为便携设备选择合适电池-技术和应用44

2014-05-19 18:18 来源:电子信息网 作者:娣雾儿

为手机、无线穿戴设备、心脏起搏器、无线传感器等电池供电的设备选择合适的电池,是一项既重要但又极具挑战的工作。这不仅需要考虑产品期望的运行时间和对电源的需求,选择和评估市场上可能合适的电池,最重要的是要根据无线终端设备在可能的实际工作环境中,确定电池的运行状态,在一个模拟真实工作状态的环境中, 对备选电池的性能开展精确的评估。

做为手机或iPad 的使用者,我们都会非常关注电池的续航时间。很多厂家也往往会在广告中炫耀有多长的待机时间等等。但就像中国的物价上涨指数一样,用户的使用感受往往离公布的数据相去甚远。事实上,电池的理化特性和不同的设计,造成了放电特性的差别。 而且,无线通信终端特殊的耗电特性, 特别是在工作过程中电流呈现出的不同占空比、大变化幅度的特性,要为它们寻找合适的电池,以确保设计要求的运行时间绝非是简单的课题。本文旨在关注这个过程, 希望能为工程师提供有益的借鉴。

第一步:考虑终端设备期望的运行时间和对电源的需求。

一个最常用,但又不太靠谱的办法是把预计的平均电流乘以期望的运行小时数,以计算出需要的电池容量。之所以说这个办法不太靠谱,是因为在实际使用条件下,如工作温度、峰值电流、峰值电流占空比(峰值电流与静态电流之比)等,都会影响电池的总能量(即容量),并进而影响设备的运行时间。也就是说,用简单的动态电流的数学平均值电流代表大变化范围的动态电流,其结果是用恒定电流的电池容量, 来替代电流大范围动态变化下的电池容量,这将会带来很大的误差和不确定度。根据电池的特性,电池在放电的同时,也在进行电荷恢复。低电流长时间的工作周期是最有利于电荷的恢复,而持续高电流、高占空比、大电流的脉冲放电, 可能会打破这种平衡,从而降低了电池的容量。因此, 同一个电池来说,动态电流的电池容量和恒定电流的电池容量两者并不相同。对于无线终端的设计者,就要充分考虑到其终端的耗电特性, 应该是把短持续的高电流脉冲和低静态电流长时间周期更好地搭配

例如,如果您的设备需要180mA的平均电流,并且想要它运行10小时,您将需要一个1800mAh(毫安小时)的电池。但如果您的设备在10%的运行时间中要拖拽1.7A的峰值电流,而在其余90%的时间内只需要10mA的恒定电流,此时其数学平均值虽然仍为180mA,但此时1800mAh的电池有可能达不到10小时运行时间(取决于电池的化学过程和放电占空比时间)。

程控1

图1 常见的手机耗电电流波形

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