问题

为什么现在锂电池容量单位约定俗成是毫安时,为什么不是明显更合适的毫瓦时、瓦时?

回答
哈哈,这个问题问得挺实在的!确实,初次接触锂电池的朋友,看到“毫安时(mAh)”这个单位,多少会有点疑惑:这玩意儿是电流乘以时间,怎么就代表了电池的“容量”呢?为什么不是直接用能量单位“毫瓦时(mWh)”或者“瓦时(Wh)”来得更直观、更科学呢?

这背后啊,其实是历史、技术发展、以及“习惯成自然”的综合作用。咱们来掰开了揉碎了聊聊。

1. 历史的沉淀:从铅酸电池说起

要理解为什么是毫安时,我们得把时间拨回到锂电池还没有成为主流之前,那时 铅酸电池(Leadacid batteries) 才是电池界的“扛把子”,比如汽车上用的那种。

铅酸电池的充放电电压相对固定,尤其是汽车启动电池,电压变化不大。在这种情况下,电流(安培)乘以时间(小时)得到的安时(Ah)或者毫安时(mAh),在很大程度上能够 近似地反映电池储存的电量。因为 P (功率) = V (电压) I (电流),而 E (能量) = P t = V I t。在电压 V 变化不大的情况下,E 就跟 I t 成正比。

所以,在那个时代,使用安时/毫安时来表示电池容量,对于用户来说是足够方便理解和使用的。它就像一个“水桶”的“容积”,告诉你能装多少“水”(电子),而不用过多考虑“水”有多“有力”(电压)。

2. 技术的进步与锂电池的特性

随着科技的发展,锂电池逐渐崭露头角,并最终取代了铅酸电池,成为我们日常生活中不可或缺的一部分。锂电池相较于铅酸电池,有几个显著的特点:

能量密度更高: 同样重量或体积下,锂电池能储存更多能量。
电压相对较高且变化范围较大: 锂离子电池的标称电压通常在 3.7V 左右,但实际放电过程中,电压会从 4.2V 左右逐渐下降到 3.0V 甚至更低。这与铅酸电池相对稳定的电压不太一样。
循环寿命长,充电速度快: 这是锂电池的优势,但与容量单位本身关系不大。

那么,为什么在锂电池普及后,这个“毫安时”的习惯没有被彻底纠正呢?

a. 兼容性与用户认知习惯

“旧瓶装新酒”的惯性: 锂电池出来的时候,大家已经习惯了用毫安时来看电池容量。直接改变这个单位,会给用户带来学习成本和困惑。想象一下,手机从“XX毫安时”的电池突然变成“XX毫瓦时”的电池,很多消费者第一反应可能是“这是什么新玩意儿?比以前的容量大还是小?” 这种不确定性会影响产品的接受度。
电子设备的通用性: 很多电子设备,尤其是小型的移动设备(手机、平板、耳机、充电宝等),它们的工作电压虽然是内置的,但其核心的衡量指标之一就是电池的“续航能力”。而毫安时,虽然不能直接代表能量,但由于其直接关联电流,在很多场景下,它依然能间接反映续航能力。比如,一个设备在特定工作模式下消耗多少电流,那么用毫安时就能估算出它能工作多久。

b. 实际应用中的“凑合用”

电压已知或隐含: 在很多时候,锂电池的使用场景是相对固定的。例如,手机电池的工作电压基本是 3.7V(标称值)。所以,当你知道电池是 3000mAh,并且知道它是在 3.7V 下工作,那么它储存的能量大概就是 3000mAh 3.7V = 11100mWh = 11.1Wh。
比较方便(在同电压下): 如果要比较两款同电压的锂电池,用毫安时来比较是直观的。3000mAh 的电池肯定比 2000mAh 的电池能提供更长的续航(在相同的功耗下)。
技术标注的便捷: 对于电池制造商来说,在生产线上,测量放电电流和时间相对容易实现,而精确测量不同工作电压下的总能量输出,可能需要更复杂的集成测试。

c. 毫瓦时/瓦时的“劣势”

单位数值更大,不直观: 假设一个常见的手机电池容量是 4000mAh。换算成毫瓦时,大约是 4000mAh 3.7V = 14800mWh。如果是瓦时,就是 14.8Wh。相比于 4000mAh,14.8Wh 听起来就没有那么“大”,数字的“感觉”上不如毫安时那样有冲击力,用户更容易理解“4000mAh”代表着“很多电”。
引入电压变量,增加复杂度: 如果直接使用毫瓦时或瓦时,那么就必须明确标注电压。比如,一个 11.1Wh 的电池,但这个 11.1Wh 是在 3.7V 下测的,还是在 7.4V 下测的,抑或是其他电压?如果电压不同,虽然总能量一样,但能驱动的设备类型和工作时长可能就不同。这就引入了一个需要用户理解的额外变量。

3. 为什么说毫瓦时/瓦时“更合适”?

