电池寿命决定成败 — Otii解决方案：低温条件下物联网设备电池选购指南

物联网设备正以惊人速度变革多个行业，通过实现实时数据采集、分析与自动化，推动智慧农业、智慧城市和智慧家居等领域的发展。然而，物联网系统的总体拥有成本（TCO）常被低估。虽然硬件、软件及部署等前期费用较为直观，但若忽视电池寿命问题，后续的维护和电池更换成本（主要受电池寿命影响）则可能大幅上升。

电池寿命在物联网系统中作用关键

电池寿命作为物联网隐性成本中的重中之重，必须得到优先考虑。电池寿命未达预期不仅可能引发运营中断，还可能带来环境与社会责任方面的风险。

运营中断

许多物联网设备部署在偏远或难以触及的区域。如果设备因电池寿命不足而频繁需要维护，其TCO将因电池更换、人工干预以及潜在的停机损失而显著增加。譬如，在医疗监控或工业监控等关键场景中，电池故障引起的停机可能导致严重的运营和经济损失，从而影响生产效率、安全性和客户满意度。随着资产追踪在物联网应用中的普及，这一市场价值已达数十亿美元，因此控制电池更换和维护成本尤为重要。

企业的环境责任

如今，企业越来越需要为其环境足迹负责。不当的物联网设备（特别是电池）管理可能损害企业声誉。以国内共享单车中的GPS追踪器为例，其内置电池若长期无人维护和更换，无疑加剧了城市环境问题。自2024年7月18日起，欧盟委员会开始实施新法规，作为欧盟绿色协议的一部分，此举旨在提高区域内产品的能源效率、降低能源消耗和碳排放，同时鼓励制造商推出更具可持续性和成本效益的产品。

低温环境下，电池寿命缩短的幅度

前述内容充分说明了电池寿命的重要性。在众多影响电池寿命的因素中，温度无疑是一个关键外部变量。通常，高温条件下虽然电池内阻降低并能释放更多能量，但同时也会加速自放电和钝化过程，从而严重损害可用容量；而在低温环境中，电池的自放电较低，但由于离子移动减缓和内阻增大，电压下降更明显，同样会对可用容量产生不利影响。

此外，电池性能与内部化学反应密切相关，而这些反应对温度变化极为敏感，从而直接影响电池的容量、寿命以及设备内部组件的功耗。

在数据手册中，电池寿命通常以室温下的理想状态为标准，而现实中，物联网设备和嵌入式系统往往工作在温差较大的环境中。例如，垃圾处理领域的物联网解决方案可能面临温度剧烈波动或长时间处于极端高低温条件，这就为设备设计和电池选择提出了更高要求。

电池寿命优化策略

在产品开发阶段，若忽视电池寿命问题，将浪费大量时间和资源。因此，应在初期设计时从硬件构架、软件开发及电池选择等多角度综合考量电池寿命问题。

电源管理

借助高效的软件设计大幅降低功耗，例如采用低功耗模式、优化通信协议以及减少数据传输，都能有效延长电池使用寿命。同时，固件升级至更节能的版本亦能带来积极效果。

数据处理

降低数据传输频率，并尽可能在本地进行数据处理而非依赖云端，均可降低能耗。经过优化的节能软件还能延长设备的维护周期，从而进一步降低总体拥有成本。

节能组件

在硬件层面，选用低功耗元件（如处理器、传感器和通信模块）对于延长电池寿命至关重要。特别是在设备大部分时间处于待机状态时，这类组件的低能耗特性显得尤为重要。

电池技术

电池的选型对其寿命和可靠性具有重大影响。例如，相较于镍镉电池，锂离子电池不仅拥有更高的能量密度，还能提供更长的使用寿命。尽管锂电池初期投入较高，但从维护、更换频率及风险成本综合考虑，在低温场景下往往更为优选。

注意事项

即便是锂电池，同样会受到低温环境的影响。例如，一款190mAh LiPo电池的工作温度范围为-20°C至+60°C，但数据手册中可能缺乏在该温度区间内的详细性能指标。若缺乏精确预测，温度的微小波动就可能导致电池容量骤降。因此，在设备设计时必须全面评估不同工作状态（待机、睡眠、活跃等）下的功耗，并结合设备在存储、运输及实际使用过程中可能遇到的极端温度进行匹配。

此外，即使是能量密度最高的电池，其实际可用容量通常也难以达到100%。只有当电池与应用的功耗特性高度匹配时，才能尽可能接近这一理论极限。我们的实验室测试表明，由于使用效率不足，通常有30%~50%的电池容量未能得到实际利用。

案例分享

本文分享了在测试锂电池MicroE时的实际经验。尽管数据表显示该电池在零度以下的使用情况无明显问题，但实际测试结果并非如此。

硬件选择：Otii Ace Pro仪器

软件选择：Otii电池工具箱

测试过程：

我们利用Otii Ace Pro仪器和Otii Battery Toolbox，在-10°C、+20°C和+50°C三种温度条件下对该电池性能进行评估。测试场景为采用WiFi通信的智能建筑物联网解决方案。图1、图2和图3分别展示了在各温度下电池内阻与开路电压的测量及分析结果，直观揭示了温度对物联网设备电池性能及寿命的影响。

在图1中，当温度降至-10°C时，电池内部电阻显著增大，导致大部分传感器无法正常工作，甚至无法启动，更不用说数据传输。即便传感器能够启动，较高的内阻也会使电池电压明显下降。为弥补电压下降，设备不得不通过增加电流来维持无线通信供电，进而进一步加剧电压跌落，直至低于MCU的截止电压，最终触发设备重启。在本次测试中，全新190mAh LiPo电池安装于WIFI开发板（Particle Argon）上，在-10°C时竟无法成功连接WiFi，这与电池数据手册中所宣称的“宽广性能范围”形成了鲜明对比。

更多案例分享，请继续关注Qoitech中国。

结论：认识温度对物联网设备电池寿命的深远影响

本文探讨了电池寿命对企业运营的重要性，并着重强调温度作为影响电池寿命的主要因素。为了更准确地预测电池寿命，开发人员需要全面了解并测量设备在不同工作状态（待机、睡眠、活跃等）下的能耗，同时结合设备在存储、运输及实际应用过程中所面临的极端温度进行综合评估。切勿仅依赖电池数据手册，务必在高温或低温等极端条件下进行充分测试。毕竟，即使是某知名品牌的锂电池，凭借其在广泛温度范围内的出色表现而闻名，也未必始终如预期般运行。

如您希望了解Otii产品如何更好地满足团队需求，或需定制解决方案以实现最佳效能，欢迎与Qoitech技术专家预约Otii产品演示，或直接联系我们：[e-mail].

Qoitech中国

聚焦低功耗设计与电池管理｜携手关注低功耗、物联网与电池技术

官网：www.qoitech.cn

经销商：北京力高、深圳力德欣

相关阅读：

案例研究：如何找到合适的电池并确保最大化利用电池容量

网络研讨会：物联网设备如何选择合适的电池

参考资料：

物联网隐藏成本：为何电池寿命应成为首要考量

温度对物联网电池寿命的影响

审核编辑 黄宇