为什么电池容量一般用安时(Ah)作为单位,这不科学呀,为什么不用瓦时(Wh)?

首先解释下这两个单位之间的区别,Ah 是一个电量单位(1 安时 = 3600 库伦),Wh 是一个能量单位(1 瓦时 = 3600 焦耳)。那么很显然,这两者之间差了一个因数,也就是电压(以 1 伏特电压放出 1 库伦电量,释放的能量是 1 焦耳)。

日常生活中,我们算家里用了多少电,都是用 kWh 作为单位的。那么 Ah 这个单位有什么用呢?它更多是对于设计电路的人来说有用

一方面在很多直流电路里,计算负载是不考虑功率而是考虑电流的,例如说,我们要用一个 LDO 将电池的供电电压(比如说 3.7V)降低到 1.5V 去给逻辑芯片使用,那么这里我们计算的不是芯片功耗有多少瓦,而是计算它耗电有多少安,因为 LDO无论输入电压如何变化,其输入电流和输出电流总是相差不多的。这时候,如果说我一个电路的平均耗电是 10mA,而我知道我选的电池容量是 3000mAh,那我就可以很容易算出续航是 300 个小时。

另一方面,如果某个系统瞬时电流特别大,需要考虑电池的放电电流能不能支持,而电池的放电电流也是和 Ah 法标注的容量有关系的,通常用C来标注,也就是多少倍的标称容量。例如说一个 3000mAh 的电池,它的最大电流是 5C,那么它实际最大输出电流就是 15000mA。

既然说电池容量用 Ah 来标注,主要是为了方便电路设计者,那为什么在有些场景下它也可以用来展示给消费者呢?前面说到了,Ah 和 Wh 之间的差别就是电压,如果某一类型的产品,全部都用的是差不多的电压,那自然就可以省略掉这个单位转换了。例如手机,你可以去看看手机的电池,标注的标称电压是不是都在 3.6V~3.8V 范围内?既然电压都差不多,那各个品牌都用 Ah 来标注容量,也就没啥问题。

那么,有没有哪些场景是不能使用 Ah 来标注容量的呢?从刚才的分析可以看出来,只要同类型产品的电压不统一,那就没法用 Ah 来标,否则用户就没办法比较到底谁的电池更大

下面举两个例子,

为什么电池容量一般用安时(Ah)作为单位,这不科学呀,为什么不用瓦时(Wh)?
2015 款 MacBook Air 13 的电池标注

这个是 2015 款苹果 MacBook Air 13 的电池,可以看到标称电压是 7.6V,容量是 54.4Wh 或者 7150mAh。

为什么电池容量一般用安时(Ah)作为单位,这不科学呀,为什么不用瓦时(Wh)?
2019 款 MacBook Pro 15 的电池标注

这个是 2019 款苹果 MacBook Pro 15 的电池,可以看到标称电压是 11.4V,容量是 83.6Wh 或者 7336mAh。

很明显,上面这两款电池,如果用 Ah 来比较,似乎容量差不多(前者 7150mAh,后者 7336mAh)。但是如果用 Wh 来比较,后者就是前者的 1.5 倍了(前者 54.4Wh,后者 83.6Wh)。为什么会这样?其实是因为后者的标称电压是前者的 1.5 倍

所以结论就是:当某一类产品的标称电压都差不多的时候,电池容量既可以用 Ah 标注也可以用 Wh 标注,但是厂家倾向于用 Ah。当某一类产品的标称电压各不相等的时候,电池容量就必须要用 Wh 来标注,否则竞品之间根本没法比较。


最后再补充一个知识点,锂电池组的组成方式~

一般而言,我们日常说的锂电池其实是“锂离子电池”,常见的锂电池根据正极材料不同分成两种:一种是金属氧化物锂电池,比如常见的镍 - 锰 - 钴酸锂电池(也叫三元锂电池),电子产品里的什么“锂聚合物电池”一般也是这类,只是中间的电介质不同。另一种是磷酸铁锂电池。

这两类的区别,在于其电压不同,钴酸锂电池的标称电压一般在 3.7V 左右,充满电的电压一般在 4.2V 左右;磷酸铁锂电池的标称电压则是 3.2V 左右,充满电的电压是 3.6V 左右。

把多节锂电池组合起来,就成了锂电池组,如果把两个电池串联起来,就成了 2S1P(两串一并)电池组,这个电池组和单节电池相比呢,是电压翻倍,电量(以 Ah 计)不变;如果把两个电池并联起来,就成了 1S2P(一串两并)电池组,这个电池组和单节电池相比呢,是电压不变,电量翻倍。

例如说上面苹果的两个电池,其实它俩的全貌是这样的:

为什么电池容量一般用安时(Ah)作为单位,这不科学呀,为什么不用瓦时(Wh)?
2015 款 MacBook Air 13 的电池
为什么电池容量一般用安时(Ah)作为单位,这不科学呀,为什么不用瓦时(Wh)?
2019 款 MacBook Pro 15 的电池

可以看出来,Air 的电池其实是 4 个大坨坨,标称电压是 7.6V,那很明显可以推测出,它是 4 节标称电压 3.8V 的电芯组成的 2S2P 电池组;Pro 的电池则是 6 个大坨坨,标称电压是 11.4V,那也可以推测出,它是 6 节标称电压 3.8V 的电芯组成的 3S2P 电池组。