电池容量有多少？四大常用电池容量实测

各位家里的遥控器、无线鼠标一定都需要电池，你是否觉得常常在换电池呢？

那你知道这些干电池的容量是多少呢？电池容量越多撑得越久，目前我看除了充电电池有标示容量外，其余电池几乎都没有标示，我们这次就来实测一下电池容量，我准备了碳锌电池、碱性电池、充电电池以及汽车备用电池，一起来看看吧。

电池的容量

大家也许知道电池的容量是电流乘以小时，若不熟悉的话，你把电流想象成水流，水库容量就是水流可以流多久时间的意思，这样就很好理解了。有些电池会标示如下图的容量，以这颗充电电池来说，它的容量是 2450 mAh，但目前坊间似乎只有充电电池有标容量，一般的干电池并没有标示容量。

电池容量单位是 mAh

那各位来猜猜看，这个 2450 mAh 的数字是怎么测量到的？是把电阻直接挂在电池上面，然后等着电池没电吗？概念上是如此没错，但如果真的以下图这样的定电阻接法，在实务上会有些问题，我先说喔，挂电阻不是不能测试容量，只是有点麻烦。

定电阻的负载不适合做放电曲线

因为在实务上，随着电流不断消耗，电池的电压会慢慢地下降，电压可能从 6 V 下降到 4 V，在电阻固定的情况之下，电流也会同时变小，也就是说在放电过程中，每个时间点的电流都是不一样的，这样会让电池的容量计算很困难，真的要计算容量的话，会需要动用到积分，而且以实验设计的角度来看，一个实验内同时有电压与电流两个变因在变化，对于实验结果的理解不是很方便。

为了让阅读图表的人能够快速掌握电池的放电特性，我们一般会用定电流的方式来做测试，但电池的电压在放电过程中会下降耶！那怎么办？难道电流变小的时候，在实验中途去更换更小的电阻来把电流往上拉吗？没错，思考方向正确，只不过没那么粗糙。

如下图，只要使用 MOS 来取代电阻，我们就可以使用 Gate 极的电压来做电流的控制，至于 G 极该怎么控制，那就是你自动控制的功夫了，这种电路就称为「电子负载」。既然它的电流可以动态调整，换个角度说，它的电阻、电压也可以动态调整，因此排列组合起来，电子负载就会有好几种模式，例如 Constant Current（CC）、Constant Resistance（CR）、Constant Power（CP）以及Constant Voltage（CV）。

电子负载的等效电路

电子负载

下面是一台电子负载 PRODIGIT 3111，它可以抽载 70 A，瓦数可以到 350 W，下图就是我拿它来测试铅酸电池时候的英姿。虽然拿它来测试干电池的容量有点大材小用，不过只要能完成测试，拿哪一种仪器来都可以。

 

电子负载正测试

由于这种测试通常会需要长时间测试，动不动就十几个小时，我当然不可能站在仪器前面每分钟纪录读值，所以我必须把仪器跟计算机做连接，写程序去跟仪器连接，把读值抓出来。

通常仪器背后都有通讯 Port，例如 RS232、USB 或是 GPIB，如果是要抓波形拚速度的话，USB 是不错的选择，但是我这台只需要每分钟读一次，所以我选 RS232 这种简单又方便的接口，只要买个 USB-RS232 的传输线，就可以搞定。

 

电子负载的 RS232 远程控制接口

计算机端的程序我是用 Python 写的，因为它简单好用外挂又多，我不需要再重新做轮子，程序行在下方给各位参考，大意就是把 RS232 COM Port 打开，然后开始读值的循环，并且把抓到的值写入 TXT 档内，之后就可以用电子表格作图。

import serial

import time

ser =serial.Serial('COM3',115200,timeout=1) #open serial port

print(ser.name,"is opened=",ser.isOpen()) # check port status

n=ser.write(b'*IDN?rn') # write a string

line = ser.readline()

print(line.decode("utf-8"))

#PRODIGIT 3111 command set

ser.write(b'MODE CCrn')

ser.write(b'CC:HIGH 0.1rn')

ser.write(b'LOAD ONrn')

# ser.write(b'REMOTErn')

# ser.write(b'MODE CCrn')

# ser.write(b'CC:HIGH 1rn')

# ser.write(b'BATT:UVP 10.5rn')

# ser.write(b'BATT:TEST ONrn')

# ser.write(b'TESTING?rn')

# tresult = ser.readline()

# tresult=tresult.decode("utf-8")

#strout="Testing="+tresult+"n"

# print(strout)

time.sleep(3)

loop = True

count=1

strout=""

while loop :

ser.write(b'MEAS:VOLT?rn')

Vrms=ser.readline()

Vrms=Vrms[:-3].decode("utf-8")

ser.write(b'MEAS:CURR?rn')

Irms=ser.readline()

Irms=Irms[:-3].decode("utf-8")

ser.write(b'MEAS:POW?rn')

Watt=ser.readline()

Watt=Watt[:-3].decode("utf-8")

minute=count/60

str_minute="{:.2f}".format(minute)

strout=str_minute+","+Vrms+","+Irms+","+Watt+"n"

print(strout)

f= open("meas.txt", "a")

f.write(strout)

f.close()

count+=1

time.sleep(1)

ser.close()           # close port

我知道这个程序有个小Bug，也就是程序代码自己无法关掉COM port，因为它在Loop循环之外，除非自己将程序中断掉，但由于只是做小测试，所以我就偷懒不改了。

电池的容量是多少?

