电池寿命是LoRaWAN和NB-IoT设备最重要的设计目标之一。智能电表、远程传感器、资产追踪器或工业监控设备可能需要5年、10年甚至15年无需更换电池。然而，实际电池寿命取决于诸多因素，而不仅仅是标称容量。
要点总结 估算电池寿命最实用的方法是计算整个设备周期的平均电流，然后根据温度、脉冲电流、自放电、电压截止、网络重试和老化情况进行实际降额计算。
对于长寿命工业物联网设备，LiSoCl2 ER 电芯和 ER + HPC 电池组等一次锂电池通常是首选，因为它们具有高能量密度、低自放电率和长使用寿命。
最简单的电池寿命计算公式是：
简单公式 电池续航时间（小时）= 可用电池容量（mAh）/ 平均电流（mA） 电池寿命（年）= 电池寿命（小时）/ 24 / 365
这个公式很有用，但只有在正确测量平均电流的情况下才准确。物联网设备并非始终消耗相同的电流。它们通常大部分时间都处于睡眠模式，然后唤醒以进行感知、处理、无线传输、接收窗口操作、网络活动，有时还会进行重传。
更实用的物联网设备公式
基于周期的配方 平均电流 = 每个循环的总充电消耗量 / 循环时间 Iavg = Σ(I × t) / T
I
当前处于各种工作状态（例如睡眠、检测、发送、接收或调制解调器连接）时的电流
为什么理论电池寿命还不够
理论计算假设条件完美。实际现场部署情况则有所不同。温度变化、信号质量、脉冲电流、电池老化、自放电、钝化以及器件截止电压都会降低可用容量。
实际估算 实际电池寿命 = 理论电池寿命 × 降额系数
工程说明 对于工业物联网项目，工程师在计算电池寿命时不应使用100%的标称电池容量。需要考虑现场条件、网络行为、存储时间和生产波动等因素，留出一定的安全裕度。
2. LoRaWAN 和 NB-IoT 设备中的关键电源状态
计算电池续航时间前，请将设备划分为不同的功耗状态。这样可以避免低估能耗。
典型的物联网电源周期 睡觉
醒醒
传感
MCU处理
TX
接收/监听
再次入睡
睡眠模式
MCU睡眠、传感器待机、稳压器静态电流、漏电流
对于较长的报告间隔来说，这一点至关重要，因为该设备可能超过 99% 的时间都处于休眠状态。
传感器测量
仪表读数、温度、压力、气体传感、GNSS、加速度计或其他传感器
当传感器需要加热、长时间采样或进行GNSS定位时，它们可能成为主要的能耗来源。
MCU处理
唤醒、数据处理、加密、数据包准备、内存写入
通常时间很短，但仍应包含在每个周期中。
传播
LoRaWAN 上行链路或 NB-IoT 数据传输
通常情况下，器件周期中的最大电流峰值
接收/收听
LoRaWAN接收窗口、NB-IoT寻呼、服务器响应或活动定时器
经常被忽略，但却会显著缩短电池寿命
3. 如何计算 LoRaWAN 设备的电池续航时间
LoRaWAN 设备广泛应用于智能电表、环境传感器、停车传感器、工业监控设备和资产追踪系统。对于电池供电的应用，通常选择 A 类模式，因为与监听频率更高的模式相比，它可以最大限度地减少接收时间。
LoRaWAN电池寿命计算公式
Qcycle = Qsleep + Qsensor + Qmcu + Qtx + Qrx1 + Qrx2 + Qretry + Qjoin 平均值 = Qcycle / 周期时间 电池续航时间 = 可用容量 / 平均
量子芯片
MCU唤醒、处理、加密和内存写入所消耗的能量
Qrx1 / Qrx2
上行链路后接收窗口期间消耗的能量
Qretry
已确认消息、上行链路故障或信号质量差造成的额外能量
Qjoin
在预期使用寿命内平均加入或重新加入能量
影响电池寿命的 LoRaWAN 参数
上行链路间隔
较长的间隔时间通常会降低平均电流并延长电池寿命。
有效载荷尺寸
更大的有效载荷可以增加空中传输时间和传输能量。
传播因子
更高的扩散系数会增加空中传输时间，但可能会缩短电池寿命。
发射功率
更高的传输功率会增加上行链路期间的电流消耗。
已确认上行链路
确认和重试可以增加接收和传输能量。
ADR 设置
