评估电池的续航时间的方法介绍

2018-10-06      827 次浏览

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=100mAx2.67mS=0.267mAS

在接下来的5秒中的休眠状态,电流稳定在10uA。耗电量=0.01mAx5S=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。

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