檢測設備電池設計藝術

2026 年 6 月 5 日

範浩博士

技術總監，擁有20年鋰電池研發設計經驗，精通電池結構優化、性能提升及安全技術，在高能量密度電池、防爆電池、長壽命電池開發方面擁有豐富的實際項目經驗，參與並領導了多個大型電池研發及產業化項目。

設計優質電池是確保檢測設備有效運作的關鍵。先進的偵測方法，例如X光和CT掃描，可以發現電極錯位等問題。這有助於避免代價高昂的召回，並提高設備的安全性。儘早與優秀的電池設計人員合作可以節省成本。客製化鋰電池組良好的充電習慣為業界樹立了新的標準。

關鍵要點

電池設計要從周密的計畫開始。儘早諮詢電池專家，這可以節省成本，避免日後昂貴的更改。選擇最適合您設備的電芯化學成分。磷酸鐵鋰電池 (LiFePO4) 安全性高，壽命長。如果您需要均衡的性能，鎳鉻合金 (NMC) 電池是不錯的選擇。使用智慧電池管理系統可以提高電池安全性。這些系統會檢查電池健康狀況，並防止過充等問題。

第一部分：檢測設備的電池設計要素

1.1 電池組架構

你應該從一開始就建立一個強大的電池組架構。儘早與電池設計師溝通，有助於你了解自身需求，並確定合適的元件數量。這可以節省製造成本，並避免日後昂貴的變更。許多專案失敗的原因在於團隊忽略了標準制定或電池的複雜性。從一開始就讓電池專家加入你的團隊，可以有效避免這些問題。

一個好的電池組由幾個重要零件組成。下表列出了您應該考慮的主要事項：

組件類型	產品說明
電解質和分離器系統	選擇能夠讓電流流通並維持穩定的電解液。確保隔膜堅固耐用且能耐高溫。
單元結構與形式	根據您的需求，選擇圓柱形、棱柱形或軟包電池。為了獲得更好的能量效率和安全性，請選擇堆疊式或捲繞式電池。
熱管理與安全	採取散熱措施，並添加安全裝置以防止過熱和壓力過大。
機械和結構完整性	確保設計能夠承受膨脹，密封性好，並且模組之間能夠完美契合。
電池模組和電池組設計	了解電芯、模組和電池組如何協同工作。電芯到電池組的一體化技術可以提供更高的能量密度，並減少零件的使用。

您還應該考慮使用分散式電池組。這種方案可以將故障集中在一個電池組內，因此單一故障不會導致整個系統停止運作。這使得設備更安全、更可靠，尤其適用於醫療設備或機器人。

電池管理系統（BMS）對安全性和可靠性至關重要。它們能夠發現問題並檢查絕緣電阻。如果發生故障，BMS可以關閉電池組，以保障人員安全並防止損壞。

1.2 細胞選擇與化學

選擇合適的電芯化學成分是電池設計的重要組成部分。你需要考慮以下幾點：

能量密度
放電率
溫度範圍
安全指引
具體用例
與您的系統相容

你還應該確保每次都以相同的方式製作細胞。這可以減少錯誤，保證安全。

不同的鋰電池化學體系各有優勢。下表列出了一些檢測設備中常用的鋰電池：

化學	平台電壓（V）	能量密度 (Wh/kg)	循環壽命（循環）	主要特點和應用
LCO（LiCoO2）	3.7	150-200	500-1,000	能量密度高；常用於消費性電子產品，但循環壽命有限，工業用途安全性不高。
NMC（LiNiMnCoO2）	3.7	180-220	1,000-2,000	性能均衡；常見於醫療、機器人和安防系統。
磷酸鐵鋰	3.2	90-140	2,000-4,000	具有優異的安全性和熱穩定性；是工業和基礎設施應用的理想選擇。
LMO（LiMn2O4）	3.7	100-150	500-1,000	功率輸出良好；用於電動工具和一些醫療設備。
固體狀態	3.2-3.7	250-350	2,000+	安全性高，使用壽命長；正在先進醫療和工業設備領域嶄露頭角。
鋰金屬	3.4-3.7	350+	500-1,000	能量密度極高；目前仍處於研發階段，尚未應用於大多數商用檢測設備。

