什么是电池的额定容量？

时间： 2024-06-18 来源：是德科技 Keysight Technologies知乎

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确定手机和移动设备电池允许时间的的一个关键步骤，就说是验证电池的容量和额定能量。

如果您只根据制造商的技术资料确定手机的运行时间，而不具体验证电池的容量和额定能量，您的结果一定不精确。电池的标称容量通常以理想条件为基础，代表可从电池获得的最大电量。但事实是，在应用中进行验证时，实际容量最终都小于标称容量。

电池容量与电池额定能量的区别

电池容量是电池规定拥有的以安时 (Ah) 或毫安时 (mAh) 表示的电容量。这与电池的额定能量不同，额定能量的单位是瓦特小时 (Wh)。通过将电池容量 (Ah) 乘以标称的额定电压 (V)，您可以确定额定能量。对于移动设备的运行时间来说，电池的实际能量比电池的容量更重要，因此对这个两个值进行验证是非常重要的。

温度和电池寿命也会影响从电池获得电量，因此，要确定移动设备的运行时间，您还需要考虑这些因素。

验证电池的标称容量和额定能量需要在精密的控制条件下，精确地记录电压和电流。

对于充电电池来说，在充电和放电条件下，极小的差异都可导致电池电容和能量出现巨大差异。因此，精确地复制和控制所有条件以获得良好的测量结果非常重要。一个关键条件是放电速率，通常表述为一定 AH 额定容量比例 (简称为 C 率) 下的恒定电流放电。例如，一个制造商可能会规定 0.3 的放电 C 率，因为高放电率可使电池提供的容量和能量降低。从理论上讲，0.3 的 C 率将使电池在 3.33 小时内完全放电。对于 2 Ah 电池，0.3 的 C 率将是 0.6 A 的恒定电流放电。还有一点值得注意的是，测得的额定能量可能因标称的额定电压的不同而不同，因为实际的电池放电电压特性可能使结果略有不同。确定电池的容量和额定能量时，精密地控制测试条件，同时精确地记录电池的电流和电压可确保精确、一致的结果。

验证电池容量和额定能量的实例 :

我们使用图1 中描述的设置以固定的 C 率使手机的充电锂电池放电。N6781A SMU 电源模块提供完整的 2 象限功能，使其非常适合作为精密的高性能电子负载和直流源使用。使用 KEYSIGHT 14585A 软件快速设置和显示 0.3 A 的恒定电流放电和 3.0 V 的截止电压及长期数据记录，以验证电容和额定能量。图 5.2 显示电池容量和额定能量的验证结果。将测量标尺置于数据记录的起始和截止电压点上，显示出电池提供 879 mAh 和 3.32 Wh。这两个值明显小于电池技术资料给出的 1 Ah 和 3.6 Wh 额定值。下一步是确定哪些因素导致了以上差异，然后评定是否可从电池中提取额外的容量。

如图所示，最好不要假设电池的额定容量和能量将是您所要获得的容量和能量，将其作为确定手机和移动设备运行时间的一部分进行验证十分重要。

图 1: 使用恒定电流负载以固定的 C 率使电池放电。

图 2: 使用 14585A软件测量电池的容量和能量

如何在简化电池容量和能量的验证流程？

确定手机和移动设备电池使用时间的一个关键部分，是在动态实际使用负载条件下，验证电池容量和能量。

在以技术资料的指标为基础，验证电池的标称容量和额定能量之后，您还需要在实际使用情况时，手机和移动设备工作在动态条件下，对电池的指标进行验证。较高的恒定电流放电率会导致电池的容量和能量降低，同样，与具有相同平均值的等效恒定电流放电相比，高峰值脉冲动态放电电流也会导致容量和能量降低。可容忍的峰值脉冲放电量主要取决于电池的设计。因此，作为优化智能手机和移动无线设备电池使用时间的一部分，您必须在反应实际用户使用情况的动态负载条件下，来对电池的指标进行充分的验证。

在用户实际使用负载条件下验证电池容量和能量，需要精确地记录电压和电流，同时可靠、准确地创建动态用户使用的实际负载条件。

与静态充电和放电相同，动态负载放电条件下的微小差异，也可导致从电池获得的容量和能量出现巨大差异。非线性时变电池特性将引起不同的容量和能量结果，使得动态负载出现差异。因此，您需要精确的动态负载放电波形图。使用实际的移动设备可以提供最真实的动态负载波形轮廓图，但也一些弊端。通常，很难可靠地创建所需工作条件，使移动设备能在其理想的条件下运行，而且重复操作时会出现极大的差异。重复执行以上操作的解决方案，是在适当的周期内捕获移动设备的动态电流消耗，然后通过支持此类工作特性的电子负载进行回放，以便仿真移动设备，吸收电池电流，给电池放电。

通过记录和回放实际使用条件，来验证电池容量和额定能量的实例。

我们使用图 3 描述的设置首先为智能手机供电并捕获其发射模式电流消耗波形图，然后在较长的时间段内作为动态电流负载回放捕获的波形轮廓图，给电池放电。我们使用 Keysight N6781A SMU 电源模块，因为它具有完整的 2 象限工作能力，使其能够作为高性能直流源和电子负载使用，从而完成该应用的以上操作步骤。

图3: 记录和回放器件的电流消耗使电池放电。

然后，我们验证 1 Ah 和 3.6 Wh 额定的充电锂电池。您可以在图 4 中看到结果。通过回放 2 A 峰值电流，可得出 0.856 Ah 容量和 3.22 Wh 能量值，从手机捕获的 0.3 A 平均耗电波形略低于使用等效 0.3 A 恒定电流放电获得的 0.879 Ah 和 3.32 Wh 值。该电池良好的脉冲电流特性，非常适合预期的用户使用条件。使用较高峰值放电速率和其它许多高密度能量源，如不可再充电的电池时，该影响变得更为突出。

如图所示，在实际使用负载条件下验证电池，是确定智能手机和移动设备运行时间的关键步骤。

图 4: 在实际使用脉冲负载条件下测量电池容量。

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