充電時流進(jìn)去電池的電量之比，稱之為充電效率。

通常電池廠商都是建議充電量必須為額定容量的1.5倍，才能將電池充飽。也就是說若以0.1C的電流充電需要充15小時，以3C的電流充電需要充半小時，雖理論填充量是額定容量的1.5倍，但實(shí)際填充量差不多剛好為額定容量。

利用率

雖然理論上電池的額定容量很大，但實(shí)際上充飽電后再放電時可得到的電量卻往往小于理論容量，表示電池可儲存的實(shí)際儲存容量并沒有那么大，此實(shí)際容量相對于理論容量的比率稱之為利用率。通常電池的放電電流越大，或者周遭溫度降低時，利用率會減小。

放電深度

電池放電時所放電量與所儲存電量的比率稱之為放電深度，比百分比表示。例如放電深度20%表示電量放電到剩下80%電量的程度。

周期壽命

通常鎳鎘電池在應(yīng)用上都是拿來做反復(fù)充電與放電的周期性工作，電池的壽命是有限的，容量不可能一直保持而不下降，在一定的工作條件之下反復(fù)充放電之后，電池的容量會下降到額定容量的80%(或定義在60%)。此反復(fù)充放電的次數(shù)稱之為周期壽命，周期壽命越高表示該電池的使用壽命越長。有些電池的參考規(guī)格上面會標(biāo)明充放電周期，寫著放電深度多少時約多少次，意旨周期壽命。隨著充放電流、放電深度與其它充放條件的不同，周期壽命也隨著變化，尤其是使用大電流充放電時，一定會有壽命縮短的現(xiàn)象。現(xiàn)在的鎳鎘電池只要依照購買時廠商所附的說明正常地使用，通常都可以反復(fù)使用500次以上。

電池內(nèi)阻與電壓

電池是有內(nèi)阻的電壓源，可以視為是一個理想電壓源(沒有內(nèi)阻)串聯(lián)一電阻輸出。未接負(fù)載時電池兩端量到的端電壓就是理想電壓源的電壓，稱之為開路電壓，當(dāng)電池外接負(fù)載時，負(fù)載與內(nèi)阻串聯(lián)接到理想電壓源上，因此負(fù)載上所得到的分壓也就是電池的端電壓，會小于理想電壓源的電壓，稱之為閉路電壓。電池的內(nèi)阻越高則負(fù)載可分得的電壓就越小，因此理想的電池是沒有內(nèi)阻。

鎳鎘電池的內(nèi)部電阻非常的低，一般只有幾毫奧姆到數(shù)十毫奧姆左右，因此外接大小不同之負(fù)載時放電電壓還是很穩(wěn)定，放電電流曲線很平坦，可以做大電流放電使用。一般干電池內(nèi)阻動輒數(shù)奧姆，放電電壓不穩(wěn)定放電電流曲線不平坦，相較之下鎳鎘電池屬于特性較理想的電池。

自我放電

電池由于內(nèi)部會起化學(xué)反應(yīng)的關(guān)系，內(nèi)部會自我放電，雖未外接負(fù)載但是電池所儲存的電量會隨著時間而逐漸消失。自我放電的速度稱為自我放電率，周遭溫度越高時自我放電電流也越大。根據(jù)專家實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，鎳鎘電池在0℃時約三個月會放電20%使殘余容量剩下80%，在20℃時一個月約放電25%，三個月放電40%，若溫度越高45℃時，一個月就已經(jīng)放掉70%的容量了。因此，在夏天電池充飽電后只要短短幾天的時間，容量就剩下80%甚至50%了，難怪專家建議，最好的保存方法就是將電池密閉包裝妥當(dāng)后置于冰箱中冷藏(不能受潮)，不是沒有道理的。

連續(xù)放電與間歇放電

連續(xù)放電是指電池在放電過程中不中斷，持續(xù)放電直到電池的電壓降至放電終止電壓才停止，間歇放電則是指放電過程中電池與負(fù)載之間的電流通路斷斷續(xù)續(xù)，時而導(dǎo)通時而斷路，直到電池的電壓降至放電終止電壓為止。電池在放電過程中電壓會慢慢地持續(xù)下降，若過程中暫時停止放電則電壓會馬上上升回復(fù)到某一準(zhǔn)位才停止，若再繼續(xù)放電則電壓又從該準(zhǔn)位開始下降。

