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我們在上一篇移動燈具選購指南從頭說起(光的度量衡篇)中,探討了什麼才叫做「好」的光,接下來,我們來談談移動燈具的心臟:電池。
「電電電電電電 電火王 王電火看著電火王毋知欲按怎展」——美秀集團・《電火王》
相較於傳統的插電式燈具,移動式燈具就像將通往自由的鑰匙交到你手中。不再受限於電源插座的位置,無論在家中的任何角落,都能為你提供所需的光線。這樣的自由感來自於移動燈具的心臟,也就是隱藏於燈具內的可充電電池,就和跑步ㄧ樣,越強韌的心臟,能夠帶你到越遠的地方。
現在市面上充電燈具的使用的可充電電池,大概有以下幾種:
鎳氫電池(NiMH, Nickel-Metal Hydride Battery)是目前常見的充電電池,型態多為3號、4號規格,通常用於家用電器,像是無線電話、數位相機、以及一些電動工具等。
相對於老祖宗鎳鎘(NiCd)電池,它具有更高的能量密度(可在相同體積或重量下儲存更多的能量),且不含有環保問題較大的鎘。於是在1989年問世之後,便迅速取代鎳鎘電池。
鎳氫電池的充放電效率很高,而且具有良好的循環壽命,可以承受上千次的充放電循環。但和鎳鎘電池不同,幾乎不會出現記憶效應,也就是說,不需要等到電池完全放電就可以重新充電。
只是,它的製造成本較高,且最大的一個缺點是自放電率較高,當不使用的時候,電池也會慢慢地失去其儲存的能量。
另外,因為3號、4號電池的電壓較小,需要以串聯的方式用幾個電池才能夠提供足夠的電壓以點量大瓦數的LED,因此,通常使用鎳氫電池的可充電式燈具的亮度都比較低。
(目前市面上的鎳氫電池多以3, 4號電池的形態出現)
鋰聚合物電池(Lithium Polymer, LiPo) 則是多用在行動電話、超薄型筆記型電腦上。
它的工作原理是鋰離子在充電過程中,從陽極移動到陰極;在放電過程(即電池在供電)中,鋰離子從陰極移回陽極。鋰離子移動時,會伴隨著一個電子的釋放,電池的充電與放電,便是透過鋰離子在正負極間可逆地嵌入與遷出完成。
鋰聚合物電池的通常使用半固態或膠狀聚合物電解質作為電芯,再以鋁塑膜包裝起來,這種特性使得鋰聚合物電池幾乎能夠被製成各種不規則形狀,達到更高的設計靈活性,所以才被廣泛應用於需要超小尺寸的裝置,譬如手機、或是超薄型筆記型電腦上面。
雖然鋰聚合物電池的能量密度通常高於傳統的鎳鎘電池和鎳氫電池,然而安全性是它最大疑慮,當過度充電或彎折造成短路時,就可能導致膨脹或起火。
新聞上手機、筆電的電池膨脹爆炸,便是因為使用此種聚合物電池,因此採購上需要更加注意電池特性。另外,他的充放電週期壽命通常也較下面說到的鋰離子電池短。
(大多數的鋰聚合物電池使以鋁塑膜的形態出現)
鋰離子電池(Lithium Ion, Li-ion Battery),不同於鋰聚合物電池是以膠狀的聚合物電解質作為電芯,鋰離子電池使用的是液態有機溶液,使得他的化學穩定性較鋰聚合物電池更好,也因此擁有較好的安全性和較長的壽命。
此外,即使在長時間未使用的情況下,鋰離子電池也能保持較高的電荷,因此,目前著名廠牌的電動車都是以鋰離子電池為動力來源。
(目前最常見的鋰離子電池,是以俗稱18650的規格出現,除了少數帶有正負極的接頭是可供消費者自行替換外,大多是以平頭的工業電池形態出現)
(Louis Poulson 的PANTHELLA PORTABLE 由於設計上的限制,採用的是鋰聚合物電池,台灣由居雅堂代理,目前售價$11200)
(IKEA的BETTORP桌燈,即採用需另購的鎳氫電池)
(Si Balcón 小陽台的全系列燈具,均採用通過UL1642認證標準的鋰離子電池,安全有保障且壽命超長。)
然而即使選擇了號稱配備鋰離子電池的充電燈具,仍需要非常小心的事情是,市面上流通著很多原先製造出來,預備要作為電動車電池組的鋰離子電池,因為未能夠通過電動車廠的品質檢驗,被退回原來的電池工廠,不肖的廠商便將這些次級品分離、重新包裝並作為新的電池出售。
有些直接流入了消費市場,有些則是進入了藍芽音箱、小家電、或是充電燈具的供應鏈中。
這是因為消費型態的改變,原先會站在消費者和製造商中間的品牌商或是政府機構,由於電商和網路市場快速發展而逐漸失能。因此,沒有專業能力判斷產品品質的一般消費者,便很容易買到這樣的次級品電池。
而且,這樣的電池次級品,由於被包覆在產品中,在外觀上消費者完全無法判別,就更增加了許多使用時的風險。
美國消費品安全委員會(Consumer Product Safety Commission、CPSC),在2021年刊出了公告,警告消費者不要購買或使用散裝的 18650 鋰離子電池。