接着就来开始测试电池的容量 ，我预计使用三种AA的三号电池。因为每测试一次都要花上十几小时，所以我只测试一组样本，无法得知母体平均值，如此一来实验结果一定会有偏差，因此实验结果只能给各位当参考看热闹。另外我曾经自己更换过汽车备用电源里面的免保养铅酸电池汽车备用电池-忘记充电造成失效-更换电池DIY，所以我也想知道它的电池容量是多少。

下列的测试我会把电池串四颗来测试，因为这台电子负载的工作电压需要在1.2V以上，如果我拿单颗电池来测试，那只能从1.5V测试到1.2V然后放电曲线可能就会开始乱跳了，为了让放电曲线好看一点，我就将四颗电池串接，这样电压就会到6V，而且由于我是以定电流来测试，测试四颗与测试一颗电池的容量，会是一样的。

碳锌电池

下图是一般常买得到的碳锌电池，打从我有记忆以来电池都是长这个样子，这种电池就是便宜好用，不怕漏液。我的意思是它还是会漏液，只是清理起来比较好处理，不像碱性电池漏液时会有腐蚀性，处理起来很花功夫。

 

测试碳锌电池的容量

经过十几小时的测试，它的放电曲线长得如下图这个样子，由于是四颗串接，一开始电压大约是 6 V 多一点，然后马上快速降到 5.5 V，接着在 5 V 左右维持一段时间，最后电压开始下降而且越来越快。

碳锌电池的放电曲线

你一定有看到曲线右边翘了一个尾巴，那是因为我在测试末期故意把负载卸掉，想看看电压如何表现，于是就看到了电压有回升的趋势，所以要测试电池是否有电，如果没接负载，想单靠三用电表测量电压，这样的判断并不是很准确，因为电池空载的时候，电压会回升。

这个其实可以人性化的解释，我来举个例子，你在操场上跑十圈之后累得半死，于是你慢慢走回家，但隔壁有位老兄刚好出来散步，他也是慢慢走，你们两位都是慢慢走，但是谁得体力保存得多呢？当然是那位还没跑步的老兄啰，所以光看走路速度无法判断谁得体力较多。

接着你稍做休息一分钟之后，走路已经健步如飞了，但真的要你再去跑一圈操场，只有一圈喔，可能只有前几步跑很快，后面的步伐就慢下来了，因为你的体力早就耗光了，这跟电池空载时的电压变化，几乎是一样的行为。

我们来算一下碳锌电池的容量吧，每颗电池表订 1.5 V，我自行定义 1 V 叫做没电，四颗串接就是要以 4 V 为界线，根据上图的曲线，在 100 mA 的电流之下，电池大约可以撑 8.37 小时，所以它的容量计算如下：

100 mA×8.37 hr=837 mAh

也就是说如果你的遥控器每按一个钮需要花1 mA 电流的话，理论上你可以持续按住 837 小时它才会没电，事实上按钮也只是一秒钟的事情，所以这种电池在遥控器上可以用很久。

碱性电池

接着来测试碱性电池的容量，据广告说碱性电池很耐用，我实际来测试看看容量是多少。

使用碱性电池有一点要注意的地方就是，不要长时间使用，因为用久了它一样会漏液，而且它是使用强碱溶液作为电解质，例如 KOH 氢氧化钾或 NaOH 氢氧化钠，一旦漏液清理起来很麻烦，手会有刺刺的感觉，还会腐蚀电路板，所以要拿它的好处之余，自己也要付出一点关心，不然遥控器很快就挂了。

 

测试碱性电池的容量

经过二十多小时的测试，终于得到下面的放电曲线，若一样以 4 V 为界线的话，它整整放电大约 20 小时啊，中间还有一段很平缓的区间，真的又稳又久，果然很带劲，到了测试尾声大约第 24 小时的时候，电压突然陡降，基本上就跟小孩瞬间秒睡的状况是一样的。

碱性电池的放电曲线

所以碱性电池的容量计算如下：

100 mA×21 hr=2100 mAh

我查了维基百科的碱性电池容量，它是写 2700 mAh，不过厂牌不同我们只能参考，大约就是 2000 mAh以上。

各位一定有发现到了第 25 小时曲线尾巴有点须须，这是因为电压已经掉到低于 1.2 V，这是仪器的极限了，低于这个电压仪器不保证可以抽到 100 mA 的电流，所以电压有点高高低低的，实务上低于仪器的操作电压，我们是不予参考的，这边只是列出来给各位看好玩的。

