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1、一个图：读懂锂电池电池容量怎么回事 导读导读：现在好多关注锂电池放电的人现在好多关注锂电池放电的人，都有这样的体会都有这样的体会，就是当锂电池从充满电压就是当锂电池从充满电压 4.2V4.2V 放放 电到电到 3.7V3.7V 时时，时间很长时间很长，但一旦过了但一旦过了 3.7V3.7V 就放电很快了就放电很快了，没错没错，确实这样确实这样。下面翻阅一下面翻阅一 些锂电池的一些资料些锂电池的一些资料，给大家做一个总结给大家做一个总结。 我们现在设计电子产品， 很多时候也用锂电池供电， 同手机或者平板电脑用锂电池供电 一样， 熟悉了解锂电池容量的学问， 也许对使用和设计锂电池供电包括设计电池充
2、电器来说， 很有必要。 现在好多关注锂电池放电的人，都有这样的体会，就是当锂电池从充满电压 4.2V 放电 到 3.7V 时，时间很长，但一旦过了 3.7V 就放电很快了，没错，确实这样。下面翻阅一些锂 电池的一些资料，给大家做一个总结。 一一、先说一下电池的放电平台先说一下电池的放电平台，就是指充满电的锂电池在放电时就是指充满电的锂电池在放电时，电池的电压变化状电池的电压变化状 态态。 电池恒流放电，电池电压要经历三个过程，即下降、稳定、再下降，在这三个过程中， 稳定期是最长的。稳定时间越长，说明电池的放电平台越高。放电平台的高低，与电池制造 工艺息息相关。就是因为各个锂电池厂家的市场定位不
3、一样，技术工艺手段不同，其控制的 放电平台就不一样，质量也就有很大差别。 一般地，一节 18650 的锂电池满电压 4.2V，当用 1C 的电流放电放到 3.7V，放了 60 分 钟，那么我们就说电池的使用容量是 2200mAh，在这段时间里 根据充电电池特性，做出一 个图如下，可以更好理解电池容量和电压电流时间与放电平台关系： 锂电池电池容量与放电平台理解示意图 容量容量（C C）= =放电电流放电电流电池放电平台时间电池放电平台时间 对于 1 节容量为 2200mAh 的 18650 锂电池来说，1C 放电到 3.7V 用时 1 小时， 容量（C）=2200mA1 小时=2200mAh 那
4、么问题就来了，对于好一点的锂电池，一般在我们做产品测试时会在 3.7V 以后电压 下降的很快， 那么在短时间内放的电量就很少。 相反不好的电池在 4.2V 到 3.7V 放电的时候， 电压下降的很快，而在 3.7V 以后电压又下降的有很慢，这种电池是性能不好的一般容量也 非常低。那么好的锂电池的放电平台就是 3.7V。 就一般而言，在恒压条件下，充到电压为 4.2V，电流小于 0.01C 时停充电，然后搁置 10 分钟，在任何倍率的放电电流下，放电至 3.7V 时，电池放电所经历的一个时间长度，是 衡量电池好坏的重要指标。不过，不要一味地追求高平台，有时候平台电压高，容量却下降 了，因为，不同
5、倍率条件下，平台电压是不同的，因此，平台的问题应从多方考虑。既要容既要容 量高量高，又要在指定电压持续时间长又要在指定电压持续时间长，才算真正的好电池才算真正的好电池。 什么又是放电率的呢什么又是放电率的呢？ 放电率放电率 F：1/时，意思是“N 小时充（放）电率，常常只说“数”，而不说单位；F 也 称做 “N 小时充（放）电率”，F =1/（N 小时）， 一般可以这样计算：I=0.11/（N 小时）C 举例，电池容量时 2200mAh，以 0.1C 的电流充电，相当于明确： 对电池的充电电流 I=0.1 1/时2200毫安时=220毫安 借助上面的锂电池电池容量与放电平台理解示意图， 能比较
6、好的理解充电电池容量和电 池的放电平台的道理， 也可以说是衡量电池高功率的工作时间， 同样两个电池容量是相同的， 充满电后假设同时从 4.2V 放到 3.7V，但是一个时间长，一个时间短，就是时间长的电池平 台高，就是高电压的时间工作时间长，比如这两个电池用在手机上，待机时间是相同的，但 两个手机一起打电话，平台时间长的电池通知时间会长，平台时间短的电池通话时间会短 二二、对于这个图对于这个图，另一个含义另一个含义，对理解锂电池的电量管理监测也很有意义对理解锂电池的电量管理监测也很有意义。 比如，目前，对充电电池进行电量监控方法，一般有两种。 测量电池电压方法。 当充电器在充电时检测电池电压，
