數碼面面觀 被你算錯的電池容量和能量

2020-12-11 中關村在線

1被算錯的電池電量

  在這個電池容量越來越不夠用的時代,很多高配手機把大容量電池作為一個賣點,大容量長續航的移動電源也受到更多用戶的歡迎。


  在實際使用時,一些朋友覺得電量掉得很快,大容量的移動電源也不能給手機充好幾次電,因而會對電池容量產生很多的疑問。那麼電池的容量應該怎麼算,是商家虛標容量還是我們計算有誤,本文就為您解讀電池容量和能量之間的問題。


電壓容量標註各不相同的電池

  關於電池的容量問題,很多地方已經有了不少討論,在貼吧和論壇裡有不少朋友對電池容量提出不同的見解,很小的手機電池和很大的相機電池都是1500毫安時,體積更大的筆記本電池也只有可憐的6000毫安時,看起來電量和體積一點都不相稱。


安檢工作人員講解移動電源注意事項(圖片源自新民網)

  不僅門外漢不了解,就連航空公司以及機場安檢部門也會算錯電量,甚至移動電源廠商也有標錯的時候,看來電池容量和能量的問題也不是那麼簡單。

2容量和能量各不同

  不同廠商的電池標註方式有所不同,既有標註毫安時的,也有標註瓦時的,還有說明高電壓電池的,也有電池根本沒有標註容量,不同的標註方式也讓不少用戶摸不著頭腦,我們就為您解析電池的這些問題。


鋰電池工作原理示意(圖片源自電子發燒友網)

  電池的容量(電量)指的是能夠容納或釋放多少電荷。電量的單位為安培小時(Ah),簡稱安時,1安時指的是強度為1A的電流通電1小時的電量。由於一般使用的電池容量不大,電池會使用更小的單位毫安時(mAh)來標註容量,1Ah=1000mAh


電量和能量標註不同的移動電源

  電池的能量標示的是電池能夠做多少功,單位是瓦時(Wh)。相對而言,我們更熟悉的是更大的單位千瓦·時(kW·h),1千瓦時表示功率為1千瓦的電器1小時所消耗的能量,能量值約為3.6兆焦耳,1千瓦時的電就是1度電。


這裡移動電源的能量是錯誤的(圖片截自手電大家談)

  看到這裡,或許有朋友覺得更加糊塗了,電池既有容量單位,又有能量單位,使用起來豈不是更麻煩?好在容量和能量是可以互相換算的,只要知道放電電壓就可以通過其中一個數值換算出另一個數值。

能量=容量×電壓

  即

1Wh=1Ah×1V

  需要注意的是,由於電池在充電和放電時的電壓是變化的,因此精確的電池能量應該是容量和電壓的積分,但這樣計算非常不方便,大多數電池就採用容量乘以放電截止電壓來表示電池能量。


電壓不一致的電池不能直接比較熱容量

  可以看到,在電壓一致的情況下,電池的容量越大就可以提供越多的電能。但對於電壓不一致的情況,不提電壓而單獨說容量是沒有可比性的。對於手機和移動電源來說,內置鋰電池的放電截止電壓在3.7V-3.8V之間,在這種情況下只標註容量值也是可以進行對比的。

3通俗方式解讀電池

  如果仍然覺得較難理解,我們可以換種方式來表達。簡單地看,電池就是存放電的「池子」,我們把電池看作容器,電量看成是水,電池能夠存放的水越多(容積越大),就可以提供越多的電能。


電池簡單示意圖

  為了便於計算和理解,我們認為電池是一個圓面著地的圓柱體的容器,這裡的電壓就好比圓柱體的底面面積,而電量則是容器的高度。


電池能量是由容量和電壓決定的

  顯而易見,電池能夠儲存多少能量(容積)需要同時考慮電壓(高度)和容量(橫截面積),就像圓柱體體積等於底面積乘以高度一樣,電池的能量(Wh)恰恰等於電壓(V)乘以容量(Ah)。


同樣能量值的電池可以有不同的電壓和容量

  舉個不考慮損耗的例子,假設一款移動電源以5V的電壓放電,放出1110mAh的電量,這些電量充給手機完成一次完整的充電,而手機的電池是1500mAh的,看起來好像電量變多了,實際上移動電源放出的電1110mAh×5V=5.55Wh=1500mAh×3.7V,雖然二者的容量看起來有很大的差別,總的能量值是不變的。


航空公司安檢應該按照3.7V計算移動電源能量值

  用容器的方式體現,就是把水從橫截面更大的圓柱(移動電源)傾倒到橫截面更小的圓柱(手機),雖然水位的變化不一樣,但倒出和倒入的水量是一樣的。

4電池標註差異何在

  這樣一來,前面提到的電池容量就好計算了。手機的電池電壓是3.7V1500mAh的電量其能量為5.55Wh,而筆記本電腦的電池是11.1V5600mAh的電量也有62Wh的能量,比手機電池的10倍還高。

  容易理解,不告訴你底面面積而單純比較高度來比較容積是沒有意義的。那麼問題也就隨之而來:為什麼電池不統一用瓦時來標註能量值,使得所有電池都可以直接比較呢?


一次性電池一般不標註容量(圖片源自solidwastemag

  對於用戶而言,雖然同為電池,但不同的電池使用的方式不一樣,導致了用戶直接關注的重點不同。有些朋友工作的放電電流是固定的,想要知道能夠使用多長時間就需要標註毫安時,一些用戶需要了解電池的整體能量,用瓦時標註則更為方便,而一次性電池的容量受放電電流的影響較大,因此一般不標註電池容量。


同時標註了電芯容量和能量的移動電源

  其實對於電池廠商來說,測出電池的能量值並不棘手,但為了方便計算或使用,廠商一般會按照用戶的使用偏好進行標註。當然,現在也有不少產品同時將瓦時和毫安時標註在產品的顯眼位置,用戶可以各取所需,同樣有很好的易用性。


商家宣稱的高壓鋰離子電池(圖片截自小米官網)

  當然,也有部分商家為了迷惑消費者而重點宣傳高電壓電池,將充電截止電壓4.4V作為賣點,不了解的用戶很容易會認為能量提升很多,實際上則並不明顯。當然,在這種情況下商家就不願意標明電池能量值了。

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