設(shè)計(jì)人員在確定物聯(lián)網(wǎng)類型設(shè)備的電池容量時(shí)所做的眾多計(jì)算之一是各種模式下電池的電流消耗。該指標(biāo)適用于設(shè)備，無(wú)論電池是主要的、不可充電的類型，還是次要的、可充電的類型。

使用該數(shù)據(jù)確定系統(tǒng)中的電池壽命似乎是一個(gè)簡(jiǎn)單的計(jì)算，但通常情況并非如此。部分原因是負(fù)載的可變性：在古代，對(duì)于大多數(shù)產(chǎn)品來(lái)說(shuō)，“關(guān)”實(shí)際上意味著“關(guān)”，一個(gè)機(jī)械開(kāi)關(guān)切斷了從電池流向負(fù)載的電流，并且沒(méi)有負(fù)載-當(dāng)產(chǎn)品關(guān)閉時(shí)，電池會(huì)引起放電，期間，故事結(jié)束。

相反，我們現(xiàn)在必須區(qū)分并獲取各種“類似關(guān)閉”狀態(tài)下的電流消耗的數(shù)字，包括靜止、睡眠、休眠、待機(jī)和關(guān)機(jī)模式——而僅僅定義這些可能會(huì)造成混淆。通常，當(dāng)電源不驅(qū)動(dòng)負(fù)載時(shí)，靜態(tài)電流在電路的安靜模式下確定。它與關(guān)斷電流不同，關(guān)斷電流是指處于睡眠狀態(tài)的設(shè)備。使用靜態(tài)電流，系統(tǒng)處于空閑狀態(tài)，但隨時(shí)準(zhǔn)備喚醒以采取一些行動(dòng)，這通常是用戶想要的。設(shè)計(jì)人員通常使用靜態(tài)電流來(lái)評(píng)估輕負(fù)載時(shí)的電源耗散，而他們使用關(guān)斷電流來(lái)計(jì)算設(shè)備關(guān)閉時(shí)的電池壽命，但其電池連接到穩(wěn)壓器。

…然后是自放電
一旦確定了這些數(shù)字以及預(yù)期的設(shè)備使用周期，似乎可以計(jì)算出電池容量要求，但事實(shí)并非如此。“角落里的大象”是電池自放電，即使電池完全沒(méi)有連接任何負(fù)載，也會(huì)發(fā)生這種情況。一開(kāi)始很容易被忽略，雖然電池使用新手可能不熟悉它，但對(duì)于低功耗物聯(lián)網(wǎng)類型的應(yīng)用，它可能會(huì)像實(shí)際負(fù)載消耗一樣不利于電池的使用壽命。

自放電不是由于制造缺陷，而是固有的、不可避免的電池特性，盡管不良的制造實(shí)踐和不當(dāng)?shù)奶幚砜赡軙?huì)增加問(wèn)題。這是基本電池化學(xué)、制造、質(zhì)量、存儲(chǔ)、溫度甚至充電狀態(tài)的復(fù)雜功能。由于這些原因，不可能為給定的電池化學(xué)成分提供一個(gè)數(shù)字。

對(duì)于鋰化學(xué)電池，這種自放電量約為每月 1%。這里的限定詞是“on the other of”，因?yàn)樗诠?yīng)商、電池類型甚至來(lái)自單一供應(yīng)商的明顯相似的電池之間存在顯著差異?；镜幕ヂ?lián)網(wǎng)搜索顯示相同標(biāo)稱電池的許多不同數(shù)字。圖 1 顯示了一項(xiàng)評(píng)估，但由于情況的固有性質(zhì)，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)來(lái)自各種知名來(lái)源的令人驚訝的不同數(shù)字。

圖 1：這張大大簡(jiǎn)化的圖表給出了一些電池化學(xué)成分的自放電率的粗略指示；請(qǐng)注意，它不是確定的，因?yàn)樵撝黝}非常復(fù)雜，并且有許多獨(dú)特而細(xì)微的案例。

注意自放電不容易準(zhǔn)確測(cè)量；然而，由于它是一個(gè)非常重要的電池規(guī)格，因此有 DIY 安排以及復(fù)雜的儀器包可以做到這一點(diǎn)，圖 2。