从物理学的角度来看,能量(瓦时)确实是衡量电池“能储存多少功”最直接、最准确的单位。它不受电池电压变化的影响,能更精确地反映电池的真实能量储备。

更科学: 能量是做功的能力,直接用能量单位来衡量电池容量,是最符合物理学原理的。
更通用: 无论是高压电池还是低压电池,瓦时都能准确衡量其能量。比如,电动汽车的电池容量通常就以千瓦时(kWh)来计算,这更准确。
更公平的比较: 允许在不同电压平台(例如 3.7V 锂离子电池 vs 12V 铅酸电池)的电池之间进行更公平的能量含量比较。

总结一下:

现在电池容量约定俗成用毫安时,主要是因为:

1. 历史惯性: 铅酸电池时代留下的习惯,用户和行业都已熟悉。
2. 用户认知: 毫安时(mAh)的数字对用户来说更直观,更容易理解“能用多久”的感觉。
3. 技术和应用场景: 在许多小功率、固定电压或电压变化不大且可预估的电子设备中,毫安时仍然能间接指示续航,且便于比较同类产品。
4. 营销和习惯: 改变一个根深蒂固的单位对市场推广和用户接受度都有一定阻力。

虽然毫瓦时(mWh)和瓦时(Wh)在科学上更精确,尤其是在电动汽车、大型储能系统等领域,这些单位的使用已经非常普遍,并且是衡量电池性能的关键指标。但在消费电子领域,“毫安时”这个用了几十年的单位,还会继续在我们的生活中扮演主角一段时间。

未来,随着技术的进一步发展和用户对电池知识的普及,也许能量单位(Wh)会在消费电子领域得到更广泛的应用,但就目前而言,毫安时依然是那个“约定俗成”的王者。

网友意见

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Ah是实测值,实测方法基本是统一的。

Wh在绝绝绝绝大多数情况下是计算值,且计算用的平均电压并不统一。


Ah的测试方式是,

在某个固定的温度湿度环境下,

给电池一个固定的负载,让电池始终以某一个固定的电流值放电,

从满电电压开始放电,放电到到放电截至电压结束测试。

最后,用实测出来的放电时间乘以放电电流就是Ah数据了。

例如,对18650以1A电流恒流放电,放电过程一共持续了2.6小时,

那么这个电池的容量就是1x2.6=2.6Ah=2600mAh


但是Wh的计算就很麻烦了。

对于锂电池来说,放电的过程就是压降的过程,电压不是恒定不变的,且电压下降的曲线可能每颗电芯都会有差异。另外,在选取电压值的时候,你是以分钟为单位呢?还是秒?还是毫秒?还是纳秒?因此在业内主要也是用电池的平均电压值乘以Ah值来计算得出一个模糊的Wh数值,仅供参考。

不同厂家对他们各自的产品的平均电压定义不一样,有的说3.6V,有的说3.65V,有的说3.7V

非常不统一。这也导致了,Wh这个单位在实际的电池应用产品和BMS设定中参考意义不大。


Wh的计算一般会用在交流供电的情况中,

这是因为,交流供电往往是有线供电,且供电局会给到用电方的电往往是较为稳定的,因此这种情况下去计算Wh值,其精度尚可,具有参考价值。


当然了,也有设备和方法可以让电池以某恒定功率持续放电,然后WxH就得到了精确的Wh数值,但是这种设备往往需要同时限定和控制好放电电流和放电电压,要随着电池的压降实时调整放电的电压负载和电流负载,以确保功率的恒定。这种设备就比较贵了。一般来说,一些主流应用中的大品牌会在电池零件上写上较为精确的Wh数,例如笔记本电脑等等。。不过一般也就是常见于软包电池,这是因为软包电池是定制化的,客户可以提这方面的要求。

而18650是标准品,应用范围广,价格低,利润也低,厂家没啥动力的。


这里补充一点,一个负责的电池厂,会对每一颗电芯在出厂前做一些基本检测,其中就包括了容量检测。有些厂家会按照容量检测结果对电池分类成ABCD几个档次,做不同的销售策略。

目前行业内18650的月产能力都是百万甚至千万计的,测Ah的设备非常简单(点检的如挂个固定值的电阻就是了),而测Wh的就很复杂了。那么当被检测产品数量达到百万千万的数量级后,这个成本差异就非常显著了。


还有一点是:在实际的产品设计流中,对电池电流的管控是电池厂家定义的(最大电流,温度条件等等),而功率相关的设定是使用电池的厂家需要定义的(即我的产品的功耗设计)。。大牌厂家有足够的人力资源来自我定义标定电池供应商的电池产品,而广大的中小企业一般没有这个能力去折腾自己并不了解的电池,往往都是沿用电池厂家给到的信息。这也就导致了,除了一些主流的大牌产品以外,较少看到显示电池Wh数值的。

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