一款精确测定手机电池容量的恒流放电器
前段时间发贴提交了野狼的西门子手机锂电池测试报告，其原始动机是看过※Battery※ 的贴子后对Siemens手机的内置电池保护电路不放心才去做的。贴子发表后经与※gumphe※讨论，发现完全可以做一款恒流放电器来精确测定电池的容量(主要针对各种手机的3.7Vor 7.2V锂离子电池)。制作和实验很快就完成了，迟迟未发贴本文的原因在于我想得到更多的实验数据，并将数据分析做得更完美，同时也将实物照片提供出来。
有关电池、充电器、充电方法一直就是坛子里永远讨论不完的话题，就我来说一般自已能证明的结论是不会轻易相信别人观点的（不过如果别人有确凿的实验数据我也会暂时以它的为准的）。在坛子里回答网友问题时老鸟一般都有简单的办法:将频率高的问题答案 ^C +^V一贴就完事了。这些答案原本可能针对某一具体的问题是正确的，然而转贴的太多了有可能就张冠李戴了。一些网友不能完全看明白我的实验，直接要我给出结论，另一些网友也在引用我的数据和结论。我觉得是蛮舒服的，这说明我的努力回报给了Younet，当然这个努力只是我平常的爱好而已，即使没有Younet我照样会做的，只是由于Younet 因此有了和诸多玩家共享的场所。虽然我的制作和实验对电子爱好者来说甚至都太简易，但对很多的网友却是隔行如隔山，因此，策略上我将分析结论放在文章结尾处，看不懂的网友可直接记结论好了(当然也是针对具体的问题)，水平提高以后可通读全文以充分掌握方法和论据。
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制作时所使用的元器件和材料 (成本5元左右)：
1、LM317T可调三端稳压IC一个
2、1Ω/0.5W 电阻2个，精度为1%的1Ω/0.5W电阻一个
3、成品铝散热板一块: 30×32×15 mm（没有严格要求,方便为本，差不多就行）
4、28×80 mm 实验用赋铜板一块
5、两个插集成块插座,导线两根。
电路图：这个电路图十分简单，原理上说只是一个三端稳压IC，一个电阻。一说就明白了（在手机画报中有实物图贴出）
A：LM317正面看过去从左向右数1脚:调整端，2脚：输出端3脚:输入端。
B：三个1Ω电阻串联为一个电阻接在317的1脚和2脚。
C：317的3脚用一根导线接在一个插座上(放电时接电池的+正极)
D：317的1脚接一根导线到另一个插座上(放电时接电池的-负极)
材料、工具齐全时10分钟就可将电路焊接完毕，根本无需任何调试。
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原理简介：
LM317的2脚和1脚之输出有一个1.23~1.25V超级稳定电压，在此二脚间接入一个3Ω的电阻就可输出超级恒定电流约1.25/3=417mA左右。选择放电电流在420mA右左的原因是：此电流值已超过siemens 6618 满负载工作的时的最大平均电流(约300mA)，且电路中的元件的发热量也不太大(用数字温度计全程监控，散热片上的温度小于50℃)，有利于电路稳定工作，测量的时间也不算太长。尽量选用稳压值较底的317芯片，如我的放电器选用的是稳压值为1.235V的，这样输入端锂电的电压只要高于3.15V即可得到420mA恒流放电（实测）。选用三个电阻串联成一个电阻的目的其一是将电阻上的功耗分散开，降低发热提高稳定性，其二是在那个精度为1%的电阻上真接测量电压即可测出恒定的放电电流值，而无需将万用表串入到电路中测量电流，这样就得到了更高的放电电流测量准确度。如我实测该电阻上的压降为420mV，则电流为420mV/1Ω=420mA。317上的的最大功耗约在1.25W（用3.7V锂电池放电时），所以要加上散热片。
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放电测量过程：
放电前先将电池充饱(对西门子6618旅充，充到工程模式中的PPV=000)，放电时将数字万用表打到20V档，将两+、-线夹夹在电池引线的两侧。将电池的引线插入到放电器板上的+、-插孔中。然后开始监测放电过程中电池两端的电压，一分钟做一次电压记录。西门子的850mA锂电池在充饱后空载电压在4.10V~4.15V，用420mA恒流放电开始时的端电压在4.08V左右,针对手机而言放电到3.0V时即可认为放电过程结束。
制作电池的放电平台曲线：
将所测的数据录入到Excel电子表格中，便可容易的制作出电池的放电平台。在曲线中能直观的看出电池容量在放电末端的拐点时刻，并计算时此时的电池容量。放电曲线的X坐标轴为放电时间，单位为分钟，Y轴为放恒流放电时的电池端电压，单位为V。以420mA恒流放电为例，则1分钟的放电容量为420mAh/60分=7mAh/分。
截止发贴时我一共测量了5款手机电池的放电曲线，介绍如下：
放电曲线图见：http://www.younet.com/board/picture/view.php?id=39331
放电器实物、接线方法图见：http://www.younet.com/board/picture/view.php?id=39368
