導語

你是否經歷過智能設備電池「續航縮水」的困擾？是否好奇電動汽車為何用「千瓦時」標注電池容量？全球每年廢棄的150億枚電池中，竟有30%-50%的能量從未被使用！本文由Qoitech技術團隊深度解析電池容量的底層邏輯，揭秘物聯網設備「隱形」耗電陷阱，并提供企業級電池管理解決方案。文末附實測案例與工具推薦，助你徹底告別電池焦慮。

更多相關文章歡迎關注Qoitech中國。小編將持續與您一起關注低功耗、物聯網和電池話題。

第一部分：如何評估電池容量- 安時（ampere-hours）與瓦時（watt-hours）

正確評估電池性能對于最大限度地提高設備的效率和壽命至關重要。Qoitech技術專家在本文中詳細解釋了如何進行電池測試和確保評估準確。

電池充電容量 vs. 電池能量容量

電池容量有兩種表示方法：電池充電容量以安培小時 (Ah) 或庫侖 (C) 為單位。電池能量容量以瓦時 (Wh)、焦耳 (J) 甚至卡路里為單位。

評估設備電池使用情況的最簡單方法是測量一段時間內電池流出的電流（以安培為單位）。安時定義為電池在標稱電壓下能夠提供等于放電率的電流的小時數。

注意：此測量的關鍵因素是假設電壓恒定。對于嵌入式和物聯網設備來說，恒定電壓不是常態。然而，這些設備的電池容量通常以安培小時表示，即安時。

如果電池電壓隨時間變化，那么隨時間測量電流將無法提供最準確的電池容量描述。尤其當被測設備使用一個或多個 DC/DC 轉換器，情況更是如此。在電壓變化的情況下，電池電流可能會隨著電池電壓下降而上升。如果被測設備主要是電阻性的，電流將與電池電壓一起下降。使用 DC/DC 轉換器的設備將在電池耗盡時，即電壓下降時，增加從電池中抽取的電流，從而導致放電率不斷增加，直到達到轉換器的欠壓條件。

比較不同電池組電壓的電池容量，需要使用瓦時。通過檢查設備的能耗并測量電流和電壓（分別以安培和伏特為單位），可以計算出所用的能量（以瓦時為單位）。

舉例來說，考慮到電動汽車牽引電池組的電壓各不相同，這些電池組通常以其能量容量來指定（通常以千瓦時 (kWh) 表示）。

測量電池能量容量

通常計算能量需要同時測量電壓和電流，而測量電荷只需要測量電流。

技術痛點：傳統萬用表需成對使用才能同時監測電流電壓，而專業工具如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。瞬時功率計算至關重要，因為電池電壓隨負載電流而變化。它需要高采樣率才能達到準確性，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。

綜上所述，如何精確確定電池性能相當復雜，了解何時使用每個指標至關重要。這一決定很大程度上取決于設備的具體特性和使用場景，特別是它是在可變電壓條件下還是恒定電壓條件下運行。

第二部分：“物聯網設備電池使用案例：如何避免‘隱形’能量浪費？

全球每年至少有150億個原電池被廢棄，即便世界范圍內的電池回收利用方面越做越好，但電池未被充分利用就被丟棄的情況仍不罕見。尤其是在消費電子產品行業來講，更是如此。物聯網設備和醫療領域的企業，尤其應該注意自家的產品說明書上的電池壽命，到底能兌現幾何？很多時候，也并非他們的鍋，設備供應商也不知道電池使用的情況會是如何。

挑選的電池是否合適

• 電池具有特定的性能特征。所以為了充分利用電池容量，電子設備也需要具有與之匹配的功耗曲線。

  
  

  功耗曲線離不開硬件的選擇，軟件和連接的層級，以及設備實際使用情況。假設功耗曲線和電池特性不相匹配，就可能出現一種情況，電池里總有用不上的一部分能量剩下。這一點對于任何應用、任何行業的原電池和充電電池都適用。對于小型IoT物聯網傳感器、智能手表或者電動汽車來說，電池不合適的情況經常會出現。

