導語

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

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第一部分：如何評估電池容量——安時（Ah）與瓦時（Wh）

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

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（Ah）或庫侖（C）為單位。

能量容量：通常以瓦時（Wh）為單位，也有的以焦耳（J）表示。

評估設(shè)備電池的最常見方法是通過測量電池流出的電流（以安培為單位）。安時（Ah）表示電池在標稱電壓下能夠持續(xù)提供電流的小時數(shù)。然而，設(shè)備使用中電池電壓并非恒定，因此簡單的安時容量測量并不能完全準確描述電池的性能。

當電池電壓波動較大時，使用安時測量可能無法給出精準的電池容量。在這種情況下，能量容量（瓦時）成為更可靠的測量標準。通過同時測量電流和電壓，我們可以計算出電池的實際能量消耗。

例如，電動汽車的電池容量通常用千瓦時（kWh）表示，因為電動汽車的電池電壓較高，能量容量的評估更加重要。

測量電池能量容量

測量電池的能量容量時，需要同時測量電流和電壓。不同于簡單的電流測量，能量的計算需要考慮到電壓的波動，這對于電池壽命的準確評估至關(guān)重要。

技術(shù)痛點：瞬時功率計算既重要又復雜。因為電池電壓隨負載電流而變化。它需要高采樣率才能確保準確性，而且它并不像將平均電流乘以平均電壓來獲得平均功率那么簡單。而傳統(tǒng)萬用表需成對使用才能同時監(jiān)測電流電壓，而專業(yè)工具如Otii Arc能實時計算瞬時功率（功率=電流×電壓），精準捕捉電池電壓隨負載波動的復雜曲線。

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

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)備和消費電子產(chǎn)品中。電池的未使用容量，可能在長期使用中造成設(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，選對電池至關(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，電池中可能會有未被使用的能量，屬實浪費了電池的潛力。

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)量的電池可能會出現(xiàn)容量衰減、低溫下失效等問題。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。

通過實驗發(fā)現(xiàn)，很多電池的實際使用容量遠低于其標稱容量。根據(jù)我們實驗室的測量，很多電池的未使用容量高達30%-50%。這一現(xiàn)象在物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備中尤為常見，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，實際使用時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，實際使用中，電池的實際容量可能會低得多。如果電池匹配不當或質(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，但是實際使用容量相差甚遠。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。如果您對本案例有興趣，可向小編后臺私信分享本案例的研究，也歡迎關(guān)注Qoitech中國賬號獲取更多電池相關(guān)文章分享。

第三部分：聚焦電池管理隱患：企業(yè)應對策略分析

如果設(shè)備的電池容量沒有得到充分利用，可能會導致頻繁的電池更換和高額的維護費用。

在物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的應用中，電池的浪費可能導致頻繁的電池更換，從而增加了維護成本。以每臺設(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1萬臺，電池質(zhì)量沒有提前檢查或者不匹配的話，電池消耗最差的情況下，客戶在電池整個生命周期支付維護成本 1萬??2次??300美元（每次更換電池的大約成本，國內(nèi)成本可能稍低）=600萬美元。

此外，電池壽命對企業(yè)的整體運營也有影響，尤其是在關(guān)鍵業(yè)務場景中，停機時間的增加可能造成巨大損失。根據(jù)Gartner報告，停機時間耗費可能高達5600美元/分鐘。物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備部署完進行軟件升級時，對電池壽命的影響也是需要排查和測試的，不然會給企業(yè)帶來長遠的風險。

Otii解決方案

為了提高電池的利用率，企業(yè)應選擇合適的電池，并對設(shè)備進行充分的功耗測試和驗證。通過精確測量電池的實際表現(xiàn)，能夠有效避免不必要的能量浪費。對于開發(fā)人員來說，使用專業(yè)的功率分析工具和電池測試工具，能夠幫助快速診斷問題，并做出優(yōu)化。例如，使用Otii Arc Pro等工具，可以實時監(jiān)測電池的功率消耗，精準捕捉電池電壓隨負載變化的細節(jié)，從而為電池壽命的延長提供有力支持。立即預約技術(shù)演示，獲取您的專屬電池優(yōu)化方案。

Otii 是來自北歐瑞典的創(chuàng)新型企業(yè)Qoitech開發(fā)的一款用于嵌入式電子設(shè)備的多功能的先進解決方案。Otii被廣泛應用于開發(fā)者和工程團隊的工作中，尤其是在低功耗電子產(chǎn)品的設(shè)計、驗證和生產(chǎn)階段。其解決方案被全球多個行業(yè)的公司采用，包括醫(yī)療、物聯(lián)網(wǎng)、汽車、消費電子等。

目前Otii已被全球65個國家的3500多家公司使用，比如美國獨角獸公司Samsara，全球最大的半導體公司之一意法半導體STMicroelectronics, 飛利浦Philips, 索尼Sony, 歐洲最大的電信運營商 德國電信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)備的先進解決方案。

Otii專為開發(fā)人員日常的功率分析和測試而設(shè)計，可用于跨團隊、跨產(chǎn)品線和開發(fā)各個階段的自動化功率測試和優(yōu)化。

Otii能夠精確地提供電源，同時測量電流和電壓，還可以作為編程負載，具有恒定電流、功率或者電阻。

Otii可以替代多種傳統(tǒng)測量儀器，比如功率分析儀、電源測量單元SMU、電源、數(shù)字萬用表、電源調(diào)試器等多項功能。

Otii隨身可攜帶的體積，超級實用又方便，適合生活中的多個場景下測量。

Otii可以使用電池工具箱和自動化工具箱進行擴展。

圖3：Otii儀器- Otii Arc Pro 和Otii Ace Pro

圖4： Otii應用場景和功能 圖5：Otii應用場景和功能 圖6：Otii軟件功能

圖7：Otii電池工具箱 圖8：Otii電池工具箱可進行電池分析、模擬仿真、和驗證

圖9：Otii自動化工具箱功能 圖10：Otii自動化工具箱使用截圖

結(jié)語

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

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

審核編輯 黃宇