正确配置的自适应数据速率策略可以减少空中传输时间和功耗。
信号质量
信号覆盖不佳会导致重传次数、高功率传输次数和总通话时间增加。
LoRaWAN 计算结构示例
1测量睡眠电流，包括 MCU、传感器、RTC、存储器和稳压器静态电流。
2测量每次读数时的传感器电流和传感器工作时间。
3测量MCU工作电流和处理时间。
4在实际数据速率和有效载荷设置下测量 LoRa TX 电流和空中传输时间。
5每次上行链路后，包含 RX1 和 RX2 接收窗口。
6针对已确认消息、信号弱、网关覆盖范围和安装条件增加重试余地。
7对自放电、温度、钝化和电压截止情况进行降额处理。
4. 如何计算NB-IoT设备的电池续航时间
NB-IoT 设备使用蜂窝 LPWAN 基础设施，广泛应用于智能燃气表、智能水表、城市基础设施、工业监控和远程设备等领域。电池续航时间不仅取决于设备固件，还取决于网络覆盖范围、运营商设置、PSM、eDRX、附着行为和重传情况。
NB-IoT电池寿命计算公式
Qcycle = Qsleep + Qsensor + Qmcu + Qattach + Qtx + Qrx + Qpsm + Qedrx + Qretry 平均值 = Qcycle / 周期时间 电池续航时间 = 可用容量 / 平均
重要的NB-IoT电源状态
深度睡眠
设备处于非活动状态，MCU、传感器和调制解调器消耗的电流极小。
倾向性评分匹配
省电模式允许设备在睡眠状态下保持注册状态，从而减少频繁重新连接的能量消耗。
eDRX
扩展非连续接收功能允许设备以更长的间隔监听寻呼。
附件/TAU
网络注册和跟踪区域更新活动会消耗大量能量
数据传输
上行链路数据传输，通常具有高峰值电流和可变持续时间
RX/寻呼
下行链路监听、服务器响应、活动计时器或寻呼窗口
网络搜索
信号弱、无信号覆盖或设备反复搜索服务时，能耗较高。
影响电池寿命的NB-IoT参数
报告间隔
更长的间隔时间可以减少调制解调器唤醒和传输的次数。
PSM定时器
更长的PSM可以降低功耗，但实际数值取决于网络支持情况。
eDRX周期
更长的eDRX周期会降低监听频率，但会增加下行延迟。
信号强度
信号弱会增加发射功率、重传次数和网络搜索时间。
有效载荷和协议
MQTT、CoAP、UDP、TCP 和应用层有效载荷格式都会影响传输能量。
流动性
由于基站重新选择和覆盖范围变化，移动设备可能会消耗更多能量。
常见的NB-IoT电池寿命误区
- 假设 PSM 和 eDRX 设置始终完全按照设备要求接受。
- 忽略附着、TAU、活动定时器和网络搜索能量。
- 使用实验室信号条件代替实际现场覆盖。
- 未使用实际的 SIM 卡、运营商网络、天线、外壳和固件进行测量。
- 仅根据标称毫安时 (mAh) 选择电池，而不验证脉冲电流和电压降。
5. LoRaWAN 与 NB-IoT 电池续航时间：有何不同？
图 1. LoRaWAN 和 NB-IoT 设备电池寿命行为差异。 网络类型
使用免许可频谱的低功耗广域网
3GPP规范的蜂窝低功耗广域网（LPWAN）
典型应用
传感器、计量器、停车设备、环境监测、资产追踪
智能电表、城市基础设施、工业监控、资产追踪
功率优化
长睡眠时间、短上行链路、A级运行、优化的ADR和有效载荷
PSM、eDRX、优化连接、更短的激活时间、良好的信号质量
能源风险
长时间通话、高扩散系数、重试、已确认的上行链路
附加能量、覆盖范围差、网络搜索、重传、长时间活动定时器
电池问题
脉冲电流、接收窗口、长期存储、温度
更高的峰值电流、更长的传输时间、电压下降、网络波动
推荐电池
LiSoCl2 ER 电池、ER + HPC 适用于高脉冲应用
LiSoCl2 ER电池，通常与ER+HPC电池组配合使用，用于高脉冲电流
6. LoRaWAN 和 NB-IoT 设备的电池化学成分选择
图 2. ER + HPC 架构为无线物联网传输提供稳定的脉冲电流支持。 两个标称容量相同的电池在实际应用中的性能可能截然不同。长寿命物联网项目必须考虑自放电、温度范围、脉冲能力、电压平台、存储时间、内阻和安全要求等因素。
