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mAh(电池容量的计量单位) 发布于:

mAh并不是一个能量单位,它需要乘上当前的电压才是真正的能量。一般电池都是1S单电芯,标准电压相同的时候用mAh来比较容量是可行的。但是在电动模型以及电单车等等,多个电芯串联,外观封装成一块电池的情况下,光查看mAh并不能准确比较容量。

mAh:电池容量的计量单位,实际就是电池中可以释放为外部使用的电子的总数。折合物理上的标准的单位就是大家熟悉的库仑。库仑的国际标准单位为电流乘以时间的安培秒:

1mAh=0.001A×3600s=3.6As=3.6库仑

mAh不是标准单位,但是这个单位可以很方便的用于计量和计算。比如一颗900mAh的电池可以提供300mA恒流的持续3小时的供电能力。要想获得锂离子电池的电量使用的正确情况,只有用库仑计。就像大家家里面的水量计量用的水表的作用原理,要计算流经的电荷的多少才能获得锂离子电池的电量使用情况。

如何得到流经的电荷量呢,就只有通过测试单位时间内回路流经的电流大小。如果测到的电流是恒定不变的,把测到的电流乘于时间就可以简单的得到了电荷量了。这种情况一般只有实验室里面才能发生,通常用一个恒流来放电计算电池的容量,而且测到的容量也比较精确。如果测到的电流是随时间变化的,那么就需要对这个变化的电流进行积分才能得到电荷量,手机上的电池就是这种情况,电流随时都在变化。

电流要如何测到呢?

简单的讲就是通过测量一个特定的电阻两端的电压(单位伏特V或毫伏mV),把电压除于这个电阻的阻值(单位欧姆Ω或毫欧mΩ)就得到即时的电流值(单位是安培A或毫安mA)了。

目前手机电池的容量计量(像爱立信手机电池),是在电池的保护线路上串联了一个电量计量芯片,其中串联的是一个集成的电阻,电阻值一般是20~30毫欧之间。

其基本原理是,芯片上集成了一个取样电阻,当流过不同电流后产生不同的压差,芯片就对这个电压(实际转换为电流)和时间进行积分,得到用户使用时的正确电量(注意,电量的单位是mAh)。

很多芯片可以实现这个功能,TI的,MAXIM的几个半导体芯片公司均有类似产品出品.电池增加这个芯片后,成本提高,对手机也提出了"通讯"的要求.所以很多手机没有这个功能。

那么该芯片通过实时积分得到容量以后,把容量(单位是mAh)数据存储在芯片的EEPROM中,并根据手机的需求,通过通讯线传递给手机.那么手机就得到了这块电池的准确容量。

库仑计的芯片,即电量计量芯片是装在手机电池里面的,通常是与锂离子电池的保护线路设计在一起。

在库仑计芯片的存储器里面通常有如下的基本电池信息:

▲电池的初始容量(mAh),即额定容量,一个电池完全充放后得到的容量。

▲电池的当前容量(mAh),处于使用状态时的电池容量。

▲当前流经的电流(mA),即手机的电流损耗。

但是一般手机不会显示容量(比如"还有550mAh"或"剩下345mAh")这么一个让用户不好理解的数值。

这里就有两种容量显示方式,通过计算把容量mAh转换成可以很好理解的另外一种单位。

1.容量百分比(单位是%)

每个电池都有一个初始容量或称为额定容量。

把当前的电池容量除以额定容量就可以得到当前电池的容量百分比。

一块额定容量为600mAh的电池,如果当前电池容量只有456mAh,手机就显示456/600=76%。

2.待机时间和通话时间(单位是时间:小时h)

手机本身根据自身的待机或通话电流损耗,会相应的内置一个计算公式,见这个容量转换成用户可以理解的待机时间和通话时间。

待机时间的计算公式就是:

电池的当前容量/当前流经的电流=待机时长

通话时间的计算公式就是:

