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较真:一节干电池的电流到底是多少?

2017-11-16 John Dunn 阅读:
碱性电池已经成为我们日常生活中理所当然的存在。但是,你有没有像本文作者一样琢磨过这样一个问题:一节碱性电池到底能用多久?本文作者用自制的电池测量夹具,测量出闹钟的秒针走动时5号电池消耗的电流,推断1号电池的使用寿命为。。。

最近我一直在琢磨一个问题,碱性电池到底能使用多长时间?当然,我说的“电池”实际上只是一节干电池。如果电池只输出很小的电流,其使用寿命可否比较长久,比如超过一年?这样可真是名副其实的“老电池”啦。Jthednc

于是我找到一号电池(D型)的参数表,但没看到我想要的参数。公布的数据只是说其使用寿命高达数百小时。而我期望以年为单位的使用寿命,而非以周为单位。Jthednc

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图1:公开的电池使用寿命数据。Jthednc

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我突然想到,我卧室里的闹钟用的就是五号(AA型)碱性电池,使用已超过一年,每天早上定时闹醒我。我想如果能测量出闹钟从AA电池中吸取多少电流,就可以推断出由一号电池供电的设备的电流消耗量。为此我专门做了一个小测试夹具。Jthednc

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图2:电流测量测试夹具。Jthednc

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测试夹具的设计布局示意图如下。Jthednc

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图3:测试夹具的具体示意图。Jthednc

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我是这样将夹具插入到闹钟电池腔中的:Jthednc

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图4:测试夹具安装。Jthednc

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测量结果如下:Jthednc

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图5:用数字万用表测量闹钟消耗的电流。Jthednc

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随着闹钟秒针的走动,数字万用表的电流读数也跟着变化,但基本上是在100μA上下浮动。然而,这个测量方法遇到一个小小的复杂问题。Jthednc

请看闹钟内部的电池布局设计(见下图)。它包含不只是一节AA电池,而是两节,并且是并联的,这是大学教科书里警告我们绝对不能犯的错误。而这个闹钟的电池设计确实如此,也许其中有我们还不明白的道理。Jthednc

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图6:闹钟电池并联的实图。Jthednc

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上次换新电池时,我在闹钟表壳上贴了日期标签。那个日期是十三个月之前,电池已经用了一年多一点。我觉得还过得去。即便只安装一节AA电池,闹钟仍然可以正常工作。因此,我取下一节电池,装上测试夹具,再来测试闹钟消耗的电流。
从原理上推测,在负载均衡的情况下,每个电池的电流应该只是万用表读数的一半,即仅为50μA。从这个数字我就可以估算出一个一号电池供电的设备所消耗的电流有多少。Jthednc

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图7:一号与五号电池的电流比较。Jthednc

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我测试了由碱性电池供电的设备,从数据参数表可以看出,一号电池供电设备的毫安-小时容量相当于五号电池供电设备的七倍。因此,我可以比较有把握地推断出,只要一号电池供电设备消耗的电流不超过7 x 50μ(A350μA),其电池使用寿命应该可以超过一年。Jthednc

当然,这是基于多个不确定的假设而得出的结论,未必准确。即便如此,也比盲目猜测要好。Jthednc

读者朋友,您是否有兴趣自己动手测量一下不同品牌碱性电池的电流并与EDN读者分享您的测试结果?Jthednc

原文刊登在EDN美国网站,参考链接 Der alte battery, 由Jenny Liao编译整理。Jthednc

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John Dunn
John Dunn是资深电子顾问,毕业于布鲁克林理工学院(BSEE)和纽约大学(MSEE)。
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