碱性
成本低廉且易于获取
自放电率较高，低温性能较弱；适用于寿命较短的消费电子产品。
可充电锂离子电池
可充电，适用于高电流
需要充电电路和保护设计；不适用于许多免维护一次电池部署方案。
LiMnO2
稳定的3V输出和良好的脉冲能力
常见于报警器、追踪器、无线设备以及其他需要3V锂电池的应用中。
LiSoCl2 ER
高能量密度、低自放电、长储存寿命、稳定的电压平台
非常适合智能电表、远程传感器和工业物联网；高脉冲应用可能需要额外支持
LiSoCl2 + 高性能计算
结合了长寿命储能和改进的脉冲输出
推荐用于 NB-IoT、GNSS 跟踪器、阀门控制仪表和具有突发电流的无线设备
何时使用ER+HPC电池组
- 具有高峰值传输电流的NB-IoT设备。
- 具有GNSS定位和周期性上行链路的LoRaWAN跟踪器。
- 带阀门控制或电机驱动的智能电表。
- 适用于电压降更为严重的寒冷环境应用。
- 需要 10 年以上使用寿命且具有无线脉冲负载的设备。
7. 工程师必须考虑的降额因素
温度
低温会降低可用容量并增加电压降；高温会加速老化和自放电。
脉冲电流
电池容量可能足够，但如果无法支持调制解调器发射、GNSS启动或阀门驱动脉冲，则会发生故障。
自放电
即使是低自放电率，在10年和15年的部署期内也变得至关重要。
截止电压
当电压低于最低工作电压时，即使设备仍有部分容量，也会停止工作。
钝化
LiSoCl2电池在长时间储存或低电流运行后可能出现电压延迟；必须验证其负载特性和脉冲支持能力。
网络行为
信号覆盖弱、重传以及较长的运行时间会消耗比预期多得多的能量。
可用容量估算 可用容量 = 标称容量 - 自放电损失 - 温度损失 - 不可用残余容量
8. 电池寿命计算实例
示例 1：LoRaWAN 智能水表
电池选项
根据当前规格和尺寸限制，可选择 ER18505、ER26500、ER34615 或定制的 LiSoCl2 电池组
对于该设备，工程师应计算整个 6 小时间隔内的睡眠功耗，加上传感和 MCU 活动功耗，包括 LoRa 传输和两个接收窗口，然后加上重试和温度裕量。
示例 2：NB-IoT 燃气表
电源模式
PSM 已启用，eDRX 取决于下行链路要求
下行链路需求
下行链路报告很少，上行链路报告居多。
电池选项
ER26500、ER34615 或 ER + HPC 电池组适用于高脉冲电流
对于NB-IoT，工程师应使用实际运营商网络进行测试。附着、TAU、活动定时器、信号强度、重传和省电模式行为都会对实际电池寿命产生重大影响。
简易电池寿命计算器
使用此简易计算器可快速估算数值。但它不能替代实际电流测量、温度测试和脉冲电流验证。
电池寿命估算器 计算电池寿命 电池续航时间结果将显示在此处。
9. 电池寿命计算清单
在选择电池之前，请收集以下信息。这些数据有助于电池供应商和设备工程师推荐更安全、更实际的电池解决方案。
传感器电流和持续时间
对于需要进行大量测量的设备而言，这一点至关重要。
无线电发射电流和持续时间
无线通信中的主要能源消耗者
接收电流和收听时间
对 LoRaWAN 接收窗口和 NB-IoT 活动时间至关重要
峰值电流
确定是否需要ER+HPC或其他脉冲支持方案
10. 如何延长 LoRaWAN 和 NB-IoT 设备的电池寿命
固件和网络优化 - 尽可能减少报告频率。
- 优化有效载荷大小，避免不必要的数据字段。
- 正确使用深度睡眠模式，使MCU、传感器、稳压器和调制解调器正常工作。
- 减少 LoRaWAN 应用中不必要的确认消息。
- 根据应用下行链路要求使用 NB-IoT PSM 和 eDRX。
- 使用最终固件和网络验证实际电流消耗。
硬件和电池优化 - 改善天线和安装位置，以减少重试次数。
- 选择适合长寿命一次运行的电池化学成分。
- 验证 TX 和传感器事件期间的峰值电流和电压降。
- 当需要高脉冲电流时，添加 HPC 支持。
