电池容量全解析：从理论到物联网实践，一文掌握核心要点（附Otii工具策略）-电子发烧友网

导语

你是否遇到过智能设备电池「续航缩水」的问题？或是好奇电动汽车为何用「千瓦时」来标注电池容量？全球每年废弃的150亿枚电池中，竟有大量能量未被使用！本文将从理论到实践，深入解析电池容量的评估方法，揭示物联网设备中电池的「隐形」能量浪费，并提供切实可行的电池容量管理策略。

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第一部分：如何评估电池容量——安时（Ah）与瓦时（Wh）

电池容量的评估直接影响设备的效率和使用寿命。安时（Ah）和瓦时（Wh）是两种常见的容量单位，可以如何帮助准确评估电池性能。

电池充电容量 vs. 电池能量容量

电池的容量有两种主要表示方式：

充电容量：通常以安时（Ah）或库仑（C）为单位。

能量容量：通常以瓦时（Wh）为单位，也有的以焦耳（J）表示。

评估设备电池的最常见方法是通过测量电池流出的电流（以安培为单位）。安时（Ah）表示电池在标称电压下能够持续提供电流的小时数。然而，设备使用中电池电压并非恒定，因此简单的安时容量测量并不能完全准确描述电池的性能。

当电池电压波动较大时，使用安时测量可能无法给出精准的电池容量。在这种情况下，能量容量（瓦时）成为更可靠的测量标准。通过同时测量电流和电压，我们可以计算出电池的实际能量消耗。

例如，电动汽车的电池容量通常用千瓦时（kWh）表示，因为电动汽车的电池电压较高，能量容量的评估更加重要。

测量电池能量容量

测量电池的能量容量时，需要同时测量电流和电压。不同于简单的电流测量，能量的计算需要考虑到电压的波动，这对于电池寿命的准确评估至关重要。

技术痛点：瞬时功率计算既重要又复杂。因为电池电压随负载电流而变化。它需要高采样率才能确保准确性，而且它并不像将平均电流乘以平均电压来获得平均功率那么简单。而传统万用表需成对使用才能同时监测电流电压，而专业工具如Otii Arc能实时计算瞬时功率（功率=电流×电压），精准捕捉电池电压随负载波动的复杂曲线。

第二部分：使用物联网设备电池时，隐形’能量浪费有多少？

每年有大量的电池未能得到有效利用，尤其是在物联网设备和消费电子产品中。电池的未使用容量，可能在长期使用中造成设备性能下降，甚至提前需要更换电池。

不同电池有不同的性能特点，选对电池至关重要。除了电池的类型，还需要匹配设备的功耗曲线，确保设备在低功耗的情况下，最大限度地利用电池容量。如果设备功耗与电池特性不匹配，电池中可能会有未被使用的能量，属实浪费了电池的潜力。

除了选择合适的电池外，电池的质量也是关键因素。低质量的电池可能会出现容量衰减、低温下失效等问题。确保电池质量与设备需求相匹配，能够提高电池的使用寿命，避免不必要的浪费。

通过实验发现，很多电池的实际使用容量远低于其标称容量。根据我们实验室的测量，很多电池的未使用容量高达30%-50%。这一现象在物联网设备中尤为常见，尤其是使用纽扣电池的小型设备。

案例分析：物联网设备使用纽扣电池

图2：不同品牌纽扣电池的容量差异

尽管不同品牌的纽扣电池规格相同，实际使用时的容量差异却非常明显。

注意：数据表中的容量值通常是理论最大值，实际使用中，电池的实际容量可能会低得多。如果电池匹配不当或质量不佳，用户最终只能使用其中的一部分电量。上图中的两种电池类型相同，但是实际使用容量相差甚远。如品牌A的电池最终用户只能获得数据表里的16%电量。

此案例不涉及品牌名称，以避免纠纷。如果您对本案例有兴趣，可向小编后台私信分享本案例的研究，也欢迎关注Qoitech中国账号获取更多电池相关文章分享。

第三部分：聚焦电池管理隐患：企业应对策略分析

如果设备的电池容量没有得到充分利用，可能会导致频繁的电池更换和高额的维护费用。

在物联网设备的应用中，电池的浪费可能导致频繁的电池更换，从而增加了维护成本。以每台设备的电池寿命为五年为例（电池容量?使用情况下的电流=电池寿命），假设设备数量为1万台，电池质量没有提前检查或者不匹配的话，电池消耗最差的情况下，客户在电池整个生命周期支付维护成本 1万??2次??300美元（每次更换电池的大约成本，国内成本可能稍低）=600万美元。

此外，电池寿命对企业的整体运营也有影响，尤其是在关键业务场景中，停机时间的增加可能造成巨大损失。根据Gartner报告，停机时间耗费可能高达5600美元/分钟。物联网设备部署完进行软件升级时，对电池寿命的影响也是需要排查和测试的，不然会给企业带来长远的风险。

Otii解决方案

为了提高电池的利用率，企业应选择合适的电池，并对设备进行充分的功耗测试和验证。通过精确测量电池的实际表现，能够有效避免不必要的能量浪费。对于开发人员来说，使用专业的功率分析工具和电池测试工具，能够帮助快速诊断问题，并做出优化。例如，使用Otii Arc Pro等工具，可以实时监测电池的功率消耗，精准捕捉电池电压随负载变化的细节，从而为电池寿命的延长提供有力支持。立即预约技术演示，获取您的专属电池优化方案。

Otii 是来自北欧瑞典的创新型企业Qoitech开发的一款用于嵌入式电子设备的多功能的先进解决方案。Otii被广泛应用于开发者和工程团队的工作中，尤其是在低功耗电子产品的设计、验证和生产阶段。其解决方案被全球多个行业的公司采用，包括医疗、物联网、汽车、消费电子等。

目前Otii已被全球65个国家的3500多家公司使用，比如美国独角兽公司Samsara，全球最大的半导体公司之一意法半导体STMicroelectronics, 飞利浦Philips, 索尼Sony, 欧洲最大的电信运营商德国电信Deutche Telekom 。

Otii（包含Otii Arc和Otii Ace）集功率分析、电池寿命估算、电池选择、电池仿真和能量采集等功能为一体，是一种用于嵌入式电子设备的先进解决方案。

Otii专为开发人员日常的功率分析和测试而设计，可用于跨团队、跨产品线和开发各个阶段的自动化功率测试和优化。

Otii能够精确地提供电源，同时测量电流和电压，还可以作为编程负载，具有恒定电流、功率或者电阻。

Otii可以替代多种传统测量仪器，比如功率分析仪、电源测量单元SMU、电源、数字万用表、电源调试器等多项功能。

Otii随身可携带的体积，超级实用又方便，适合生活中的多个场景下测量。

Otii可以使用电池工具箱和自动化工具箱进行扩展。

图3：Otii仪器- Otii Arc Pro 和Otii Ace Pro