充电电池

接着我们来看看坊间的充电电池，它们这个族群是目前唯一有标示容量的电池，敢标示就要勇于接受测试，我是真的满好奇的。

 

测试充电电池的容量

这一次测试的时间超长，整整经过了24小时啊，但由于充电电池很贵，所以我没有让它放到干，不然一次喷掉四颗电池很心痛啊。这个曲线超级平坦的，比碱性电池要稳要久，难怪要这么贵，不过看在可以重复使用的份上，也算值得。

充电电池的放电曲线

马上来计算充电电池的容量如下：

100 mA×24 hr=2400 mAh

各位可以把画面往回卷动，看看最开始的充电电池标示容量，它是标示 2450 mAh，几乎和计算的电池容量一样呢！这真是太厉害了，果然敢标就是有料。不过我得要跟各位说明，电池的容量会随着电流变大而缩小，所以我如果把电流设定为 1000 mAh，它的放电时间就不会是单纯的 2.4 hr，也许会只有 1 hr，这个是电池天生的特性；相反的，我如果把电流变小，改为 50 mA 来测试，那么我可能就会得到超过 2450 mAh的容量。

汽车备用电池

最后来看看我之前更换的免保养铅酸电池，来测试看看它的容量是多少，这个一颗是 12 V，所以不用串接了，直接测试就好，至于放电电流我就设定为 1 A，毕竟是要给汽车发动使用的，设定个 1 A 并不为过，而且可能还嫌小了，因为汽车引擎发动瞬间，以我的老爷车为例，启动马达瞬间大约会抽掉  220 A的电流，只要能在那个瞬间支应几百安培的电流就达到救援的功能了。

 

新买的铅酸电池

毕竟这颗电池还在我的车上服役中，为了保护这颗电池，我需要修改一下程序，各位可以看到刚才的程序代码内有已经用井号 mark 起来的「BATT:UVP 10.5」，这个意思就是电压低于 10.5 V 会自动停止测试，以免把电池搞坏，据读者说这颗电池已经停产了，万一坏了我就得买新的了。

经过 12 小时的测试，我发现它的放电曲线有点怪怪的，竟然中间有个转折，仔细一看原来是刚才设定的保护措施生效了，当电池放电过程中电压低于10.5 V 时，电子负载会自动把负载卸掉，负载一旦消失，就跟刚才我提过的跑操场例子一样，电池卸除后电压会迅速恢复，但它其实是没电的，所以放电中途才会有电压回升产生转折的状况。

汽车备用电池的放电曲线

接着来计算电池的容量：

1A×4hr=4AH

这个算出来的容量明显和标示的 9 AH 不符合，但我并不担心，因为我并不知道它那个 9 AH 是用多少电流测试来的，我相信只要我把放电电流改为 500 mA，它的放电时数就会增加，而且容量也会增加，毕竟这颗电池是要拿来给汽车的启动马达运转用的，重点的放电时间只有 2 sec，能撑得过它就发挥功能了。

小时率

一般汽车、摩托车的铅酸电池都会标示容量，至于它是放电放多久而得到这个容量，这个放电时间就称为小时率。我在厂商的官网上面看到的资料是说汽车电池是以 5 小时率来标示容量，摩托车是以 10 小时率来标示容量，在这里列出给各位参考。

电池容量需要和小时率一起看

定电阻放电

前面所有的文章都是讲定电流放电，但是实际在使用的时候，很多机会是类似定电阻的状况。如果用定电阻来做放电测试，会看到甚么结果呢，我们就实际来做一次。

下图的曲线是用一颗三号电池，接上 4 ohm 负载所得到的曲线，红线是碱性电池，蓝色是碳锌电池，上方是电压 V，下方是电流 mA，由于是定电阻，所以两张图的线形长得完全一样。

定电阻模式的放电曲线

各位会发现定电阻模式之下的碱性电池，放电曲线较为和缓，比前述的定电流模式和缓多了，曲线看起来比较圆滑，而碳锌电池也是一样的情况，原本在定电流模式就已经比较圆滑的放电曲线，在定电阻模式之下，又变得更圆滑了，几乎是一条往下的直线。

造成这个圆滑现象的原因是，电池在放电过程中，电压会下降，由于负载是定电阻，根据 V=IR 因此电流也跟着下降，既然电流越来越小，电压当然也就降得没那么快了，因此放电曲线显得较圆滑。

由于放电过程中电流会随时间变动，也就是越变越小，所以当你要计算容量的时候，会需要动用到积分，那真是很复杂啊，最方便的方式就是，用定电流测量容量，我们只需要单纯的将电流乘以时间就能得到答案。

　　审核编辑：汤梓红