第③条曲线，是一款标签为1600mAh的Motorola 820E机的7.2V锂电，内部由两节锂电池串联组成，并有完善的过充、过放保护电路。原先曾拆开过，并做过过充、过放实验。电池类型、使用时间2~3年。从放电曲线上看好像与其它几个锂离子电池有明显的区别，即放电平台很平滑，没有明显的拐点出现，在放电到约5.01V时内部保护电路动作并关断放电回路，放电停止。
第①条曲线为Siemens 6618 的原配850mAh锂离子电池。使用时间一个多月，24小时开机，待机约3天。根据外部实验判定电池内部并未有内置的过充、过放保护电路。曾用自已的恒流充电器最高充至4.35V未见保护电路动作，放电最低至1.8V未见保护电路动作（放电实验见我在宝典里的另一篇贴子：http://www.younet.com/board/bible/files/4353/247882.shtml）。
第④条曲线，其实就是第③条曲线电压值除2转换为单节锂电池后的数据，目的是方便和其它四款电池曲线做比较。
第⑤条曲线，Utstarcom 的400mAh锂离子电池，使用时间1年整，24小时开机，待机时间约一周，内置过充、过放保护电路，放电到约2.28V时自动关断。（此款电池已随机丢失）。
第②条曲线，Utstarcom 的550mAh锂离子电池，使用时间为约3年半，24小时开机，服役正常时待机时间约一周，目前性能已经明显下降，刚退役。内置过充、过放保护电路，放电到约2.39V时自动关断。
第⑥条曲线，Siemens 6686i 原配的650mAh 锂离子电池，使用时间2周，性能完好，估计也没有内置的过充、过放保护电路，所以在放电到2.7V时（一些资料给出的容量耗尽时的最低电压值）就人工终止放电了
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放电曲线的数据分析
从放电平台高低不同的差异来分析，可以看出第①条曲线Siemens的850mAh锂电放电时的电池端电压较高，仅次于第⑥条Siemens 650mAh，即可认为这两款电池的内阻是最小的，估计原因之一是其内部没有保护电路，因为内部保护电路工作时也是有内阻的。内阻越小电池的大电流放电特性就越好。从放电曲线来看，Siemens 850mAh电池的放电平台拐点出现在约3.36V，此时放电时间为113分，已放电池容量=113分×7mAh/分=791mAh。而Siemens 650mAh 电池的放电拐点约在3.4V,则已放电池容量=94分×7mAh/分=658mAh (注：在Excel 中当mouse 指在散点图中的某点时，会有跟随提示框出现指出该点的X、Y坐标值)
第④条曲线是经过转换后的Motorola 单节锂电的放电曲线，其放电平曲线低于Siemens 6618/6686i的原配电池。一般的，电池类型相似时，容量越大的电池其内阻越小，使用时间加长后其内阻会增大，电池容量会降低。以标称容量来看，此款电池的放电平台应高于Siemens的电池。我自己分析的此电池放电平台低于Siemens电池的原因是：其一，该电池组有内置的保护电路而使内阻增大。其二，根据放电截止时的容量(151分×7mAh/分=1057mAh)判定，已经离其标称的1600mAh相距甚远，可以认为这是一款使用时间较长的老电池，因此其内阻也是会较大，由此造成了其单节电池的放电曲线低于Siemens的电池。
第②、⑤条曲线是二个小灵通用的小容量锂电池，众所周知小灵通及其基站的功率都小于手机，所以其电路正常工作时的工作电流是小于手机的。在420mA放电时其负荷有点偏大，且其内部有过充过放保护电路加大了电池的内阻，所以放电曲线平台要远远低于①、④、⑥三条曲线。在此以其自动保护关断时的电压计算其容量（比在拐点处计算略微偏大一点）：400mAh电池的实测容量=58分×7mAh/分=406mAh,550mAh电池的实测容量=43分×7mAh/分=301mAh。可以看出400mAh电池在使用一年后健康状况仍然良好，而550mAh电池的容量只有其标称值的约55%，且其放电平台已经严重偏低了（使用时的症状为充电后使用不久就提示电池没电了，此时其实电量并未用完，但由于电池内阻大而使供给手机的端电压不足，手机电路就会拒绝继续工作了），所以该退休只是它唯一的选择了。在此之前同事一直在为搞不清是电池不行了？还是充电器充电时接触不好？而苦恼。在我测试出放电曲线后就一目了然的给出了判定：电池该退休了！当然充电器接触不好也是确有其病，这正是病多难倒老医生的原因。
综上，从测试出的曲线计算所得的容量来看，Siemens 650mAh 电池是最令我满意的，因为计算值和标称值完全吻合。对Siemens 850mAh略有点不满意，因为容量只有标称的93%，当然这款电池出厂时间比较早，是2002年4月的，好像记得※gumphe※ 哪篇文章中说过锂电一出厂就开始了老化过程，如果这款不是二手电池的话，这也许就是唯一的解释了。
本恒流放电器的优点是廉价、精度高，缺点是得有一只数字万用表配合，另外对3.7V的锂电在电池电压低于3.15V后放电电流会小于420mA（实测在放电到2.7V时电流仍大于380mA，对7.2V的锂电则不存在此问题）,不过我在测试时有一个简单的方法解决这个问题即：用一只4Ah/1.25V的大容量充电电池和手机电池串联起来放电(这种旧电池我手边有很多)，这样在放电时可保证电池电压到2V时仍然恒流为420mA。
2003-05-08 17：13
