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如何評(píng)估電池的續(xù)航時(shí)間呢？

簡(jiǎn)單粗暴的估算方式，就是用電池標(biāo)稱的電量，除以平均電流。但這個(gè)方法其實(shí)不太靠譜。

相信很多人有開(kāi)車的經(jīng)歷，除了土豪，都會(huì)關(guān)心汽車的油耗。在99%的情況下，我們的油耗要高于標(biāo)稱理想油耗。這是因?yàn)闃?biāo)稱油耗有諸多的條件：發(fā)動(dòng)機(jī)需要預(yù)熱、在80km/H勻速的情況下，不能上坡，長(zhǎng)安街式的平整路面，沒(méi)有紅綠燈等等、等等。所以，我們正常的油耗高出20-30%是再正常不過(guò)的事情。所以，有些廠家有“綜合工況” 或“城市路況”的標(biāo)注油耗參考。

同樣，電池在標(biāo)稱電量的時(shí)候，電池廠家往往標(biāo)稱的是“理想電量”。就是用一個(gè)固定的放電率，如0.5C,0.2C 等放電來(lái)測(cè)試電量。 但在智能設(shè)備、特別是NB-IoT 設(shè)備在工作時(shí)，脈沖式的耗電方式就像汽車不斷急加速、剎車、上坡、下坡， 無(wú)情折磨著你的可憐的小電池。

如何相對(duì)準(zhǔn)備地驗(yàn)證電池在實(shí)際工作場(chǎng)景下的工作時(shí)間，而且不需要10年的時(shí)間？

我們可以仿真一個(gè)NB-IoT設(shè)備的實(shí)際電流工作場(chǎng)景，之后對(duì)電池?cái)?shù)十倍、甚至數(shù)百部的加速測(cè)試。

我們來(lái)看下面這張圖，典型的NB-IoT設(shè)備的電流特性。假定在每個(gè)周期的喚醒的2.67ms 中，峰值電流可能高達(dá)300mA以上，平均電流100mA：

耗電量 = 100mA x 2.67mS = 0.267mAS

在接下來(lái)的5秒中的休眠狀態(tài)，電流穩(wěn)定在10uA。耗電量 =0.01mA x 5S = 0.05mAS

因此，80% 的電量用在了Active狀態(tài)，而且峰值高，時(shí)間短、功率大， 對(duì)電池性能摧殘嚴(yán)重。 在休眠狀態(tài)， 耗電低，電流穩(wěn)定， 時(shí)間長(zhǎng)，對(duì)電池性能影響小。 所以， 我們更關(guān)注一下Active狀態(tài)的功耗。

為了仿真NB-IoT 電流的實(shí)際場(chǎng)景，在實(shí)現(xiàn)加速測(cè)試，我們構(gòu)建了以下環(huán)境： 

第一步

利用NB-IoT的基站模擬器，仿真實(shí)際工作場(chǎng)景，再利用N6705+N6781A模塊捕獲電流工作狀態(tài)，特別是Active狀態(tài)的電流波形。

第二步

利用在N6705配套的14585A軟件，將電流波形鏡像反轉(zhuǎn)，變成N6781A模塊的負(fù)載工作時(shí)的任意波形，即吸收電流的波形。請(qǐng)注意，N6781A是一個(gè)雙象限電源，既可以做電源，又可以做負(fù)載。

▲ 使用電流電平觸發(fā)功能，200KSa/s高速采集輸出電流，在軟件中保存波形

▲ 波形鏡像后，使用Arb功能，將翻轉(zhuǎn)后的電流波形下載到N6705電源中，回放剛才開(kāi)機(jī)瞬間的電流波形

第三步

把負(fù)載吸收電流的任意波形進(jìn)行優(yōu)化，例如將休眠時(shí)間減少到5ms，同時(shí)設(shè)置N6781A設(shè)為負(fù)載模式，接上需要驗(yàn)證的電池。利用N6705仿真真實(shí)的負(fù)載，對(duì)電池進(jìn)行測(cè)試。由于休眠狀態(tài)從5秒降低到 5mS，使整個(gè)測(cè)試過(guò)程加快了1000倍！對(duì)于預(yù)測(cè)10年工作時(shí)間的設(shè)備來(lái)說(shuō)，一周之內(nèi)即可完成評(píng)估。

N6705C直流電源分析儀

低功耗和電池分析的神器

利用N6705連續(xù)監(jiān)測(cè)電池的端電壓，可以判斷電池壽命是否已經(jīng)接近終結(jié)。但我們認(rèn)為監(jiān)測(cè)電池可以輸出的最高峰值電流，可能會(huì)更接近與實(shí)際值。這是因?yàn)樵贜B-IoT中，電池壽命終結(jié)絕不是因?yàn)殡娏坑霉饬耍怯捎谟捎趦?nèi)阻等原因，造成瞬間的峰值電流輸出小于設(shè)備需要的最大電流，從而造成誤碼率上升，甚至可能電源觸發(fā)關(guān)機(jī)電路。

因此，如果發(fā)現(xiàn)峰值電流低于設(shè)備正常工作所需的門限值，就意味著電池壽命接近終結(jié)了。N6781A中還有內(nèi)置的電量計(jì)，這樣就可以看到這個(gè)測(cè)試過(guò)程在吸收的總電量值。這實(shí)際上也是可以利用的電池的電量。這個(gè)值肯定會(huì)小于電池的標(biāo)稱電量。

利用以上這種方法，可以相對(duì)準(zhǔn)確地評(píng)估 NB-IoT 在各種不同工作場(chǎng)景、或是混合的工作場(chǎng)景下電池的工作壽命；如果將電池置于不同的溫度環(huán)境中，可以看到溫度對(duì)電池壽命的直接影響；如果再結(jié)合電池的自放電特性，那評(píng)估結(jié)果也將更解決實(shí)際情況了，從而讓你對(duì)真?zhèn)€產(chǎn)品的設(shè)計(jì)更有信息！