• 電池質量。在開發項目中，采購元件非常注重可靠性以及降低成本。一般電池是最昂貴的元件之一。所以驗證電池的性能和使用情況是重中之重。業內都知道同批次電池容量差異可能很大，劣質電池在低溫下容量驟減也不是夢。

• 未使用的電池容量。電池利用率從未到達100%，但能盡可能接近100%的電池就是好電池。我們實驗室測試，平均有30%-50%的電池容量從未被使用過。

案例：物聯網設備使用紐扣電池

圖1：品牌A和B在數據表（說明書）和在實際測量功耗時的電池容量數據

盡管這兩種電池類型相同，但是使用容量相差甚遠。數據表顯示的數據通常會顯示用戶可以預期的容量。但是如果匹配不好，或者電池質量較差，那么用戶大概只能使用說明書里的16%（如上圖1中的品牌A電池）。

為避免和電池品牌產生糾紛，所以不提大名。如果您對本案例有興趣，小編稍后將分享該案例的技術基準研究。歡迎關注。

第三部分：電池壽命如何影響企業成本？應對策略揭秘

接上所示，電池容量經常會有一部分未使用。未使用的電池容量會影響產品甚至企業的成敗。作為設備供應商，如果不了解產品與電池能量的匹配程度，就無法保證電池壽命。因為對于客戶來說，隱藏的能量浪費可能意味著無數次昂貴的電池維護和更換，以及代價昂貴的IT停機時間。

假設部署了1萬個用于跟蹤目的的物聯網設備。電池壽命一般是5年。雖然不能保證，但大家會經常使用這個公式得出電池壽命。電池容量?使用情況下的電流=電池壽命。

電池特性假如也從數據表中得出。那么電池消耗情況會按照正態分布。這意味著五年內會至少有兩次更換電池。最壞的情況可能需要客戶在電池整個生命周期支付維護成本 1萬??2??300美元（每次更換電池的大約成本，國內成本可能稍低）=600萬美元。

但如果企業提供的物聯網解決方案用于其他關鍵目的，那么IT停機時間就必須考慮。根據Gartner報告，停機時間耗費可能高達5600美元/分鐘。對于已經部署的物聯網設備進行軟件升級很常見。但如果不檢查升級是否會對電池壽命造成負面影響，會給企業帶來更加長遠的風險。

應對措施

電池容量不是冰冷的數字，而是硬件設計、軟件優化與場景洞察的綜合博弈。Qoitech團隊已助力超3500家企業實現電池利用率的跨越——立即預約技術演示，獲取您的專屬電池優化方案。

開發人員需要深入了解設備在不同使用情況下的表現，并且對電池進行特性分析和驗證。這一點使用Otii Arc和BT電池工具箱可以做到。如果需要進行質量保證和管理，這一點可以使用Otii Arc和AT自動化工具箱可以做到。

Otii儀器（包含Otii Arc和Otii Ace）是一種用于嵌入式電子設備的先進解決方案，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。專為開發人員日常的功率分析和測試而設計，還可以用于跨團隊、跨產品線和開發各個階段的自動化功率測試和優化。

它們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。假如開發人員頭疼于要購買多臺儀器，那么Otii儀器可以解決這個問題。它集功率分析儀、電源測量單元SMU、電源、數字萬用表、電源調試器等所有功能為一體，并且隨身可攜帶的體積超級實用又方便。

Otii作為桌面應用程序，現在已經免費開放了很多功能。Otii工具箱是附加的軟件許可，可以永久購買，也可以按月/年訂閱。目前有兩種工具箱可以選擇（電池工具箱和自動化工具箱），可以提升Otii儀器的功能。

如需討論Otii產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最佳使用效果，歡迎和Qoitech技術人員預約Otii產品演示，或者聯系我們sales@qoitech.com。