电池的当前容量/通话时平均电流=通话时长

有两种类型的设计电路来获得电池的容量。

一种是A/D模数转换,通常是12位精度,将电压值转换为12位精度的16进制数字后乘于取样的间隔时间。

一种是集成模式,利用RC积分电路来获得电压对时间的积分值。

两者最终得到的都是电池的容量。

电压法那样测一个电压的时间非常短.不需要容量的归一。

由于库仑计的容量获得必须是对时间的积分才能获得.那么要获得该电池的额定容量,就必须对电池进行一次完全的充放才能得到正确的电池容量信息。

在库仑计的使用之初,厂家会赋予库仑计一个电池的初始容量.但是每次使用不可能都是完全用光或完全充饱.所以经常的浅充浅放会积累容量的误差。

所以必须定期对使用库仑计的锂离子电池进行完全充放的操作,使其重新获得正确的电池额定容量。

锂离子电池的实际容量会随着循环的进行,可用容量会逐渐的衰减.如果库仑计里面保存的初始容量一成不变的话,肯定会导致容量显示的错误。

比如初始容量是600mAh的电池,在100次循环以后,其实际容量已经变成500mAh了,如果在进行容量显示是仍然按照600mAh这个数来计算的话,势必造成电池永远充不饱这个问题。

所以在库仑计的里面还有一个容量对使用次数调整的算法,会根据电池循环次数调整其实际容量。

锂离子电池的容量还会随使用温度的变化得到不同的可用容量。

比如在25度时,电池可以得到几乎100%的可用容量。

而在0度时,电池只能放出80%的可用容量。

如果不对容量进行温度调整的话,势必造成低温环境使用时,明明显示剩余20%的容量,却提前关机这个现象。

所以在库仑计里面还有一个容量对温度调整的算法,会根据电池的实际温度进行可用容量调整。

许多库仑计芯片都顺便集成了一个电池标识码记录区域。

它的作用是给手机电池标一个序列号,这个序列号是保存在芯片里面的,利用与手机的通讯口传递给手机.手机验证这个序列号.如果是正确的就判断为正品电池.如果序列号验证错误,手机就提示是非正品电池甚至拒绝工作。

不要小看库仑计芯片,小小的一个芯片,不但要进行高精度的电量计量,还要进行复杂的运算调整.而且 还要与主机(手机)进行通讯联系。有关库仑计在手机上使用的现象解释。

上面详细的介绍了库仑计芯片本身的工作原理。

但是作为一个面向用户的应用,得到容量(mAh)这个数据是远远不够的.那么如何把容量转换成为待机时间就是手机的软件的工作了。

手机通过通讯,获得如下信息:

▲电池的初始容量(mAh),即额定容量,一个电池完全充放后得到的容量。

▲电池的当前容量(mAh),处于使用状态是的电池容量。

▲当前流经的电流(mA),即手机的电流损耗。

注意,当前流经的电流是个非常没有规律的值.显而易见,许多因素影响了这个电流。

当地的信号强度,会影响手机的待机电流。

手机附加功能,比如蓝牙功能,红外功能会增加或改变待机电流。

手机背光(操作手机时),会大大的增大待机电流。

这些影响因素会导致以下这个待机时间计算公式出现偏差。

▲电池的当前容量/当前流经的电流=待机时长。

如果待机电流稳定不变或变化很小的话,这个待机时间就会起到很好的计算作用。

这就是为什么手机固定放置在一个地方,待机时间很准的原因。

当地信号的好坏也直接的影响手机的待机时间显示。

本来在A地显示180个小时待机的同一个手机拿到B地马上就变成了240个小时待机。这是因为计算公式的分母变化了。

但是待机时间的变化和强烈反差的出现并不是说电池出现了问题,实际其电池的容量还是没有变化的.这个也并不能用来说明是电池不好的原因。

虽然锂离子电池没有记忆效应,不需要专门的放电处理,不需要充饱电池就可以使用,这并不影响锂离子电池的性能发挥。

但是,对于正在使用配备库仑计电池的手机用户,有一点必须强调:

请您定期的对你所用的电池进行一次完全的充放,以便库仑计进行容量调整和归一化的进行.确保库仑计一直工作在最佳状态。


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