MAH並不是一個能量單位,它需要乘上當前的電壓才是真正的能量。一般電池都是1S單電芯,標準電壓相同的時候用MAH來比較容量是可行的。但是在電動模型以及電單車等等,多個電芯串聯,外觀封裝成一塊電池的情況下,光查看MAH並不能準確比較容量。

 

中文名

庫侖計

 

外文名

mAh

 

用途

電池容量的計量單位

 

應用

容量百分比、待機時間和通話時間

 

工作原理

與鋰離子電池的保護線路在一起

 

國際標準單位

電流乘以時間的安培秒

 

 

 

基本概念

mAh:電池容量的計量單位,實際就是電池中可以釋放為外部使用的電子的總數。折合物理上的標準的單位就是大家熟悉的庫侖。庫侖的國際標準單位為電流乘以時間的安培秒:

 

1mAh=0.001安培*3600=3.6安培秒=3.6庫侖

 

特別要注意的是,MAH並不是一個能量單位,它需要乘上當前的電壓才是真正的能量。一般電池都是1S單電芯,標準電壓相同的時候用MAH來比較容量是可行的。但是在電動模型以及電單車等等,多個電芯串聯,外觀封裝成一塊電池的情況下,光查看MAH並不能準確比較容量。比如倆個電芯串聯成2S 1000MAH,跟單個電芯1S 2000MAH,這裡不討論功率,實際容量其實是一樣的。

 

mAh不是標準單位,但是這個單位可以很方便的用於計量和計算。比如一顆900mAh的電池可以提供300mA恒流的持續3小時的供電能力。要想獲得鋰離子電池的電量使用的正確情況,只有用庫侖計。就像大家家裡面的水量計量用的水錶的作用原理,要計算流經的電荷的多少才能獲得鋰離子電池的電量使用情況。

 

如何得到流經的電荷量呢,就只有通過測試單位時間內回路流經的電流大小。如果測到的電流是恒定不變的,把測到的電流乘於時間就可以簡單的得到了電荷量了。這鐘情況一般只有實驗室裡面才能發生,通常用一個恒流來放電計算電池的容量,而且測到的容量也比較精確。如果測到的電流是隨時間變化的,那麼就需要對這個變化的電流進行積分才能得到電荷量,手機上的電池就是這種情況,電流隨時都在變化。

 

 

 

電流要如何測到呢?

 

簡單的講就是通過測量一個特定的電阻兩端的電壓(單位伏特V或毫伏mV),把電壓除於這個電阻的阻值(單位歐姆Ω或毫歐mΩ)就得到即時的電流值(單位是安培A或毫安培mA)了。

 

庫侖計

庫侖計工作原理

目前手機電池的容量計量(像愛立信手機電池),是在電池的保護線路上串聯了一個電量計量晶片,其中串聯的是一個集成的電阻,電阻值一般是20~30毫歐之間。

 

其基本原理是,晶片上集成了一個取樣電阻,當流過不同電流後產生不同的壓差,晶片就對這個電壓(實際轉換為電流)和時間進行積分,得到用戶使用時的正確電量(注意,電量的單位是mAh)

 

很多晶片可以實現這個功能,TI的,MAXIM的幾個半導體晶片公司均有類似產品出品.電池增加這個晶片後,成本提高,對手機也提出了"通訊"的要求.所以很多手機沒有這個功能。

 

那麼該晶片通過即時積分得到容量以後,把容量(單位是mAh)資料存儲在晶片的EEPROM中,並根據手機的需求,通過通訊線傳遞給手機.那麼手機就得到了這塊電池的準確容量。

 

庫侖計的晶片,即電量計量晶片是裝在手機電池裡面的,通常是與鋰離子電池的保護線路設計在一起。

 

在庫侖計晶片的記憶體裡面通常有如下的基本電池資訊

 

▲電池的初始容量(mAh),即額定容量,一個電池完全充放後得到的容量

 

▲電池的當前容量(mAh),處於使用狀態是的電池容量

 

▲當前流經的電流(mA),即手機的電流損耗

 

 

 

庫侖計簡單應用

但是一般手機不會顯示容量(比如"還有550mAh""剩下345mAh")這麼一個讓用戶不好理解的數值.

 

這裡就有兩種容量顯示方式,通過計算把容量mAh轉換成可以很好理解的另外一種單位.

 

1.容量百分比(單位是%)

 

每個電池都有一個初始容量或稱為額定容量.

 

把當前的電池容量除於額定容量就可以得到當前電池的容量百分比

 

一塊額定容量為600mAh的電池,如果當前電池容量只有456mAh,手機就顯示456/600=76%.