圖 2：測(cè)量自放電的概念看似簡(jiǎn)單，但在實(shí)踐中卻頗具挑戰(zhàn)性。

問(wèn)題在于，自我放電類似于我們對(duì)儲(chǔ)蓄的興趣隨著時(shí)間的推移而復(fù)利，除了相反的方向。一個(gè)百分點(diǎn)甚至一個(gè)小數(shù)點(diǎn)的差異起初可能看起來(lái)并不大，但累積效應(yīng)是顯著的。例如，高端筒管型LiSOCl ₂電池的年自放電率可低至0.7%，40年后仍可保持原有容量的70%以上。相比之下，使用相同化學(xué)物質(zhì)的低質(zhì)量電池每年的自放電率可能高達(dá) 3%，并在十年內(nèi)損失 30% 的容量。即使在最佳條件下，一些電池的標(biāo)稱自放電百分比甚至更高。

對(duì)于超低功耗的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，即使在各種“關(guān)閉”模式下，電池容量的自放電損失也可能與負(fù)載消耗造成的損失相當(dāng)或更大。這是一個(gè)嚴(yán)酷的現(xiàn)實(shí)，在對(duì)電池容量和運(yùn)行時(shí)間進(jìn)行“粗略”計(jì)算時(shí)很容易被忽視，圖 3。

圖 3：這個(gè)定制的“信封背面”墊便于快速評(píng)估，但僅用于粗略估計(jì)。（圖片來(lái)源：作者）

我的永恒電池？
但我對(duì)自放電真正感到困惑的是：我有一個(gè)小廚房秤，1994年制造的（實(shí)際上我同時(shí)買了兩個(gè)，打算送一個(gè)作為禮物，但沒(méi)有發(fā)生；一個(gè)每天使用幾分鐘，而另一個(gè)很少使用），圖 4。

圖 4：Measurement Specialties, Inc. 的這款 5 英寸（13 厘米）低成本食品秤在使用了近 30 年后仍然可以正常工作 - 并且使用原裝電池。（圖片來(lái)源：作者）

它們由 2014 年被 TE Connectivity 收購(gòu)的 Measurement Specialties, Inc. 出售。到那時(shí)，MSI 已經(jīng)從主流的低端消費(fèi)產(chǎn)品轉(zhuǎn)向?qū)Ｗ⒂谂c壓力、振動(dòng)、力、溫度相關(guān)的傳感器技術(shù)、濕度、超聲波、位置和流體，主要用于工業(yè)/商業(yè)應(yīng)用和工業(yè)。

讓我感到困惑的是，這兩種秤仍然可以工作，并且在其 LCD 顯示屏上顯示高對(duì)比度的數(shù)字，（數(shù)字褪色是電池電量減弱的標(biāo)志）。即使秤的使用周期很短，考慮到自放電和軟開(kāi)關(guān)，這仍然是一個(gè)顯著的電池壽命，這意味著某些電路總是消耗電流來(lái)監(jiān)控該開(kāi)關(guān)。我懷疑這個(gè)購(gòu)買時(shí)成本約為 20 美元的產(chǎn)品是否有一個(gè)自放電低于 1% 的高端電池，所以我無(wú)法弄清楚這是怎么可能的，即使在它所處的有利環(huán)境溫度下被儲(chǔ)存了。

我試圖通過(guò)對(duì)較少使用的規(guī)模進(jìn)行非破壞性調(diào)查來(lái)獲得一些見(jiàn)解，但由于其應(yīng)變計(jì)懸臂的機(jī)械布置，只能進(jìn)行部分拆卸。我可以看到小電池，但它被包裹在看起來(lái)像黃色收縮包裝管的東西中，沒(méi)有可見(jiàn)的標(biāo)記（秤的底部產(chǎn)品標(biāo)簽確實(shí)使用了一個(gè)小線索，“鋰”這個(gè)詞）。我真的很想知道這種相對(duì)便宜的秤在近 30 年后如何還能工作，同時(shí)考慮到自放電和睡眠模式的消耗。

我們是否曾經(jīng)因?yàn)槲茨艹浞置枋鲎苑烹姷挠绊懚鴮?dǎo)致設(shè)計(jì)的使用壽命縮短？還是有人無(wú)意中或無(wú)意中用性能較低的電池代替了我們在材料清單上指定的供應(yīng)商和型號(hào)？也許我們的供應(yīng)鏈中出現(xiàn)了假冒或貼錯(cuò)標(biāo)簽的電池（畢竟，功能正常的電池相對(duì)容易偽造）。