導(dǎo)語(yǔ)

你是否遇到過(guò)智能設(shè)備電池「續(xù)航縮水」的問(wèn)題？或是好奇電動(dòng)汽車為何用「千瓦時(shí)」來(lái)標(biāo)注電池容量？全球每年廢棄的150億枚電池中，竟有大量能量未被使用！本文將從理論到實(shí)踐，深入解析電池容量的評(píng)估方法，揭示物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備中電池的「隱形」能量浪費(fèi)，并提供切實(shí)可行的電池容量管理策略。

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第一部分：如何評(píng)估電池容量——安時(shí)（Ah）與瓦時(shí)（Wh）

電池容量的評(píng)估直接影響設(shè)備的效率和使用壽命。安時(shí)（Ah）和瓦時(shí)（Wh）是兩種常見(jiàn)的容量單位，可以如何幫助準(zhǔn)確評(píng)估電池性能。

電池充電容量 vs. 電池能量容量

電池的容量有兩種主要表示方式：

充電容量：通常以安時(shí)（Ah）或庫(kù)侖（C）為單位。

能量容量：通常以瓦時(shí)（Wh）為單位，也有的以焦耳（J）表示。

評(píng)估設(shè)備電池的最常見(jiàn)方法是通過(guò)測(cè)量電池流出的電流（以安培為單位）。安時(shí)（Ah）表示電池在標(biāo)稱電壓下能夠持續(xù)提供電流的小時(shí)數(shù)。然而，設(shè)備使用中電池電壓并非恒定，因此簡(jiǎn)單的安時(shí)容量測(cè)量并不能完全準(zhǔn)確描述電池的性能。

當(dāng)電池電壓波動(dòng)較大時(shí)，使用安時(shí)測(cè)量可能無(wú)法給出精準(zhǔn)的電池容量。在這種情況下，能量容量（瓦時(shí)）成為更可靠的測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)。通過(guò)同時(shí)測(cè)量電流和電壓，我們可以計(jì)算出電池的實(shí)際能量消耗。

例如，電動(dòng)汽車的電池容量通常用千瓦時(shí)（kWh）表示，因?yàn)殡妱?dòng)汽車的電池電壓較高，能量容量的評(píng)估更加重要。

測(cè)量電池能量容量

測(cè)量電池的能量容量時(shí)，需要同時(shí)測(cè)量電流和電壓。不同于簡(jiǎn)單的電流測(cè)量，能量的計(jì)算需要考慮到電壓的波動(dòng)，這對(duì)于電池壽命的準(zhǔn)確評(píng)估至關(guān)重要。

技術(shù)痛點(diǎn)：瞬時(shí)功率計(jì)算既重要又復(fù)雜。因?yàn)殡姵仉妷弘S負(fù)載電流而變化。它需要高采樣率才能確保準(zhǔn)確性，而且它并不像將平均電流乘以平均電壓來(lái)獲得平均功率那么簡(jiǎn)單。而傳統(tǒng)萬(wàn)用表需成對(duì)使用才能同時(shí)監(jiān)測(cè)電流電壓，而專業(yè)工具如Otii Arc能實(shí)時(shí)計(jì)算瞬時(shí)功率（功率=電流×電壓），精準(zhǔn)捕捉電池電壓隨負(fù)載波動(dòng)的復(fù)雜曲線。

第二部分：使用物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備電池時(shí)，隱形’能量浪費(fèi)有多少？

每年有大量的電池未能得到有效利用，尤其是在物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備和消費(fèi)電子產(chǎn)品中。電池的未使用容量，可能在長(zhǎng)期使用中造成設(shè)備性能下降，甚至提前需要更換電池。

不同電池有不同的性能特點(diǎn)，選對(duì)電池至關(guān)重要。除了電池的類型，還需要匹配設(shè)備的功耗曲線，確保設(shè)備在低功耗的情況下，最大限度地利用電池容量。如果設(shè)備功耗與電池特性不匹配，電池中可能會(huì)有未被使用的能量，屬實(shí)浪費(fèi)了電池的潛力。

