電池自放電是真實(shí)存在的，但一個(gè)案例讓我感到困惑

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，對于大多數(shù)產(chǎn)品來說，“關(guān)”實(shí)際上意味著“關(guān)”，一個(gè)機(jī)械開關(guān)切斷了從電池流向負(fù)載的電流，并且沒有負(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)電流來評估輕負(fù)載時(shí)的電源耗散，而他們使用關(guān)斷電流來計(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，即使電池完全沒有連接任何負(fù)載，也會(huì)發(fā)生這種情況。一開始很容易被忽略，雖然電池使用新手可能不熟悉它，但對于低功耗物聯(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)評估，但由于情況的固有性質(zhì)，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)來自各種知名來源的令人驚訝的不同數(shù)字。

圖 1：這張大大簡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：測量自放電的概念看似簡單，但在實(shí)踐中卻頗具挑戰(zhàn)性。

問題在于，自我放電類似于我們對儲(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”墊便于快速評估，但僅用于粗略估計(jì)。（圖片來源：作者）

我的永恒電池？
但我對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。（圖片來源：作者）

它們由 2014 年被 TE Connectivity 收購的 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監(jiān)控該開關(guān)。我懷疑這個(gè)購買時(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。

我試圖通過對較少使用的規(guī)模進(jìn)行非破壞性調(diào)查來獲得一些見解，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像黃色收縮包裝管的東西中，沒有可見的標(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？還是有人無意中或無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？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容易偽造）。