【经验】朗升（LONGSING）国产物联网电池组剩余电量计算方法：产品放电特性及库仑计方式

时间： 2019-03-18 来源：朗升

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朗升科技物联网电池组采用锂亚硫酰氯电池及混合型脉冲电容（HPC）并联方式，并联后电池电压稳定在3.6V~3.65V，只有当电池组电量低于10%之后，电压才会开始下降，直接3.4V容量耗尽后截止放电。传统的锂电池检测电压的方法不适用于恒压电池，针对一次电池的特性，我们提供以下两种电池组剩余电量计算方法：

1) 通过产品放电特性计算剩余电量

2) 采用库仑计方式计算剩余电量

本章主要针对以上两种方法进行详细的说明。

通过产品放电特性计算剩余电量

物联网产品例如水表、燃气表、定位跟踪、停车、智能锁等应用都是系统长时间待机，间歇性自动上报数据或者触发性进入短时间工作（10S~60S），因此可以通过产品的使用场景及各场景下的电流来计算消耗电流，从而例如以下工时计算剩余电流：

剩余电流=电池容量*（100%-电池自放率）*完全放电能力系数- 消耗电量

电池容量

常见的锂亚硫酰氯电池（Li/SOCl2）有18500（4000mAh）、26500（8500mAh）、34615（19000mAh）等型号。锂亚硫酰氯电池的容量密度比锂电池高4~5倍。

电池自放率

朗升物联网电池通过并联方式，其中一个特性是电池自放率远远低于普通的锂电池，一般锂电池的自放率在10%左右（每年），朗升物联网电池组自放率只有2%左右（每年）。

完全放电能力系数

完全放电能力系数主要取决于产品工作的环境温度。例如锂离子电池在-10°以下完全放电能力可能只有10%~20%，这个参数主要由电池材料决定。

朗升采用了专利电池材料，电池具有业界最高的完全放电能力系数，以下为朗升物联网电池组放电系数如下：

· 0~85°： >90%

· -20°~0°：>60%

· -40°~-20°： >30%

消耗电量

根据物联网产品的应用特性，产品消耗电流主要由待机电流、工作电流组成，一般物联网产品消耗电量计算如下：

消耗电量=待机电流*使用时间+每次工作电流*次数

例如最新的NB-IoT物联网水表的用电情况，智能水表采用MCU+NB-IOT的硬件架构，当智能水表空闲时MCU待机（待机功耗10uA），只有等到需要上传数据时开启NB-IOT网络，其中每次上传数据NB-IOT工作时长约15S，NB-IOT工作电流约150mA，假设智能水表每天上传一次数据，根据消耗电量计算公式，NB-IOT水表一年消耗的电量如下：

消耗电量（每年）=10uA/h*24h*365+150mA*15/3600*365=87.6mAh+228.125mAh=315.725mAh

通过库仑计方式计算剩余电量

本节简单介绍库仑计的工作原理，分析了电量计如何针对电池的特性准确报告电量数据。

电量计工作原理

电量计利用外部检流电阻检测电池电流，通过内部ADC将测量结果以电压形式保存在电流寄存器中，然后累计到电流累计寄存器(ACR)中，ACR中保存的结果是以mVh为单位，因此除以检流电阻，还可以计算出电池的绝对剩余电量。

电量计内部带有温度传感器,可测量电池的温度,如果将电池满电量与温度的对应关系写入器件,根据测量的电池温度，就能计算出当前的温度下电池的满电量,电池在不同温度、不同的放电电流情况下所能释放出的电能总量也是不同的，因此，也要将不同电流、不同温度下电池放空后的剩余电量(该部分电量无法释放出来)写入内部寄存器。电池可以以最大允许放电电流范围内的任意值进行放电，如何存储这么多的放电曲线？采用电池供电的系统通常有两种工作模式：正常工作模式和待机模式。因此，只需要将这两种状态下的放电曲线(分别称为有效空电量和待机空电量)保存在内部寄存器中就可以了。

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大虫子 Lv7. 资深专家 2021-05-13

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infinity86 Lv3. 高级工程师 2020-01-20

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Panda Lv8. 研究员 2019-09-09

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