电池的关键参数之电池内阻、放电电流、充电电流-燚智能周教授
前期回顾
本期重点:根据电路功耗选择合适的电池。
电池内阻和放电电流:
电池的放电电流不是无限大,很多电池不能大电流放电。
电池都有内阻,内阻大的电池,大电流放电的时候电压就会降低的比较多,如果低于硬件的工作电压了,系统就会断电重启。因为电池放电的时候电流也会流过电池内部这个等效电阻,电阻乘以电流就是压降。
因此,需要了解硬件电路的功耗,根据功耗需求来选择合适的电池。
可充电电池的内阻普遍比较小,例如5号镍氢电池的内阻一般在0.02Ω左右,1000mAh锂离子电池的内阻一般在0.05Ω以内,此类电池可以以3A以上的大电流放电。锂电池都有保护电路,能够限制最大放电电流,例如5A或者8A,避免短路或者大电流放电对电池产生损坏。
不可充电的电池内阻普遍要大一些,普通5号碱性电池的内阻一般在0.1Ω上下,锂锰纽扣电池的内阻可达100Ω级别。
普遍规律是,电池容量大,内阻就小,电池容量小,内阻就大。
内阻大了,大电流放电的时候电压降就会很大,降到系统无法工作的状态。这个问题在锂电池上不容易遇到,但是在一次性电池上经常会遇到。例如给玩具车用的5号碱性电池,车子都跑不动了,拿出来给遥控器用依然可以继续用一段时间。就是因为玩具车马达的电流很大,遥控器的工作电流很小。
同样,CR2032纽扣电池的标称持续工作电流才2mA,如果工作在5mA的时候,电压降可以超过0.5V,本来一个3V的电池瞬间掉到2.5V,就可能导致系统断电。
电池使用特别注意:
通常单片机类的MCU的工作电流只有几十毫安,很多人在设计硬件的时候不太考虑电池压降问题。但有一个特定的应用一定要小心:2G模块。2G模块(GSM模块)大量应用在小数据通信的场景,例如远程抄表、共享单车、远程门锁、远程采集等。
2G模块工作的持续电流不大,平均下来最多200-300mA,但是瞬间电流特别大,可以达到2A。如果设计的时候不考虑好供电和稳压,在一次性电池的场景中很容易导致模块断电,甚至系统断电。容量型锂亚电池一定是扛不住的,功率型锂亚电池虽然标称放电电流可以很大,但是电压降依然大到足够让系统断电。
相对充放电电流:1C
电池的充放电电流有一个相对值,C。1C就是一个小时把电池充满或者放光。一个1000mAh的电池,1C的概念就是用1A充电或者放电。如果是2C,就是1/2小时充满或者放光,相当于用2A充电或者放电。
为什么需要这个相对值呢? 用1A的电流给5000mAh的电池充电需要5小时,但给200mAh的电池充电只需要12分钟。可想而知5小时充满的时候,电池内部的化学变化速度比12分钟的要慢的多了,因此需要1C这个相对值来判断电池内部化学变化的速度。
如果速度太快了,例如上述5C充电,很容易导致电池永久损坏甚至起火。一般推荐1C充电,最大不超过2C。
这也就是为什么一个智能手环的电池也就50mAh,充电速度和2000mAh的手机一样,都需要1个小时出头才能充满。
不是不能用大电流给手环充电,而是怕充坏了。
充电的细节,我们会在后续的充电电路解读篇章详细讲解。
燚智能周教授
原文来自燚智能硬件开发网(燚,yi,熊熊大火燃烧的样子)