連續(xù)放電方式的實(shí)際放電時間與放電期間是相同的，而間歇放電的實(shí)際放電時間則是放電期間電流通路導(dǎo)通的時間片段累積和。比較相同容量的電池以兩種方式進(jìn)行放電時，在同樣的終止電壓下，由于電池電壓會回復(fù)的關(guān)系，間歇放電方式的實(shí)際放電時間會比連續(xù)放電的實(shí)際放電時間還長，且間歇放電方式所釋放的容量也比連續(xù)放電方式的放電容量還多。

一般的電池都有上述現(xiàn)象，使用大電流來放電時放電容量會無形中減少了許多，而使用間接放電方式會比連續(xù)放電方式多出更多容量，尤其當(dāng)電池外接重負(fù)載(負(fù)載電阻越小)時差異現(xiàn)象越是明顯。鎳鎘電池的內(nèi)阻小短路電流大放電曲線平坦特性佳，一般情況使用連續(xù)放電與間歇放電時容量差異不大，但是電動的馬達(dá)在由靜止開始運(yùn)轉(zhuǎn)啟動之際，阻抗非常的低是屬于重負(fù)載，電池的放電電流相當(dāng)?shù)拇螅g歇放電方式產(chǎn)生的效果就非常明顯了。

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)電動使用全自動射擊時，往往打沒幾百發(fā)電池就令人錯愕的沒電了，這與廣告上所號稱的可連續(xù)射擊1000發(fā)的吹噓差異甚遠(yuǎn)，不知是電池質(zhì)量不好還是怎樣，年紀(jì)輕輕的還沒被你摧殘就欲振乏力，或者開始懷疑電的mecabox內(nèi)部有問題。但是若您愿意嘗試克制一點(diǎn)不要那么興奮，盡量使用單發(fā)射擊而少用全自動胡亂掃射揮霍BB彈的話，您會發(fā)現(xiàn)您的電池還可以打個好幾百發(fā)沒問題，電池質(zhì)量好不好也可以從發(fā)射彈量來做比較客觀地的分析。

充電方式

鎳鎘電池若不以當(dāng)備用電源為用途，而是以反復(fù)性的充電和放電來使用時，根據(jù)電流的大小可以把電池的充電方式分為標(biāo)準(zhǔn)充電與急速充電(快充)兩種，標(biāo)準(zhǔn)充電是指參考電池額定容量以0.1C的電流，對電池作14~16小時的充電，也就是說充電容量大約是電池額定容量的1.5倍時可以將電池幾乎完全充飽。急速充電是使用較大的電流充電，并且在充電末期對電壓與電流加以控制防止過充電。急速充電的電流大小一般約在0.3C左右，使能夠在4~6小時完成充電，現(xiàn)在有些超急速型的電池，能以1.5C或更大電流做超急速充電，在不到一小時的極短時間內(nèi)完成充電動作。

一般型的鎳鎘電池若以快充方式來充時，產(chǎn)生的氣體無法快速吸收會嚴(yán)重的影響電池壽命，雖然標(biāo)準(zhǔn)充電方式耗時數(shù)小時，為了電池能用久一點(diǎn)好是遵照此方式來充比較好。快充型的電池是比較能能夠承受大電流，不過使用大電流充電對電池而言絕對是沒有好處，不同廠牌之電池的質(zhì)量良劣參差不齊，對使用者而言廠商標(biāo)榜的規(guī)格是否有夸大事實(shí)并無從得知，除非該電池之性能口碑值得信賴，否則時間不催促的話最好是以標(biāo)準(zhǔn)方式來充。

