2、电池基础：CR2032纽扣电池与锂电池的化学特性、标称电压、容量单位（mAh）及放电曲线
TinyML 设备的功耗预算通常在微安到毫安级别，电池选型直接决定了设备的工作寿命、体积和成本。在众多电池形态中，CR2032 纽扣电池和软包/圆柱锂电池是 TinyML 原型与量产中最常见的两种电源方案。理解它们的化学体系、标称电压、容量定义方式以及放电曲线的真实含义，是进行能量预算表设计的前提。本节将系统拆解这两类电池的核心参数，并给出工程判断方法。
2.1 化学体系与标称电压：从电化学原理理解电压平台
CR2032 属于锂-二氧化锰（Li-MnO₂）一次电池体系。其正极为二氧化锰，负极为金属锂，电解液为高氯酸锂的有机溶液。开路电压约为 3.3V，标称电压取 3.0V，放电截止电压通常设定为 2.0V。该体系的电化学反应在低电流密度下具有极佳的电压平坦度，但在大电流下极化现象显著，导致可用容量大幅缩水。
锂电池（Li-Po/Li-ion）属于二次电池体系，正极材料常见钴酸锂（LiCoO₂）、磷酸铁锂（LiFePO₄）或三元材料（NMC），负极为石墨或硅碳。标称电压为 3.7V（磷酸铁锂为 3.2V），充电截止电压 4.2V（磷酸铁锂 3.65V），放电截止电压 3.0~3.3V。锂电池的电压平台比 CR2032 更高，且在大电流放电时电压下降更平缓。
2.2 容量单位 mAh 与 Wh：能量计算的两个维度
mAh（毫安时）是电池容量的常用单位，表示电池在特定放电条件下能够提供的电流与时间的乘积。例如，一颗 220mAh 的 CR2032 以 0.5mA 放电，理论上可持续 440 小时。但 mAh 没有考虑电压因素，因此不同电压体系的电池不能直接比较 mAh 数值。
Wh（瓦时）是能量单位，计算公式为：
能量 (Wh) = 容量 (Ah) × 标称电压 (V)
例：CR2032 → 0.220Ah × 3.0V = 0.66Wh
例：400mAh 锂电池 → 0.400Ah × 3.7V = 1.48Wh在 TinyML 能量预算中，建议同时使用 mAh 和 Wh 两个维度：mAh 用于估算电流消耗与电池寿命，Wh 用于对比不同电压体系的能量密度。
| 参数 | CR2032 | 锂电池（Li-Po） | 工程影响 |
|---|---|---|---|
| 标称电压 | 3.0V | 3.7V | 决定供电拓扑（直供/降压） |
| 容量范围 | 210~240mAh | 50~5000mAh | 决定设备体积与寿命 |
| 最大持续放电 | 1~3mA（推荐≤1mA） | 1C~10C（数百mA~数A） | 决定峰值电流能力 |
| 内阻 | 10~30Ω | 30~100mΩ | 影响瞬时压降与效率 |
| 自放电率 | 约1%/年 | 约5~10%/月 | 影响长期待机寿命 |
| 可充电 | 否（一次电池） | 是（500~1000次循环） | 决定产品形态与维护策略 |
2.3 放电曲线解读：平台区、拐点与截止电压
放电曲线是电池在恒流放电条件下电压随时间（或容量）变化的曲线。CR2032 在 0.5mA 小电流放电时，电压从 3.3V 缓慢下降至 3.0V 左右，然后进入一个较长的平台期（约 80% 的容量），最后在接近截止电压时快速跌落。若以 10mA 放电，平台电压会降至 2.5V 以下，且可用容量可能只有标称值的 50%。
锂电池的放电曲线在 3.7V 附近有一个非常平坦的平台，直到放电深度达到 80% 以上才开始明显下降。即使在 1C 倍率下，电压降幅通常不超过 0.3V。这使得锂电池更适合需要稳定电压的 TinyML 应用，尤其是当设备包含射频模块（如 BLE、Wi-Fi）时，瞬时电流可达 100mA 以上。
2.4 实战场景：智能温湿度传感器标签的电池选型
假设我们要设计一个基于 BME280 传感器和 nRF52832 的温湿度标签，每 5 分钟采集一次数据并通过 BLE 广播，平均电流 30µA，峰值电流 15mA（BLE 广播期间），持续 5ms。目标寿命为 1 年。
方案 A：CR2032（220mAh）
- 平均功耗计算：30µA × 24h × 365 = 262.8mAh/年
- 考虑 CR2032 在 30µA 平均电流下的实际可用容量约为标称值的 85%（约 187mAh）
- 结论：262.8mAh > 187mAh，无法满足 1 年寿命
方案 B：CR2032 + 降低采样频率
- 将采样间隔改为 15 分钟，平均电流降至 12µA
- 年消耗：12µA × 8760h = 105mAh
- 结论：105mAh < 187mAh，可以满足 1.5 年寿命
方案 C：120mAh 锂电池（Li-Po）
- 平均电流 30µA 不变，年消耗 262.8mAh
- 锂电池可充电，若配合能量收集（太阳能），可无限期运行
- 若不充电，120mAh 仅能支撑约 5 个月
最终方案：选择 CR2032 并将采样间隔调整为 15 分钟，同时并联 220µF 电容应对 BLE 广播的瞬态电流。实测电压跌落从 0.8V 降至 0.2V，系统稳定运行。
2.5 常见误区与设计复盘
- 误区一：将 CR2032 的标称容量直接用于所有放电条件。实际上，容量与放电电流强相关，10mA 放电时容量可能只有 0.5mA 时的 40%。
- 误区二：忽略锂电池的自放电率。锂电池每月自放电 5~10%，若设备长期闲置，电池可能在 6~12 个月内耗尽。
- 误区三：用 mAh 直接比较不同电压的电池。3.7V 的 200mAh 锂电池能量是 3.0V 的 200mAh CR2032 的 1.23 倍。
- 误区四：未考虑截止电压对 MCU 的影响。CR2032 在 2.0V 截止时，MCU 可能已经无法正常工作（nRF52832 最低工作电压 1.8V），实际可用容量应按照 MCU 截止电压重新评估。