你需要根據專案需求選擇合適的電池化學成分。例如，磷酸鐵鋰電池（LiFePO4）安全耐用，非常適合工業應用。 NMC 和 NCA 電池則適用於需要經常充電的項目。 LCO 電池常用於電子產品，但其安全性可能不足以用於醫療或工業用途。

1.3 智慧管理系統

智慧管理系統定制鋰電池這些系統更安全、更有效率。它們能夠監控電池電量、控制溫度並增加安全功能。主要功能如下：

電池監控：檢查電壓、電流和溫度，以確保安全。
熱管理：控制高功率應用中的熱。
安全機制：利用即時資料阻止危險問題。

客製化的電池管理系統 (BMS) 設計有助於您遵守行業規則和標準，還能幫助您的產品通過嚴格的安全測試，並開拓新市場。

下表顯示了智慧管理系統如何保護電池：

安全功能	產品說明
過充保護	當電壓夠高時停止充電。
過度放電	防止電池電壓低於安全電壓。
短路保護	尋找並阻止短路，避免造成傷害。
熱管理	監視並控制熱量，以防止過熱和熱失控。

配備智慧型系統的客製化鋰電池組的功能遠不止基本的安全防護。它們還包括：

即時監測每個電池的電壓和溫度。
平衡電池組，延長電池續航力。
電氣和機械安全，例如洩壓裝置。
仔細進行電氣、熱和機械安全測試。

您還需要考慮相關規定。例如，UN 38.3 和 IEC 62133-2 等標準要求進行電氣、機械和熱測試。儘早了解這些規定有助於您避免昂貴的變更，並確保您遵守法規。

小提示: 儘早與電池設計人員合作，有助於您製造出更優質的電池，節省成本，並符合行業規範。這最終將帶來更安全、更可靠的檢測設備，應用於醫療、機器人、安防和工業領域。

第二部分：檢測技術與品質控制

2.1 電池組的常見缺陷

了解電池組的缺陷至關重要。這些問題會導致檢測設備無法正常運作，甚至造成安全隱患。有些缺陷在電池製造過程中就已存在，但會在後期才顯現出來。而另一些問題則會立即出現。

下表列出了最常見的缺陷：

缺陷類型	產品說明
潛在缺陷	從一開始就存在，但在運行過程中激活，例如金屬顆粒污染物。
功能性故障	由機械故障或污染問題引起，導致開路或短路故障。
典型製造缺陷	團聚體、塗層裂痕、污染、微壓痕、泥裂、針孔、滑移、條紋。

您可能會遇到以下這些製造缺陷：

凝聚
塗層裂紋
污染
微壓縮
泥裂
針孔
滑
Stripe

潛在缺陷會導致電池內部短路，進而引發熱失控，造成火災或爆炸。這些問題可能在電池使用後才會被發現，因此難以及時發現。功能性故障和安全事故是電池面臨的重大風險，而製造缺陷會增加這些問題發生的機率。

您可以透過使用以下方式降低風險：安全步驟以及更先進的檢測工具。這些措施有助於您在問題惡化之前發現並解決問題。非破壞性測試無損檢測 (NDT) 可讓您在不損壞電池零件的情況下進行檢查。這可以確保您的檢測設備安全可靠地運作。

2.2 CT 和 X 光檢測方法

您可以使用CT和X射線斷層掃描來檢查電池組內部的缺陷。這些方法不會損壞電池，因此您可以在發貨前對每個電池組進行測試。

下表解釋了主要的成像類型：

影像類型	產品說明	優點
二維X射線	傳統方法提供電池組件的平面圖像。	對內部結構的探測能力有限。
三維CT	先進方法，可提供整個電池單元的體積資料。	對陽極-陰極懸垂和顆粒污染等內部缺陷進行全面分析。

高能量X射線穿過電池，顯示其內部結構。不同的材料對X射線的阻擋方式不同。這有助於你看到從外部無法看到的細節。這些圖像可以幫助你檢查電池品質並發現缺陷。

您可以使用 3D CT 來發現諸如電極翹曲和分層等問題。這些問題會降低電池效能，甚至導致電池失效。 CT 掃描可以顯示電池內部結構，因此您可以觀察鋰離子是否移動順暢。如果發現分層區域，您可以在產品出貨前修復問題。

