电池电压容量关系

http://bbs.duba.net/thread-22672494-1-1.html

首先声明, 此文是炒冷饭之作.三年前,曾在younet发表一篇关于<<如何判断电池的剩余容量>>的文章:

http://bible.younet.com/files/2002/06/20/2822.shtml

    三年后,随着电池技术和测试技术的发展, 原文中的许多数据已经不能适应现在的要求. 特此进行更新. 当然会附上一些图表进行必要的说明.

1. 新电池的电压对容量的关系

 




   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:1K电阻恒阻放电(此时对应的放电电流非常符合目前手机3~5mA的待机电流)

    数据处理方法:积分(详细步骤不做陈述),得到电压和容量百分比关系图.

    为便于查看,提供表格一份:

 

容量百分比%	电池电压 V
100	4.20
90	4.08
80	4.00
70	3.93
60	3.87
50	3.82
40	3.79
30	3.77
20	3.73
15	3.70
10	3.68
5	3.50
0	2.50

 

   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.

 

   至此冷饭炒完.以下是附送资料.

2. 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: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:500mA恒流放电(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mAh(20%多)的容量就无法利用起来了.

3.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

　　4.20V~3.90V满格

　　3.90V~3.80V三格

　　3.80V~3.72V两格

　　3.72V~3.65V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.

4. 手机关机电压的设置

进一步介绍关机电压.

　　一般手机会设置两种关机电压.

　　A. 通话状态(包括搜索网络/拨号等待等等), 属于手机射频发射阶段

　　B. 待机状态.

　　原因是 通话状态时会产生非常大的脉冲电流, 如果信号不好的地方,此脉冲电流最大可达1.5A(持续0.55ms).这将极大的拉低电池的电压.以一个100mΩ内阻的电池,加上七七八八导线走线触点等等实际可以有接近200mΩ的内阻,这样将产生0.3V左右的压降.
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而一般的射频芯片可以工作在3.3V以上, 一旦电压降到3.3V一下就不能正常工作,迫使自动关机.

　　而待机时, 耗电仅几mA, nokia的普遍在3mA左右.几乎不会产生太大的压降.

　　基于上述不同状态下电压的差异. 如果只定义电压低于3.50V(举例)就关机, 显然不能符合实际使用要求.

　　所以在对手机编程时会设置两档, 比如待机时只要检测电压低于3.50V就强行关机,而在通话状态检测到电压低于3.3V就强行关机.

　　一旦关机, 电池的负载消失, 则电池电压会回升, 所以无论待机时自动关机或通话时(包括搜索网络)自动关机, 取下电池测量电池电压,得到的电池开路电压相差不大(但是有差别).