1、电池基础与电动牙刷供电架构：锂电池化学特性、标称电压与放电曲线、牙刷电机负载特性
各位同学好，我是老张。做嵌入式电池管理这块有些年头了。今天咱们开始第一课，聊聊电动牙刷的电池基础。
说实话，电动牙刷看着简单，但电池这块坑不少。我最早做这个项目时，以为不就是个锂电池嘛，结果被放电曲线狠狠教育了一回。嗯，咱们从头捋一遍。
1.1 锂电池化学特性：为什么选它？
电动牙刷用的基本都是锂离子电池，最常见的是钴酸锂或三元材料。为什么选它？说白了就三点：能量密度高、自放电低、没有记忆效应。
你想想看，牙刷就那么点空间，电池塞不进去就完蛋。锂电池的能量密度能做到 150-200 Wh/kg，比镍氢电池高出一倍多。我见过有人用镍氢电池做牙刷，结果续航只有三天，用户骂翻了。
另外，锂电池的自放电率很低，每月大概 2%-5%。这意味着你出差一个月回来，牙刷还有电。镍氢电池呢？一个月能掉 20%。
1.2 标称电压与放电曲线：别被数字骗了
锂电池的标称电压是 3.7V，但这是个平均值。实际充满是 4.2V，放完电大概 3.0V。很多新手以为电池电压是恒定的，这是大错特错。
我给大家看一个典型的放电曲线：
| 电量 (%) | 开路电压 (V) | 负载电压 (V) |
|---|---|---|
| 100 | 4.20 | 4.05 |
| 80 | 3.95 | 3.80 |
| 60 | 3.85 | 3.70 |
| 40 | 3.75 | 3.60 |
| 20 | 3.60 | 3.45 |
| 0 | 3.00 | 2.85 |
注意看，从 100% 到 20%，电压只降了 0.6V。但从 20% 到 0%，电压会断崖式下跌。这就是为什么很多牙刷突然就没电了——你以为还有 20%，其实下一秒就关机。
1.3 牙刷电机负载特性：电流不是恒定的
电动牙刷的电机，一般是直流无刷电机或空心杯电机。它的负载特性很特殊——不是恒定电流，而是脉冲式的大电流。
为什么？因为牙刷工作时，刷毛在牙齿上摩擦，阻力是变化的。你刷门牙和刷后槽牙，电流能差一倍。我实测过，空载时电流 200mA，加载后能飙到 800mA，甚至更高。
这种脉冲负载对电池电压的影响很大。你想想看，电池内阻是固定的，电流突然变大，电压就会瞬间跌落。如果这时候你采样电压算电量，结果肯定不准。
// 一个简单的电流采样示例
// 注意：不能只采一次，要多次平均
uint32_t current_sum = 0;
for(int i = 0; i < 10; i++) {
current_sum += adc_read_current();
delay_ms(2); // 避开电机换向瞬间
}
uint16_t avg_current = current_sum / 10;
这段代码是我早期项目里用的。当时没加延时，采到的电流忽高忽低，电量估算像抽风一样。后来加了 2ms 延时，避开换向尖峰，数据才稳定下来。
1.4 供电架构：从电池到电机
电动牙刷的供电架构，我画个简化的框图：
- 电池 → 3.7V 锂电池，直接供电
- 升压电路 → 把 3.0-4.2V 升到 5V 或 6V，给电机用
- LDO → 降到 3.3V，给 MCU 和蓝牙供电
- 电机驱动 → MOS 管桥，控制电机启停和转速
这里有个关键点：升压电路会引入噪声。电机启动时，升压芯片会拉大电流，导致电池电压出现纹波。如果你在纹波峰值时采样电压，结果会偏高。
1.5 总结：这一章你该记住什么？
好，咱们捋一下重点：
- 锂电池标称 3.7V，实际范围 3.0-4.2V
- 放电曲线不是线性的，20% 以下是悬崖区
- 电机负载是脉冲式的，电流变化大
- 采样电压要避开电机工作时刻，或者做滤波
下一章咱们会讲电量估算的几种方法，包括开路电压法、库仑计数法，还有我踩过的那些坑。到时候见。
—— 老张，公众号:蓝海资料掘金营，微信deep3321