專家表示，CT 和 X 光斷層掃描可以提供電池健康狀況和使用年限的關鍵資訊。這些工具可以幫助您發現影響電池壽命的變化。與 2D X 光相比，3D CT 還能降低誤報率。這意味著您可以減少浪費，節省金錢。

借助機器視覺和人工智慧，您可以更有效地進行檢測。這些工具可以幫助您識別缺陷並快速做出決策。線上和離線檢測，以及智慧分析，可協助您及早進行品質管理。您可以使用即時儀表板查看結果並立即調整流程。

電池製造中的無損檢測需要使用先進的檢測工具，例如X射線斷層掃描技術。這些工具可以幫助您及早發現內部問題，這一點至關重要，因為鋰離子電池結構複雜。您可以在不損壞電池的情況下進行檢測，從而減少浪費並提高工作效率。

2.3 固態電池及充電方法

使用固態電池並養成良好的充電習慣可以提升檢測設備的效能。固態電池相比鋰離子電池具有諸多優勢。

下表比較了固態電池和鋰離子電池：

獨特之處	固態電池	鋰離子電池
能量密度	由於採用鋰金屬負極，電壓更高。	由於石墨陽極，成本較低
安全指引	降低熱失控和火災風險	易發生枝晶形成和熱失控
熱穩定性	增強熱穩定性	更低的熱阻

固態電池內部不含易燃液體，因此發生火災和爆炸的可能性較低。它們可用於無人機等設備。更高的能量密度意味著可以在更小的空間內儲存更多電能，這有助於製造更小更輕的檢測設備。

但固態電池目前還不具備大規模生產的條件。它們的製造成本很高，而且很難製造出持久的固態電解質。隨著工廠產量的增加，這些電池的價格將會下降。

為了保持鋰電池的健康狀態，請遵循 80/20 法則。將電池充電至 80% 左右，不要讓電量低於 20%。這可以降低電池的壓力，延長其使用壽命。對於需要穩定電源的檢測設備而言，這一點尤其重要。

您還可以透過改進檢驗和品質控制來保護地球。這些措施可以減少浪費，並提高工廠的營運效率。如需了解更多環保信息，請參閱… 我們的可持續發展方法如果您想了解衝突礦產，請訪問我們的衝突礦物聲明.

小提示: 透過使用智慧技術，您可以使電池更安全、更好。 電池設計先進的檢測工具和良好的充電習慣，有助於您符合業界規範，並製造出可靠的檢測設備。

你做檢查設備智慧電池設計和良好的檢測工具能帶來更佳的使用體驗。客製化鋰電池組使用壽命更長，運作更安全，性能穩定，維護更方便。將電量保持在 20% 到 80% 之間有助於延長電池壽命。試試以下技巧，獲得更佳效果：

推薦	產品說明
實施無損檢測技術	使用 X 光和 CT 掃描來檢查缺陷，而無需拆卸零件。
早期缺陷檢測	在生產過程中引入檢測工具，以便及早發現問題並防止召回。
優化生產	利用檢測數據改善生產製造，減少浪費。
投資人工智慧和軟體	實現測量和報告自動化，以便檢查員專注於重要工作。
訓練人員	教導工人使用檢測工具並了解檢測結果。

客製化鋰電池組使用壽命更長，更換次數更少。
在實際應用中，性能穩定可靠。
模組化設計使維修和保養更加安全。
將電量保持在 20% 到 80% 之間，以降低電池壓力。
為了延長電池壽命，請勿讓電池完全放電或過度充電。
使用適合電池需求的充電器。

透過使用智慧電池設計、先進的檢測工具和良好的充電習慣，您可以提高檢測設備的標準。

常見問題

3.1 檢測設備應選擇哪一種鋰電池化學成分？

化學	能量密度 (Wh/kg)	循環壽命（循環）	主要優勢
磷酸鐵鋰	90-140	2,000-4,000	安全性高、壽命長
NMC	180-220	1,000-2,000	平衡性能
液態二氧化碳	150-200	500-1,000	高能量密度
改性活生物體	100-150	500-1,000	良好的功率輸出