随着电子技术的不断进步,人们日常生活逐渐智能化,便携式电子设备的体积变小和功能的完善,越来越多的便携式电子设备被各种行业和生活场景运用。比如在物联网和无线传感网络中,通常在恶劣的环境大规模的部署设备节点。由于设备节点部署在偏远且环境恶劣的地方,因此对电池进行更换会比较困难,且使用二次电池会增加成本。在电池能量有限的情况下为了降低成本,需要电池长时间的工作或提高能量利用率。本文首先研究了低功耗设备的能源和电池荷电状态(SOC)的研究背景与意义以及国内外现状,并对电池荷电状态的研究现状进行分析,其次对基于碱性电池的原理与组织结构、小电流放电的相关理论知识、放电特性进行详细研究,在此基础上,完成了以下研究内容:(1)研究针对低功耗设备的碱性电池小电流放电特性。对碱性电池进行了恒阻和恒流的小电流放电实验,分析了电池电压、消耗容量、剩余容量、荷电状态及最大容量在电池放电过程中的变化关系,并对这些参数的影响进行了深入分析,发现电池的放电电流对电池特性的影响较大,电池端电压Vt与电池荷电状态SOC变化曲线比较集中,电池端电压Vt与电池电动势EMF的变化关系非常规律,且电池电动势EMF与电池荷电状态SOC具有更好的一致性。(2)提出了一种基于端电压Vt的轻量级SOC评估模型。根据碱性电池的小电流的放电特性,发现了端电压与电池荷电状态的关系曲线,对碱性电池建立了轻量级SOC评估模型,且该模型的计算开销小。分析了用于低功耗设备的现有模型,并通过对碱性电池恒阻放电和无线传感节点放电的实验,来验证本文所提出的Vt-SOC模型和现有模型的验证,从多方面验证了本文提出的荷电状态模型的实用性和准确性。(3)提出一种基于电动势EMF的轻量级荷电状态评估模型(Vt-EMF-SOC)。对电池进行了恒阻、恒流的间歇放电时,发现了端电压Vt与电动势EMF的变化关系,以及电动势EMF与荷电状态SOC的变化关系。对碱性电池恒阻、恒流间歇放电的实验数据进行建模,首先建立了根据电池端电压Vt评估电动势EMF的端电压近似EMF模型,然后建立了根据评估的电动势EMF估计荷电状态SOC的荷电状态SOC评估模型。同样使用碱性电池恒阻放电和无线传感节点放电的实验,来验证了Vt-EMF-SOC模型,并与现有模型进行了对比,从多方面发现基于电动势模型的误差都要比基于端电压建模的误差小,说明Vt-EMF-SOC模型的评估荷电状态SOC的精度更高,同时也说明了基于电动势的轻量级SOC模型,适用于由碱性电池提供电源的低功耗设备的荷电状态评估。