除了選擇合適的電池外，電池的質(zhì)量也是關(guān)鍵因素。低質(zhì)量的電池可能會(huì)出現(xiàn)容量衰減、低溫下失效等問(wèn)題。確保電池質(zhì)量與設(shè)備需求相匹配，能夠提高電池的使用壽命，避免不必要的浪費(fèi)。

通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，很多電池的實(shí)際使用容量遠(yuǎn)低于其標(biāo)稱容量。根據(jù)我們實(shí)驗(yàn)室的測(cè)量，很多電池的未使用容量高達(dá)30%-50%。這一現(xiàn)象在物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備中尤為常見(jiàn)，尤其是使用紐扣電池的小型設(shè)備。

案例分析：物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備使用紐扣電池

圖2：不同品牌紐扣電池的容量差異

盡管不同品牌的紐扣電池規(guī)格相同，實(shí)際使用時(shí)的容量差異卻非常明顯。

注意：數(shù)據(jù)表中的容量值通常是理論最大值，實(shí)際使用中，電池的實(shí)際容量可能會(huì)低得多。如果電池匹配不當(dāng)或質(zhì)量不佳，用戶最終只能使用其中的一部分電量。上圖中的兩種電池類型相同，但是實(shí)際使用容量相差甚遠(yuǎn)。如品牌A的電池最終用戶只能獲得數(shù)據(jù)表里的16%電量。

此案例不涉及品牌名稱，以避免糾紛。如果您對(duì)本案例有興趣，可向小編后臺(tái)私信分享本案例的研究，也歡迎關(guān)注Qoitech中國(guó)賬號(hào)獲取更多電池相關(guān)文章分享。

第三部分：聚焦電池管理隱患：企業(yè)應(yīng)對(duì)策略分析

如果設(shè)備的電池容量沒(méi)有得到充分利用，可能會(huì)導(dǎo)致頻繁的電池更換和高額的維護(hù)費(fèi)用。

在物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的應(yīng)用中，電池的浪費(fèi)可能導(dǎo)致頻繁的電池更換，從而增加了維護(hù)成本。以每臺(tái)設(shè)備的電池壽命為五年為例（電池容量?使用情況下的電流=電池壽命），假設(shè)設(shè)備數(shù)量為1萬(wàn)臺(tái)，電池質(zhì)量沒(méi)有提前檢查或者不匹配的話，電池消耗最差的情況下，客戶在電池整個(gè)生命周期支付維護(hù)成本 1萬(wàn)??2次??300美元（每次更換電池的大約成本，國(guó)內(nèi)成本可能稍低）=600萬(wàn)美元。

此外，電池壽命對(duì)企業(yè)的整體運(yùn)營(yíng)也有影響，尤其是在關(guān)鍵業(yè)務(wù)場(chǎng)景中，停機(jī)時(shí)間的增加可能造成巨大損失。根據(jù)Gartner報(bào)告，停機(jī)時(shí)間耗費(fèi)可能高達(dá)5600美元/分鐘。物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備部署完進(jìn)行軟件升級(jí)時(shí)，對(duì)電池壽命的影響也是需要排查和測(cè)試的，不然會(huì)給企業(yè)帶來(lái)長(zhǎng)遠(yuǎn)的風(fēng)險(xiǎn)。

Otii解決方案

為了提高電池的利用率，企業(yè)應(yīng)選擇合適的電池，并對(duì)設(shè)備進(jìn)行充分的功耗測(cè)試和驗(yàn)證。通過(guò)精確測(cè)量電池的實(shí)際表現(xiàn)，能夠有效避免不必要的能量浪費(fèi)。對(duì)于開(kāi)發(fā)人員來(lái)說(shuō)，使用專業(yè)的功率分析工具和電池測(cè)試工具，能夠幫助快速診斷問(wèn)題，并做出優(yōu)化。例如，使用Otii Arc Pro等工具，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電池的功率消耗，精準(zhǔn)捕捉電池電壓隨負(fù)載變化的細(xì)節(jié)，從而為電池壽命的延長(zhǎng)提供有力支持。立即預(yù)約技術(shù)演示，獲取您的專屬電池優(yōu)化方案。

