干电池放电曲线分析

前言

因为最近项目中涉及到电池电量的检测，所以在网上查找资料，恶补一下关于干电池的一些知识。现在汇总整理一下，以备后用。

阅读前需要了解的概念：

mAh（毫安时）电池的电量单位，等于放电电流和放电时间的乘积。
- 电量 = It
mWh（毫瓦时）电池实际所消耗的电能单位。
- 1度电=1KWh=1x10^6 mWh
焦耳（能量单位）
- Q = Pt = UIt
- 1焦耳(J)=1瓦特x秒(W*s)
- 1度电(1KWh)=3.6x10^6焦耳(J)

电池分类

按照型号划分

如今市场上销售的5号电池有以下四种:

普通酸性锌锰电池（简称“普通电池”）
碱性锌锰电池（简称“碱性电池”）
镍镉充电电池
镍氢充电电池

按照充电种类划分

按照是否能充电分为可充电电池和不可充电电池

普通电池和碱性电池属于不可充电电池。
- 不可充电电池的标压是1.5V，出厂电压为1.6V多一些。
- 不可充电电池中，普通电池在市场上逐渐被碱性电池替代。如果开发项目，项目中对不可充电电池的放电曲线统计应以碱性电池的放电曲线为准。
镍镉电池和镍氢电池属于可充电电池。
- 可充电电池的标压是1.2V，满电状态为1.44V左右
- 可充电电池中，镍氢电池没有记忆性，而且目前容量最大可达2700mAh，因此比镍镉电池更优秀，其经济性和优良的环保性能等特点，必将逐步替代碱性电池、镍镉电池。
- 在对于可充电电池的放电曲线的统计，推荐以镍氢电池为准。

关于碱性电池

由于用户在市场上最容易买到的是碱性电池。现在我们主要讨论碱性电池。

放电曲线

电池的放电曲线就是在一定负载下（电流恒定），电池电压随时间变化的曲线。

干电池电量

和普通的锂电池不同，干电池的电量不是一个定值，没有厂商在干电池的外包装上注明电池的电量（mAh）。在不同的负载下干电池表现出不同电量。具体见下面分析。

不同品牌的碱性电池的放电曲线差异较大，且不同放电情况下不可充电电池的放电曲线不同，电量也不同。举个例子，碱性电池在高负载（大电流）下的电量很快就会耗尽，而若以低负载放电则测得电量将会增加。形象的说，就是大电流会很快使电池没劲（电压降低），而小电流则会一点点榨干电池内部的剩余电量。

不同的负载下，同样的电池表现出不同的电量，以下面的表格为例。

4种5号碱性电池不同负载下的电量统计

（表格来自网络）

不同负载下干电池的放电曲线差异

在大负载下电池的放电曲线不平滑（很“抖”），具体请看下面三个图，图中分别记录了三种不同型号的碱性电池的放电曲线。

南孚电池500mA放电曲线

（图片来自网络）

长虹碱性电池200mA放电曲线

（图片来自网络）

金霸王碱性电池200mA放电曲线

（图片来自网络）

由上图可得，质量较好的碱性电池即使在高负载下的放电曲线的线性度也是比较好的，而查一些的电池就表现的不尽如人意。因为我们的手柄是使用小电流（50mA以下），所以我们手柄所用电池，将工作在低负载下，放电曲线不会很陡峭。

低负载下干电池的放电曲线

以两种不同型号的南孚电池为例，下面的图片是两款不同型号的南孚电池的放电曲线，负载都是70mA。

南孚5号-2b电池70mA放电曲线

（图片来自网络）

南孚5号-1电池70mA放电曲线

（图片来自网络）

由上图可知，电池在1V以下是电池曲线下降很快。而在1V以上是线性度表现良好。如果项目所需电压在1V以上，可以采用线性换算的方式，直接由ADC采样得来的电压值转换为电量。如果工作电压更宽，可以到1v以下，做好使用查表法计算电池电量。电池的满电量设计为1.6V，1.6V及以上记为满电量，电量低于等于最低工作电压记为零电量。