使用在急速充電里預(yù)防過充電的偵測方法，比較常見的有定電壓控制、溫度上升控制以及控制，或者三種方式混合使用。

定電壓控制

當(dāng)偵測到電池電壓上升到設(shè)定的電壓準(zhǔn)位時就停止充電。這種方式是最簡單的方式，只要根據(jù)電池特性知道電池的電壓上升曲線，就可以將偵測電壓設(shè)為最接近充飽時的準(zhǔn)位，不同款式的電池充飽時之電壓準(zhǔn)位不大一樣，新舊電池特性也不一樣，用此方法比較無法設(shè)定理想電壓。這種方式雖然簡單但也相當(dāng)危險(xiǎn)，前面說過溫度較高時電池電壓會降低，以大電流充電更是會提高電池溫度，如此電池有可能已經(jīng)充飽但是電壓卻尚未達(dá)到設(shè)定的準(zhǔn)位，且電池充飽后電壓不再上升而開始下降，如此的過充電后果相當(dāng)嚴(yán)重，若加上電池發(fā)生內(nèi)部短路充電器未具備保護(hù)電路時，一旦電流過大造成危險(xiǎn)后果不堪設(shè)想，因此在此方式進(jìn)行充電期間，使用者必須加以留意。

溫度上升控制

電池容量充到飽和時產(chǎn)生的氧氣會在陰極和鎘反應(yīng)產(chǎn)生氧化熱，電池的溫度會開始快速上升，利用此現(xiàn)象偵測到溫度到達(dá)某程度時既結(jié)束充電。在同樣的充電量下充電電流越大此上升的溫度也越高，因此若充電電流過大時，達(dá)到預(yù)定之溫度時電池可能尚未飽和，但是電流若太小，則氧化吸收快溫度就不會明顯上升，充電動作就會一直持續(xù)下去而不知終止。此外這種方式會受周遭溫度影響，無法判別電池的溫度是內(nèi)部自行產(chǎn)生的化學(xué)熱，還是由周遭環(huán)境引起的高溫而誤判，因此此方式在高溫的環(huán)境下會充電不足而低溫的環(huán)境會充電過度。

控制

充電時電池的電壓會隨著充電容量的增加而升高，當(dāng)充電容量達(dá)到飽和時，電壓上升到峰值，并轉(zhuǎn)而開始緩慢下降。利用此電壓下降的特性可以用來控制充電終止，待電壓下降幅度達(dá)到時即停止充電，通常1.2V的鎳鎘電池其下降幅度差不多會有20mV以上(實(shí)際之?dāng)?shù)據(jù)得參考電池規(guī)格)，在充電過程可以以電表明顯的觀察出來。電池電壓的充電曲線受到充電電流與溫度的影響，在同樣的充電容量下，電流越大或溫度越低時，電壓上升的幅度較大，下降的幅度也比較明顯。電流越小或溫度越高時，電壓上升的幅度較小，下降的幅度也較為平坦不易分辨。因此控制方式比較適用在急速充電的方式里，且為了避免溫度的影響使偵測失靈，通常配合溫度上升控制使用，以防止過充電。

鎳鎘電池若經(jīng)保存過久未使用，或者已經(jīng)日薄西山，那么初次再行充電的前幾分鐘，會發(fā)生電壓不但充上去且還往下降的情形然后再上升的情形，因而造成的誤判而終止充電。控制方式是較佳的控制方式，特性不同的電池仍能可利用的特性來對電池作完全充電，比較不用再擔(dān)心電壓控制設(shè)或溫度設(shè)定出問題而傷害電池。

目前許多高級的微電腦控制型充電器都是使用此種控制方式，且價(jià)格比一般充電器昂貴，有些雖然打著的名號，實(shí)際上其控制程序以及充電電路設(shè)計(jì)得并不怎好，對也往往有誤判的情形發(fā)生，不是將電池充到可以煎雞蛋，就是連充都還沒充到就罷工判斷電池已充飽，因此比較好的充電器除了增加溫度控制之外，再根據(jù)充電時間、電壓與電流的大小變化，計(jì)算出充電容量，并且判斷出是否電池真已達(dá)到飽和。