- 应用实际的温度和自放电降额。
- 在真实的机箱、天线、温度和网络条件下进行测试。
11. LoRaWAN 和 NB-IoT 设备推荐电池
适用于低功耗 LoRaWAN 传感器 推荐电池方向：ER14250、ER14505、ER18505 或 CR123A，具体取决于电压、电流特性、空间和通信频率。
适用应用：环境传感器、停车传感器、门传感器、无线抄表模块和低占空比监控设备。
适用于智能电表和工业传感器 推荐电池方向：ER26500、ER34615 或定制的 LiSoCl2 电池组。
适用范围：智能水表、智能燃气表、热量表、远程压力传感器、工业监控设备和户外基础设施。
适用于NB-IoT和高脉冲设备 推荐的电池方向：ER + HPC 电池组、ER26500 + HPC、ER34615 + HPC，或带连接器、电线、接线片和外壳的定制电池组。
适用应用：NB-IoT智能电表、GNSS资产跟踪器、阀门控制仪表、工业报警器、冷链跟踪器和远程遥测设备。
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请求电池推荐 查看定制锂电池组 12. 关于 LoRaWAN 和 NB-IoT 电池寿命的常见问题
如何计算物联网设备的电池续航时间？
电池续航时间是通过将可用电池容量除以平均电流来计算的。对于物联网设备，平均电流应包括睡眠、传感、MCU 处理、传输、接收窗口、网络活动、重试和降额等情况。
为什么我的LoRaWAN设备电池续航时间比预期短？
常见原因包括扩频因子过高、信号差、上行链路频繁、消息已确认、重传、睡眠电流过高、温度过低以及电池化学成分不正确。
为什么NB-IoT的功耗比预期高？
由于蜂窝信号弱、频繁的网络连接、较长的活动定时器、PSM/eDRX 配置问题、重传、网络搜索和协议开销，NB-IoT 的功耗可能会增加。
LoRaWAN 比 NB-IoT 更节能吗？
这取决于应用场景、报告间隔、有效载荷、覆盖范围、网络配置和设备设计。LoRaWAN 通常用于低数据量、长间隔的传感器应用。NB-IoT 适用于蜂窝广域部署，但需要仔细优化 PSM、eDRX、信号质量和调制解调器性能。
哪种电池最适合 LoRaWAN 传感器？
对于长寿命的 LoRaWAN 传感器，通常使用 LiSoCl2 ER 电池。如果设备具有更高的脉冲电流、GNSS 功能或频繁的无线脉冲串，则 ER + HPC 电池组可能更合适。
哪种电池最适合NB-IoT设备？
NB-IoT设备通常需要能够支持高峰值电流和长使用寿命的电池解决方案。LiSoCl2 ER电池或ER+HPC电池组常用于智能电表、追踪器和工业物联网设备。
为什么标称电池容量不够用？
标称容量并不能反映所有实际运行条件。可用容量受温度、放电电流、脉冲负载、截止电压、自放电、存储时间、钝化和老化等因素的影响。
我的物联网电池组需要高性能计算资源吗？
HPC（高性能计算）在设备具有高脉冲电流时非常有用，例如NB-IoT传输、GNSS启动、阀门驱动、无线重试或在寒冷环境下运行。它有助于减少电流脉冲期间的电压降。
一台设备真的能靠一块电池工作10年吗？
是的，但前提是系统具有低平均电流、优化的通信行为、合适的电池化学成分、足够的可用容量、低自放电，并在实际现场条件下进行验证。
我应该向电池供应商提供哪些信息？
提供设备电压、睡眠电流、工作电流、峰值电流、TX/RX 持续时间、报告间隔、有效载荷大小、工作温度、目标寿命、最小截止电压、空间限制、连接器要求和认证要求。
结论：电池寿命计算始于实际功率数据
仅凭标称电池容量无法估算 LoRaWAN 和 NB-IoT 的电池寿命。工程师需要计算设备完整循环周期内的平均电流，然后根据温度、自放电、脉冲电流、钝化层、电压截止值和网络行为等因素进行实际的降额计算。
对于长寿命工业物联网项目，LiSoCl2 ER 电池和 ER + HPC 电池组可为智能电表、资产跟踪器、远程传感器和工业监控设备提供可靠的能源解决方案。