7、 当电压达到规定电压值时就认为 充满。如锂电池的电压充到 4.2V 时就认为充满。检测电压的电压表精度要达到正负 1%的精 度。因锂电池过充电要损坏。如果想监视电池充放电的话，书上有很成熟的电路可以参考， 如果只是测量一下的话那就好办了，根据容量计算一下负载电阻，用标准放电电流放电，这 时再检测电压，只要能达到或接近标称的放电时间就行。 测量电池电压这种方法， 有很多不足例如对于不同厂商生产的电池， 其开路电压与容量 之间的关系各不相同等。优点是设计成本比较低。 还有一个常用的监测剩余电量的方法是， 在一些要求比较精确电池容量的地方， 了解电 池剩余容量用估算电池使用时间，通过测量流入/流出电
8、池的净电荷来估算电池剩余容量。 对流入/流出电池的总电流进行积分，也就是求图中曲线下的面积，得到的净电荷数即为剩 余容量。 这就电池容量计算的方法是目前认为是比较精确的计算电池电量的方法。 当然设计 成本也是比较高的。 关于锂电池电压与容量百分比 1.1.新电池的电压对容量的关系新电池的电压对容量的关系 测试对象测试对象: :国产和日产电芯各一种(都是主流电芯生产商), 为避免不必要的纠纷, 所有资料 中均不明写电芯厂家. 下同. 测试方法测试方法: : 1K 电阻恒阻放电(此时对应的放电电流非常符合目前手机 35mA 的待机电流) 数据处理方法数据处理方法: : 积分(详细步骤不做陈述),得
9、到电压和容量百分比关系图. 为便于查看, 提供表格一份: 以上数据基本能代表目前主流锂离子电芯的待机电压对容量的关系. 注意对象是新电池, 不是使用了 1 年多的电池. 一般情况下 50 次左右的循环电池容量 和放电平台不会有太大的改变,均可以利用上述数据. 2.2.使用后的电池的情况使用后的电池的情况. . 许多人都会偶尔关心一下电池会不会老化, 老化后性能如何.这里贴上一个图, 就一目 了然了. 测试对象测试对象: :一块使用 1 年半的国产电芯, 和没有使用过的国产电芯和日产电芯各一块.其中 国产电芯标称 950mAh.日产电芯标称 1000mAh. 测试方法测试方法: :500mA 恒
10、流放电(此电流比较接近极限通话平均电流),红色曲线就是那块使用过 的电池的表现.对于这块使用过的电芯,可以得到如下几个结论 -电池的真实容量(对应放电到 2.75V 的容量)仍然满足要求, 达 930 多 mAh.国标要求能达 到标称的 70%就还算合格. 与其同初始容量(蓝色曲线)相比, 真实容量降低了将近 100mAh(10%左右) -电池的放电平台明显降低.随之带来电量显示的不准. -电池的实际可用容量大大的降低. 以 3.3V 截止电压进行评估(此电压一般是手机通话状 态的强行关机电压),新电芯有超过 950mAh 的可用容量, 而旧电池仅 700 多 mAh.剩下的 200 多 mA
11、h(20%多)的容量就无法利用起来了. 3.3.手机电池电量格数的定义手机电池电量格数的定义 一般手机设计待机电量时, 比如有4格5档(4-3-2-1-0)的电量指示.设计者不会把我上 面提到的新电池的电压对容量关系进行均分,取 75%-50%-25%-0%这样进行电压划分. 因为 要考虑到电池使用一段时间(比如 1 年)后, 其放电平台会降低,上述的比例肯定会失调. 所以厂家会考虑一点点这方面的余量.以新电池的 60%-40%-20%-5%这样的比例进行设 计.即 4.20V3.90V 满格 3.90V3.80V 三格 3.80V3.72V 两格 3.72V3.65V 一格 3.65 以下，低电压告警。 虽然在使用新电池时, 第一格会待机比较长的时间, 最后一格待机比较短. 但是当这 个电池使用个一年半载后, 其容量分布就比较接近均分的情况.以上数据仅供参考, 并不代 表哪家的手机设计.