上述三種方式都是急速充電的方法，在充電終了后，基于電池會自我放電的特性，一般都是對電池繼續(xù)施以小電流的補(bǔ)充充電，以彌補(bǔ)電池的漏電電流，并且急速充電并不能保證一定能百分之百達(dá)到完全充電，以小電流繼續(xù)補(bǔ)充充電剛好能填補(bǔ)不足之容量。通常補(bǔ)充電流的大小約在C/20~C/40之間，一般充電器在使用急速充電模式對電池充電終止后，都是徑行進(jìn)入所謂的慢充模式，其實(shí)也就是以此小電流對電池繼續(xù)補(bǔ)充充電。在此模式下，微小的電流幾乎不會讓電池產(chǎn)生多少熱，也不會讓電壓有明顯的變化，因此充電器幾乎都是設(shè)計(jì)成一直施行補(bǔ)充充電而不會自動停止，雖然不還不至于對電池造成過充電，但是為了避免增加鎳結(jié)晶現(xiàn)象，使用者還是得斟酌補(bǔ)充充電的持續(xù)時間。

容量的估算

電池的容量估算方式很多種，每每總都脫離不了C=IxT的計(jì)算方式。電池放電時流過電池的電流大小為，是電池的端電壓，是負(fù)載電阻，電池的放電容量就是為，是時間。電池的電壓是隨著放電時間的長短而逐漸降低的，要估算出比較準(zhǔn)確的放電容量的方法，就是采用積分方式，從開始放電起到電壓降至終止電壓為止這段期間內(nèi)，每一個時間點(diǎn)上的電壓值換算成電流之后對時間積分起來，即可得到很準(zhǔn)確的放電容量。

因?yàn)殡姵氐姆烹娗€并非線性，且欲取得在每一時間點(diǎn)的電流變化來計(jì)算有困難，因此一般都是使用積分的近似估算方式，將時間細(xì)分成很多小時段，擷取每一個時段內(nèi)某一參考點(diǎn)的電壓值(或者該時段之平均電壓值)來當(dāng)作該時段的電壓值，每一時段各自計(jì)算其放電容量，再將每一時段的容量加起來就成了放電容量的近似值。時段切割得越細(xì)越準(zhǔn)確，但是要人工計(jì)算非常困難，因此只有具備微電腦處理能力的充電器才能做精密計(jì)算，而若要用手工計(jì)算可能以大時段計(jì)算出大略數(shù)值。

另一種比較簡單但是誤差較大的估算方式，是在放電期間內(nèi)任意選取幾個適當(dāng)?shù)臅r間點(diǎn)(包括放電啟始與終止)，以梯形面積的計(jì)算公式來計(jì)算，求取每一個時間點(diǎn)之間的放電容量之后，將整個放電期間各放電容量加起來即可得到粗略的放電容量了。

電動受制于身空間狹小的關(guān)系，只能擠得下體積較小電流額度也小的電池，要推動電動馬達(dá)這樣的重負(fù)載負(fù)荷相當(dāng)沉重，大電流縮短了鎳鎘電池的壽命降低了可容量，尤其友們喜歡把改得特別強(qiáng)，更換了更強(qiáng)的彈簧更是讓電池與馬達(dá)吃不消，在如此的摧殘下電池的耗損相當(dāng)?shù)貒?yán)重，往往充放電不到幾十次電池容量就下降到剩下不到50%了，短短期間下降范圍相當(dāng)?shù)拇蟆Ｒ虼瞬捎锰菪蚊娣e的計(jì)算方式，來對使用在電動的鎳鎘電池估算算是可以接受的了。

要測量電壓、電流以及電阻，最方便最簡單的工具就是三用電表，很多友為了了解自己的電池狀況都備有三用電表，平常除了做一般電氣量測之外，在電池充放電時也用來輔助充電器觀察電壓電流之變化，以隨時掌握過程求取最佳狀況。通常估算得到的值都只是個概略值，也會比理論上的容量還稍微少一些，但作為測量電池壽命的參考指標(biāo)已經(jīng)是綽綽有余了。

記憶效應(yīng)

鎳鎘電池放電時若不予以完全的放電，而是以特定的放電深度來重復(fù)地放電充電的話，那么在反復(fù)充放電幾次之后，因?yàn)槊看坞姵囟加袣堄嗳萘浚沟秒姵貢杏洃洭F(xiàn)象而將此放電終止電壓的值記憶住，當(dāng)電池不再只以此放電深度來放電時，電壓逐漸下降超過被記憶住的電壓值時，電池電壓會突然間崩潰性地急速下降很大的準(zhǔn)位，然后才又繼續(xù)慢慢地下降，這種現(xiàn)象稱為記憶效應(yīng)。