如何评估电池的续航时间呢?

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为无线水表、智能传感器等新型NB-IoT设备定下一个小目标 —— 10年不换电池!

实现小目标难,准确的测试和评估更不容易

毕竟谁也不可能花费10年的时间

在各种工作场景下进行电池续航时间的测试

电池在现代世界中是我们生活中一个重要的组成部分。毫无疑问,从汽车到手机以及其他所有一切用电设备,我们每个人每天都要使用它。

如何评估电池的续航时间呢?

简单粗暴的估算方式,就是用电池标称的电量,除以平均电流。但这个方法其实不太靠谱。

相信很多人有开车的经历,除了土豪,都会关心汽车的油耗。在99%的情况下,我们的油耗要高于标称理想油耗。这是因为标称油耗有诸多的条件:发动机需要预热、在80km/H匀速的情况下,不能上坡,长安街式的平整路面,没有红绿灯等等、等等。所以,我们正常的油耗高出20-30%是再正常不过的事情。所以,有些厂家有“综合工况” 或“城市路况”的标注油耗参考。

同样,电池在标称电量的时候,电池厂家往往标称的是“理想电量”。就是用一个固定的放电率,如0.5C,0.2C 等放电来测试电量。 但在智能设备、特别是NB-IoT 设备在工作时,脉冲式的耗电方式就像汽车不断急加速、刹车、上坡、下坡, 无情折磨着你的可怜的小电池。

如何相对准备地验证电池在实际工作场景下的工作时间,而且不需要10年的时间?

我们可以仿真一个NB-IoT设备的实际电流工作场景,之后对电池数十倍、甚至数百部的加速测试。

我们来看下面这张图,典型的NB-IoT设备的电流特性。假定在每个周期的唤醒的2.67ms 中,峰值电流可能高达300mA以上,平均电流100mA:

耗电量 = 100mA x 2.67mS = 0.267mAS

在接下来的5秒中的休眠状态,电流稳定在10uA。耗电量 =0.01mA x 5S = 0.05mAS

因此,80% 的电量用在了Active状态,而且峰值高,时间短、功率大, 对电池性能摧残严重。 在休眠状态, 耗电低,电流稳定, 时间长,对电池性能影响小。 所以, 我们更关注一下Active状态的功耗。

为了仿真NB-IoT 电流的实际场景,在实现加速测试,我们构建了以下环境: 

第一步

利用NB-IoT的基站模拟器,仿真实际工作场景,再利用N6705+N6781A模块捕获电流工作状态,特别是Active状态的电流波形。

第二步

利用在N6705配套的14585A软件,将电流波形镜像反转,变成N6781A模块的负载工作时的任意波形,即吸收电流的波形。请注意,N6781A是一个双象限电源,既可以做电源,又可以做负载。

▲ 使用电流电平触发功能,200KSa/s高速采集输出电流,在软件中保存波形

▲波形镜像后,使用Arb功能,将翻转后的电流波形下载到N6705电源中,回放刚才开机瞬间的电流波形

第三步

把负载吸收电流的任意波形进行优化,例如将休眠时间减少到5ms,同时设置N6781A设为负载模式,接上需要验证的电池。利用N6705仿真真实的负载,对电池进行测试。由于休眠状态从5秒降低到 5mS,使整个测试过程加快了1000倍!对于预测10年工作时间的设备来说,一周之内即可完成评估。

电池在我们生活中非常重要,但令人惊讶的是,我们大多数人都不知道如何正确存储和保护它。因此,本文列出了一些充分利用电池的提示和技巧,希望对大家有用。

切勿冰冻电池

将电池放入冰箱可以延长使用寿命是一个常见的神话。我们中有很多人可能记得,将几节电量用尽的5号电池放到冰箱里,就可以让Gameboy游戏机再玩几分钟的时间。

然而,这只是一个神话,实际上还有些危险。温度的变化会对许多电池造成伤害,导致内部的液体膨胀或收缩,损坏电池的密封,进而导致有害物质泄漏。

认识电池的差异及不同用途

两种主要的电池是锂电和碱性电池,了解它们之间的区别有助于充分利用电池。锂电池可以充电,因此广泛用在手机和其他设备中。

这种电池性能很高,设计用于反复充电并缓慢释放能量。市场上也有5号和7号可充电锂电池售卖,并且其对环境污染不大。

碱性电池是市场上最常见的售卖品种,电视机遥控器中最常见的就是这种类型。它们更便宜、更经济,但不能充电,因此更适合低功耗工作或偶尔使用的设备。

适当存放电池

如果想让电池达到最大使用寿命,电池的存储就非常重要。许多企业都由于存储不当,导致电池的潜在使用寿命遭受大量损失。

不拆除电池包装是保持其清洁并远离其他金属物体的好方法——金属物体可能导致电池释放掉部分储存能量。

由于温度波动会降低某些电池的性能,并使之产生有害的泄漏,因此最好将电池存放在室温下并远离热源。

如果储存在室温下,圆柱形碱性电池的保质期大约为五年。圆柱形碳电池可维持两年左右。圆柱形锂电池可以储存10至15年。

电池清洁

电池端子上有腐蚀和污垢,可能会大大降低其传输能量的能力,从而使其效率大大降低。上述情况可用外用酒精和棉签清理,但在使用前要等电池完全干燥。保持电池清洁可以大大延长电池寿命,从而获得最大的回报。

旧电池回收

由于旧电池含有许多有害化学物质,我们不应把它丢入垃圾堆,而应回收利用。许多回收中心都接受电池,甚至可能会为较大电池支付费用。

不乱丢弃电池非常重要,而回收是实现这一目标的好方法。在美国,Earth911网站可以为用户提供附近回收中心的名单。

电池测试

装好电池却发现它电量没了,既令人沮丧又浪费时间。为了避免这种情况发生,应在安装前对新电池进行测试。测试电池需要有一台测试仪,而大多数电池测试仪都很便宜,而且可以在任何硬件商店买到。

在安装电池前,确保电池处于正常工作状态,不仅可以节省时间,还可以节省一些钱。

选用原厂或品牌充电器

锂电池要用专用充电器,并遵照指示说明,否则会损坏电池,甚至发生危险。此外,锂电池有可能产生过度充电。

合格的充电器不会产生过度充电(带过充电保护功能),但低质量充电器有可能产生这一情况,而使电池内部温度升到很高,对锂离子电池和充电器有害,导致运行时间缩短,电池过早失效,甚至导致火灾或爆炸危险。

锂电池的调整期

如果新买的手机电池是锂离子,那么前3~5次充电一般称为调整期,应充14小时以上,以保证充分激活锂离子的活性。

锂离子电池没有记忆效应,但有很强的隋性,应给予充分激活后,才能保证以后的使用能达到最佳效能。

电池出厂前,厂家都进行了激活处理,并进行了预充电。如果按照调整期的时间充电后,待机仍严重不足,这种情况下应延长调整期再进行3~5次完全充放电。

电池自放电及活化处理

手机电池都存在自放电。不用时,镍氢电池每天会按剩余容量的1%左右放电,锂电池每天会按0.2%~0.3%放电。在给电池充电时,尽量使用专用插座,不要将充电器与电视机等家电共用插座。

电池的寿命决定于反复充放电次数,所以应尽量避免电池有余电时充电,这样会缩短电池的寿命。手机关机时间超过7天时,应先将手机电池完全放电,充足电后再使用。

如果手机电池放置太长时间(比如三个月)而未用,最好到手机维修部门申请给电池做一个活化处理。

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