Otii 是來(lái)自北歐瑞典的創(chuàng)新型企業(yè)Qoitech開(kāi)發(fā)的一款用于嵌入式電子設(shè)備的多功能的先進(jìn)解決方案。Otii被廣泛應(yīng)用于開(kāi)發(fā)者和工程團(tuán)隊(duì)的工作中，尤其是在低功耗電子產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、驗(yàn)證和生產(chǎn)階段。其解決方案被全球多個(gè)行業(yè)的公司采用，包括醫(yī)療、物聯(lián)網(wǎng)、汽車、消費(fèi)電子等。

目前Otii已被全球65個(gè)國(guó)家的3500多家公司使用，比如美國(guó)獨(dú)角獸公司Samsara，全球最大的半導(dǎo)體公司之一意法半導(dǎo)體STMicroelectronics, 飛利浦Philips, 索尼Sony, 歐洲最大的電信運(yùn)營(yíng)商 德國(guó)電信Deutche Telekom 。

Otii（包含Otii Arc和Otii Ace）集功率分析、電池壽命估算、電池選擇、電池仿真和能量采集等功能為一體，是一種用于嵌入式電子設(shè)備的先進(jìn)解決方案。

Otii專為開(kāi)發(fā)人員日常的功率分析和測(cè)試而設(shè)計(jì)，可用于跨團(tuán)隊(duì)、跨產(chǎn)品線和開(kāi)發(fā)各個(gè)階段的自動(dòng)化功率測(cè)試和優(yōu)化。

Otii能夠精確地提供電源，同時(shí)測(cè)量電流和電壓，還可以作為編程負(fù)載，具有恒定電流、功率或者電阻。

Otii可以替代多種傳統(tǒng)測(cè)量?jī)x器，比如功率分析儀、電源測(cè)量單元SMU、電源、數(shù)字萬(wàn)用表、電源調(diào)試器等多項(xiàng)功能。

Otii隨身可攜帶的體積，超級(jí)實(shí)用又方便，適合生活中的多個(gè)場(chǎng)景下測(cè)量。

Otii可以使用電池工具箱和自動(dòng)化工具箱進(jìn)行擴(kuò)展。

圖3：Otii儀器- Otii Arc Pro 和Otii Ace Pro

圖4： Otii應(yīng)用場(chǎng)景和功能 圖5：Otii應(yīng)用場(chǎng)景和功能 圖6：Otii軟件功能

圖7：Otii電池工具箱 圖8：Otii電池工具箱可進(jìn)行電池分析、模擬仿真、和驗(yàn)證

圖9：Otii自動(dòng)化工具箱功能 圖10：Otii自動(dòng)化工具箱使用截圖

結(jié)語(yǔ)

電池管理不僅僅是一個(gè)技術(shù)問(wèn)題，它涉及到硬件設(shè)計(jì)、軟件優(yōu)化和使用場(chǎng)景的綜合考慮。了解電池容量的評(píng)估方法，避免「隱形」的能量浪費(fèi)，對(duì)于提高設(shè)備性能、延長(zhǎng)電池壽命和降低企業(yè)成本至關(guān)重要。如果你，歡迎在評(píng)論區(qū)留言討論。

如果您對(duì)電池管理和優(yōu)化有更多的疑問(wèn)，或需討論Otii產(chǎn)品如何更好滿足您團(tuán)隊(duì)的需求，以及如何定制解決方案以實(shí)現(xiàn)最佳使用效果，歡迎和Qoitech技術(shù)人員預(yù)約Otii產(chǎn)品演示，或者聯(lián)系我們sales@qoitech.com。

審核編輯 黃宇