「沒有適當保護、未安裝在設備中或作為整體電池一部分的可充電鋰電池(“鬆散電池”)在處理、運輸、存儲、充電或用於為設備供電時對消費者存在潛在危險。 具體來說,這些電池可能具有裸露的金屬正極和負極端子,當它們接觸金屬物體(例如鑰匙或口袋中的零錢)時可能會短路。 一旦短路,鬆散的電池就會過熱並發生熱失控,點燃電池內部材料並強行排出燃燒的內容物,導致火災、爆炸、嚴重傷害甚至死亡。
此外,如果消費者使用不合適的充電器進行超出電池規格的充電,鬆散的電池可能會發生熱失控。 不幸的是,越來越多的小型消費產品,例如電子煙設備、個人風扇、頭燈和一些玩具,正在使用鬆散的 18650 作為電源。 美國消費品安全委員會正在與包括 eBay 在內的電子商務網站合作,刪除銷售這些散裝電池的列表。」
(陽台編實拍:在劣質工廠中,工人正使用五顏六色,被電動車廠打下來的的次級品電池組裝充電燈具。真讓人心驚肉跳。現在你知道為什麼有些產品那麼便宜了吧⋯⋯)
隨著電池的普及和產品的微型化,製造商一直在尋求增加電池的工作時間,同時減少電池和它所驅動產品的尺寸和重量。這無可避免的導致了更高能量密度的電池化學組成。
高能量化學電池比傳統的可充電和不可充電電池更薄、更小、更輕並且能量更大,因此高能量密度的電池需要更好的安全系統,並在使用和處理時(無論是在產品內還是取出的時候)格外小心;電池必須與產品一起,按照其設計的使用方式和與充電器一起。作為一個系統,進行適當的測試。
前面提到的美國消費者產品安全委員會,就建議所有的廠商,在生產由電池驅動的產品時,要遵守適用的自願性標準;而尚未受到自願性標準規範的新零件和產品,應該要考慮以類似自願性標準的最佳實踐來進行設計;由電池驅動的產品,應該要以系統化的方式設計,包括處理「熱保護」、「充放電保護」,以及產品中的使用。最後,整個產品系統(包括電池單元、電池、充電器和產品),需要一起進行安全功能和適當條件的測試。
UL1642便是關於可充電電池的的自願性安全標準,由Underwriters Laboratories (UL)發布,它是一個全球性的獨立的安全科學公司。
UL 1642標準主要關注的是單元電池和電池組的安全,包括一次性和可充電的鋰電池。這個標準對電池的設計、生產和測試過程都有要求,以確保在正常使用和可能的濫用情況下的安全。標準涵蓋的測試項目包括:短路、過充、過放、高溫/低溫性能、機械濫用、衝擊、振動、加熱等等。
選用使用有通過UL1642標準測試電池的品牌廠商,應該是消費者最低限度保障自己使用安全的採購方式了。
(Si Balcón小陽台的充電燈具產品,除了使用UL1642電池,整燈也通過美國ETL安全標準測試認證,圖擷取自Puff仿生燭台的認證報告)
「愛 不可能持久 尤其當你開始懷疑我不愛你的時候」——ASOS・《愛不持久》
想像一下這個場景,城中最新的Speakeasy bar開張了,好不容易排隊進門拿到了Table,等了好久的特調雞尾酒端上桌,此時,桌上那盞創造低調神秘氛圍的小燈突然熄滅了,於是原本要說出口的話瞬間被打斷,而整晚的節奏就這樣亂掉了⋯⋯
若是在網路上搜尋行動電源時,首先跳出來的,就是各家廠牌在自己產品上標示的電池容量數字,這些數字是以通常以毫安培時(mAh)作為單位,毫安是電流單位安培(A)的千分之一,毫安時表示電池可以提供多少小時的毫安電流。
如果一顆行動電源的容量標示為2000mAh,那麼理論上,它可以提供2000毫安的電流流動一個小時,或者提供1000毫安的電流流動兩個小時。
換算到移動燈具上,便可以很容易的算出網站上標示的使用時間是否正確。通常燈具的輸出功率是以瓦數(W)作為單位,而一般的LED電壓是3.7伏特(V),所以若是要上述的的2000mAh行動電源,能夠點亮一款1W的LED多久,便可以利用計算電力的基本公式:功率=電壓 * 電流。計算出可以點亮7.4個小時。
2000mAh * 1000 = 2Ah
2Ah * 3.7V = 7.4Wh
7.4Wh / 1W = 7.4 h
功率( P )=電壓(U ) * 電流(I)
拿Si Balcón的Puff作為例子,在仿生蠟燭模式時的耗能是0.5瓦(W),以2000毫安時的電池容量計算,便是2000mAh(毫安培小時) x 1000 = 2Ah(安培小時),而Puff的驅動電壓是3.7V,
2000mAh * 1000 = 2Ah
2Ah x 3.7 V = 7.4 Wh
7.4wh / 0.5W = 14.8h
便得出當調到仿生蠟燭模式時,Puff能夠提供足足14.5小時的電力。
(Si Balcón小陽台的Puff仿生燭台,超長電力,讓頭家和老闆們不用擔心生意做到一半,店裡暗眠摸)
我們在這一篇提到了電池的相關規範,下一篇,我們就來仔細討論有關移動燈具的相關認證吧,請接著往下一篇:移動燈具選購指南從頭說起(認證篇)!