 

2.待機時間和通話時間(單位是時間:小時h)

 

手機本身根據自身的待機或通話電流損耗,會相應的內置一個計算公式,見這個容量轉換成使用者可以理解的待機時間和通話時間.

 

待機時間的計算公式就是:

 

電池的當前容量/當前流經的電流=待機時長

 

通話時間的計算公式就是

 

電池的當前容量/通話時平均電流=通話時長

 

庫侖計進階說明

電路

有兩種類型的設計電路來獲得電池的容量

 

一種是A/D模數轉換,通常是12位元精度,將電壓值轉換為12位元精度的16進制數位後乘於取樣的間隔時間.

 

一種是集成模式,利用RC積分電路來獲得電壓對時間的積分值.

 

兩者最終得到的都是電池的容量.

容量的歸依

電壓法那樣測一個電壓的時間非常短.不需要容量的歸一.

 

由於庫侖計的容量獲得必須是對時間的積分才能獲得.那麼要獲得該電池的額定容量,就必須對電池進行一次完全的充分才能得到正確的電池容量資訊.

 

在庫侖計的使用之初,廠家會賦予庫侖計一個電池的初始容量.但是每次使用不可能都是完全用光或完全充飽.所以經常的淺充淺放會積累容量的誤差.

 

所以必須定期對使用庫侖計的鋰離子電池進行完全充分的操作,使其重新獲得正確的電池額定容量.

 

 

 

額定容量的調整

鋰離子電池的實際容量會隨著迴圈的進行,可用容量會逐漸的衰減.如果庫侖計裡面保存的初始容量一成不變的話,肯定會導致容量顯示的錯誤.

 

比如初始容量是600mAh的電池,在100次迴圈以後,其實際容量已經變成500mAh了,如果在進行容量顯示是仍然按照600mAh這個數來計算的話,勢必造成電池永遠充不飽這個問題.

 

所以在庫侖計的裡面還有一個容量對使用次數調整的演算法,會根據電池迴圈次數調整其實際容量.

 

鋰離子電池的容量還會隨使用溫度的變化得到不同的可用容量.

 

比如在25度時,電池可以得到幾乎100%的可用容量

 

而在0度時,電池只能放出80%的可用容量.

 

如果不對容量進行溫度調整的話,勢必造成低溫環境使用時,明明顯示剩餘20%的容量,卻提前關機這個現象.

 

所以在庫侖計裡面還有一個容量對溫度調整的演算法,會根據電池的實際溫度進行可用容量調整.

 

 

 

電池標識碼

許多庫侖計晶片都順便集成了一個電池標識碼記錄區域.

 

它的作用是給手機電池標一個序號,這個序號是保存在晶片裡面的,利用與手機的通訊口傳遞給手機.手機驗證這個序號.如果是正確的就判斷為正品電池.如果序號驗證錯誤,手機就提示是非正品電池甚至拒絕工作.

 

不要小看庫侖計晶片,小小的一個晶片,不但要進行高精度的電量計量,還要進行複雜的運算調整.而且 還要與主機(手機)進行通訊聯繫. 有關庫侖計在手機上使用的現象解釋

 

上面詳細的介紹了庫侖計晶片本身的工作原理.

 

但是作為一個面向使用者的應用,得到容量(mAh)這個資料是遠遠不夠的.那麼如何把容量轉換成為待機時間就是手機的軟體的工作了.

 

注意,當前流經的電流是個非常沒有規律的值.顯而易見,許多因素影響了這個電流.

 

 

當地的信號強度,會影響手機的待機電流

手機附加功能,比如藍牙功能,紅外功能會增加或改變待機電流

手機背光(操作手機時),會大大的增大待機電流.

 

這些影響因素會導致以下這個待機時間計算公式出現偏差

 

▲電池的當前容量/當前流經的電流=待機時長

 

如果待機電流穩定不變或變化很小的話,這個待機時間就會起到很好的計算作用

這就是為什麼手機固定放置在一個地方,待機時間很准的原因

當地信號的好壞也直接的影響手機的待機時間顯示。

 

本來在A地顯示180個小時待機的同一個手機拿到B地馬上就變成了240個小時待機。這是因為計算公式的分母變化了。

 

但是待機時間的變化和強烈反差的出現並不是說電池出現了問題,實際其電池的容量還是沒有變化的.這個也並不能用來說明是電池不好的原因。

 

 

雖然鋰離子電池沒有記憶效應,不需要專門的放電處理,不需要充飽電池就可以使用,這並不影響鋰離子電池的性能發揮。

 

但是,對於正在使用配備庫侖計電池的手機用戶,有一點必須強調:

 

請您定期的對你所用的電池進行一次完全的充放,以便庫侖計進行容量調整和歸一化的進行.確保庫侖計一直工作在最佳狀態。

 

 

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