电池续航计算
把电池容量、工作电流和休眠电流折算成平均电流,算出这块电池能撑多久;占空比和可用容量都能调。
标称 1.5V,放到 1.0V 截止时大约能取出七成容量,大电流下还会更少。
平均电流 = 工作电流 × 占空比 + 休眠电流 × (1 − 占空比)。占空比填 100 表示一直工作,填 0 表示只算待机。
预计续航
55 天 14 小时
约 55.6 天(平均 1.050 mA)
不同占空比下的续航
其余条件不变,只改工作时间占比。对比一下「减少唤醒次数」和「降低休眠电流」哪个更有效。
| 占空比 | 平均电流 | 续航 | 折合天数 |
|---|---|---|---|
| 100% | 100.0 mA | 14.0 小时 | 0.58 |
| 50% | 50.0 mA | 28.0 小时 | 1.17 |
| 10% | 10.0 mA | 5 天 19 小时 | 5.81 |
| 1% | 1.050 mA | 55 天 14 小时 | 55.6 |
| 0.1% | 0.150 mA | 389 天 | 389.0 |
| 0% | 0.050 mA | 1166 天 16 小时 | 1167 |
估算之外还要核对的事
标称容量不是你能用完的容量。容量是在 25℃、0.2C 恒流放电到规定截止电压的条件下测出来的。设备截止电压设得高、放电电流大、温度低,实际取出的电量都会少于标称值,所以估算时一定要乘以一个可用比例,而不是拿标称值直接除。
占空比比平均电流更值得先算。传感器每秒唤醒一次、上报一次,工作 20ms、休眠 980ms,平均电流只有工作电流的 2% 左右。很多低功耗设备的续航不是被工作电流拖垮的,而是被休眠时没关干净的 LDO、上拉电阻和指示灯拖垮的。
大电流放电会额外损失容量。铅酸电池的 Peukert 效应最明显:同样标称 7Ah,按 0.35A 放电能撑 20 小时,按 7A 放电只能撑半小时左右。锂电也有类似趋势,只是没那么夸张。估算结果偏乐观时,先怀疑放电倍率。
低温先掉的是可用容量。锂电在 0℃ 以下可用容量会掉两到三成,−20℃ 时可能只剩一半,而且内阻上升会让压降提前触到截止电压。户外设备要按冬季温度重新算一遍,不能只按常温数据选电池。
串联升压、并联增容。两节 3.7V 2600mAh 串联是 7.4V 2600mAh,能量翻倍但容量数字不变;并联是 3.7V 5200mAh。算续航时用 Wh 更不容易搞混:Wh = mAh × V ÷ 1000。
一年以上的估算要算自放电。锂电每月自放 2%–3%,镍氢可以到每月 20% 以上,一次电池则能放几年。当算出来的续航超过一年,自放电和电池老化就成了主导因素,这时更靠谱的做法是实测待机电流,而不是继续优化计算模型。
要按工作电流反查导线和保险丝,用AWG 线规换算;要确认电源压降和线损,用欧姆定律计算;如果发热来自线性稳压器,用LDO 散热计算核对结温。
常见问题
为什么不能直接用容量除以电流?
标称容量是在 25℃、小电流放电到指定截止电压的条件下测出来的。设备截止电压设得高、工作电流大、温度低,能取出的电量都会少于标称值。工具里的「可用比例」就是给这件事留的折扣,默认值按电池类型取,实际项目建议按实测再调。
占空比怎么填?
指一个周期里设备处于工作状态的时间比例。例如每 10 秒唤醒一次、每次工作 200ms,占空比就是 2%。如果设备一直全速运行就填 100%;纯待机就填 0%,此时只按休眠电流计算。
休眠电流为什么会让结果差很多?
假设工作电流 100mA、占空比 1%、休眠电流 0.1mA,平均电流是 1.1mA,休眠电流占了近一成。很多设备的休眠电流被 LDO 静态电流、上拉电阻和电源指示灯抬高到几毫安,续航就会成倍缩短,所以这一项要按实测填。
算出来能撑一年以上,结果可信吗?
不太可信。超过一年时电池自放电(锂电每月 2%–3%)和老化会成为主导,温度循环也会影响实际容量。这时候更靠谱的做法是实测整机待机电流,并考虑把电池换成更大容量或加太阳能补充。
串联、并联电池怎么填?
并联时容量相加、电压不变;串联时电压相加、容量不变。可以直接把并联后的总容量填进容量,把串联后的总电压填进电压。用 Wh 核对更不容易错:Wh = mAh × V ÷ 1000。
温度对续航影响有多大?
锂电在 0℃ 以下可用容量会掉两到三成,−20℃ 可能只剩一半;碱性电池在低温下内阻上升更明显。户外设备要按最低工作温度重新估一次,不能只按常温数据选型。