乾電池放電曲線分析
前言
因爲最近項目中涉及到電池電量的檢測，所以在網上查找資料，惡補一下關於乾電池的一些知識。現在彙總整理一下，以備後用。
閱讀前需要了解的概念：
- mAh（毫安時）電池的電量單位，等於放電電流和放電時間的乘積。
- 電量 = It
- mWh（毫瓦時）電池實際所消耗的電能單位。
- 1度電=1KWh=1x10^6 mWh
- 焦耳（能量單位）
- Q = Pt = UIt
- 1焦耳(J)=1瓦特x秒(W*s)
- 1度電(1KWh)=3.6x10^6焦耳(J)
電池分類
按照型號劃分
如今市場上銷售的5號電池有以下四種:
- 普通酸性鋅錳電池（簡稱“普通電池”）
- 鹼性鋅錳電池（簡稱“鹼性電池”）
- 鎳鎘充電電池
- 鎳氫充電電池
按照充電種類劃分
按照是否能充電分爲可充電電池和不可充電電池
- 普通電池和鹼性電池屬於不可充電電池。
- 不可充電電池的標壓是1.5V，出廠電壓爲1.6V多一些。
- 不可充電電池中，普通電池在市場上逐漸被鹼性電池替代。如果開發項目，項目中對不可充電電池的放電曲線統計應以鹼性電池的放電曲線爲準。
- 鎳鎘電池和鎳氫電池屬於可充電電池。
- 可充電電池的標壓是1.2V，滿電狀態爲1.44V左右
- 可充電電池中，鎳氫電池沒有記憶性，而且目前容量最大可達2700mAh，因此比鎳鎘電池更優秀，其經濟性和優良的環保性能等特點，必將逐步替代鹼性電池、鎳鎘電池。
- 在對於可充電電池的放電曲線的統計，推薦以鎳氫電池爲準。
關於鹼性電池
由於用戶在市場上最容易買到的是鹼性電池。現在我們主要討論鹼性電池。
放電曲線
電池的放電曲線就是在一定負載下（電流恆定），電池電壓隨時間變化的曲線。
乾電池電量
和普通的鋰電池不同，乾電池的電量不是一個定值，沒有廠商在乾電池的外包裝上註明電池的電量（mAh）。在不同的負載下乾電池表現出不同電量。具體見下面分析。
不同品牌的鹼性電池的放電曲線差異較大，且不同放電情況下不可充電電池的放電曲線不同，電量也不同。舉個例子，鹼性電池在高負載（大電流）下的電量很快就會耗盡，而若以低負載放電則測得電量將會增加。形象的說，就是大電流會很快使電池沒勁（電壓降低），而小電流則會一點點榨乾電池內部的剩餘電量。
不同的負載下，同樣的電池表現出不同的電量，以下面的表格爲例。
4種5號鹼性電池不同負載下的電量統計
（表格來自網絡）
不同負載下乾電池的放電曲線差異
在大負載下電池的放電曲線不平滑（很“抖”），具體請看下面三個圖，圖中分別記錄了三種不同型號的鹼性電池的放電曲線。
南孚電池500mA放電曲線
（圖片來自網絡）
長虹鹼性電池200mA放電曲線
（圖片來自網絡）
金霸王鹼性電池200mA放電曲線
（圖片來自網絡）
由上圖可得，質量較好的鹼性電池即使在高負載下的放電曲線的線性度也是比較好的，而查一些的電池就表現的不盡如人意。因爲我們的手柄是使用小電流（50mA以下），所以我們手柄所用電池，將工作在低負載下，放電曲線不會很陡峭。
低負載下乾電池的放電曲線
以兩種不同型號的南孚電池爲例，下面的圖片是兩款不同型號的南孚電池的放電曲線，負載都是70mA。
南孚5號-2b電池70mA放電曲線
（圖片來自網絡）
南孚5號-1電池70mA放電曲線
（圖片來自網絡）
由上圖可知，電池在1V以下是電池曲線下降很快。而在1V以上是線性度表現良好。如果項目所需電壓在1V以上，可以採用線性換算的方式，直接由ADC採樣得來的電壓值轉換爲電量。如果工作電壓更寬，可以到1v以下，做好使用查表法計算電池電量。電池的滿電量設計爲1.6V，1.6V及以上記爲滿電量，電量低於等於最低工作電壓記爲零電量。