鋰離子電池開路電壓與電池容量的對應關係分析，先給出一個表格:如下,百分比是電池的剩餘容量,右側是對應的電池的開路電壓(OCV).
100%----4.20V
90%-----4.06V
80%-----3.98V
70%-----3.92V
60%-----3.87V
50%-----3.82V
40%-----3.79V
30%-----3.77V
20%-----3.74V
10%-----3.68V
5%------3.45V
0%------3.00V
以下是這個表格的來龍去脈.
一.首先幾個概念解釋:
1.OCV:open circuit voltage的縮寫,開路電壓
2.鋰離子電池:本篇討論的是目前手機上普遍採用的以4.2V恆壓限制充電的單節鋰離子電池.
3.mAh:電池容量的計量單位,實際就是電池中可以釋放爲外部使用的電子的總數.摺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爲電流乘於時間的安培秒.1mAh=0.001安培*3600秒=3.6安培秒=3.6庫侖。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恆流的持續3小時的供電能力.
4.fuel gauging:電量計量,原意是油量計量,後在電化學上被引用爲電量計量的意思.
最科學的並且是最原始的電池的電量計量方法是對流經的電子流量的統計.即庫侖計(coulomb count).
★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.就象大家家裏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.
二.電池電壓與容量的關係
但是鋰離子電池有一個對電量計量很有用的特性,就是在放電的時候,電池電壓隨電量的流逝會逐漸降低,並且有相當大的斜率.這就提供給我們另外一種近似 的電量計量途徑.取電池電壓的方法.就好像測量水箱裏面的水面高度可以大概估計剩餘的水量這個道理一樣.但是實際上電池的電壓比水箱裏面的平靜的水面高度 測量要複雜的多.
用電壓來估計電池的剩餘容量有以下幾個不穩定性:
1.同一個電池,在同等剩餘容量的情況下,電壓值因放電電流的大小而變化.
放電電流越大,電壓越低.在沒有電流的情況下,電壓最高.
2.環境溫度對電池電壓的影響, 溫度越低,同等容量電池電壓越低.
3.循環對電池放電平臺的影響,
隨着循環的進行,鋰離子電池的放電平臺趨於惡化.放電平臺降低.所以相同電壓所代表的容量也相應變化了.
4.不同廠家,不同容量的鋰離子電池,其放電的平臺略有差異.
5.不同類型的電極材料的鋰離子電池,放電平臺有較大差異.鈷鋰和錳鋰的放電平臺就完全不同.
以上這些都會造成電壓的波動和電壓的差異,使電池的容量顯示變的不穩定
★★一臺手機上用電壓計量電池容量時,因爲手機不可能一直處於小電流的待機狀態.暫時的大電流的損耗,比如開背光, 放鈴聲,特別是通過,都會造成電池電壓很快降低.此時手機顯示的容量要降低得比實際容量降低更多.而當大電流撤掉以後,電池的電壓會回升.這就會造成手機 容量顯示反而上升這種不合理的現象.
三.電池電壓對電池容量的表格
說了這麼多,下面給出一個標準的電壓對電池剩餘容量的表格(左側)
以及大電流恆流放電是電池電壓對容量的表格(右側)
100%----4.20V 100%----4.20V
90%-----4.06V 90%-----3.97V
80%-----3.98V 80%-----3.87V
70%-----3.92V 70%-----3.79V▲
60%-----3.87V 60%-----3.73V
50%-----3.82V 50%-----3.68V
40%-----3.79V▲ 40%-----3.65V
30%-----3.77V 30%-----3.62V
20%-----3.74V 20%-----3.58V
10%-----3.68V 10%-----3.51V
5%------3.45V 5%------3.42V
0%------3.00V 0%------3.00V
四.手機上採用測量電壓法來計量電池容量的具體應用:
1.手機設計的電量顯示就是根據這個電壓對容量的關係來設置手機上電量的顯示.
2.常用的電量格.有三格或四格的.以四格電量的顯示來講.
各個手機設計時每一格代表的電量並不一定是平均的25%.
實際情況往往可能是第一格代表了50%或者更多.第二格代表20%.....是一種不平均的分配.
波導S1200的第一格電量就代表了前面的60%以上的電量.
廈新A8的第一格電量代表了前面的70%左右的電量.
其它三星手機,philips的都有各自不同的格子定義.
當然採用這種原理的也有用百分比來顯示的(就象上面的百分比).
3.但是隻要是採用電壓來計量容量原理來工作的手機,這個電量就不可避免的存在下述弊端
電量的精度(分辨率)不高.三格,四格或10格(就象上面的百分比).
電量會出現反覆變化,比如打完一個電話後從兩格降低到一格後,過一會兒又反彈回兩格這種現象.
4.手機對電池電壓的採樣,一般會盡量採用低消耗電流時的電壓(比如待機時),
這時獲得的電壓比較有參考價值.
而且手機軟件會採用"多點採樣計算平均值"的算法來避免瞬間電流對電壓的干擾.
5.手機裏面設定容量格數的電壓臨界值是固定不變的.
而電池隨着循環的進行或選用放電平臺很差的電池時,其對應的剩餘容量會出現很大的差異
比如放電平臺高的電池,其第一格所代表的電量可以用3天,而循環了100次的電池和差的劣質電池.
其第一格電量卻只能用1到2天.甚至出現在電量爲空格的時候卻還可以待機2天的怪異現象.
6.在處理電壓反跳現象時,有些手機會採用鎖定容量格數的一個算法.即容量顯示不反跳,但是當前的容量格數的使用時間會相對延長一點.
7.有些早期的手機使用的是鎳氫電池或鎳鎘電池,
同樣鎳基電池也可以繪出一個放電電壓對容量的關係.其原理也是一樣的.這裏不另行詳細說明.
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總之,採用測量電池電壓來計量電池容量是個簡單易行,但是略顯粗糙的方法.
真正高級的鋰離子電池電量計量只有採用庫侖計並使用高級的電量計量算法