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智能家居中的电池特性介绍

2020-12-31 17:28:16  499 智能家居 电池
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  电池(Battery)指盛有电解质溶液和金属电极以产生电流的杯、槽或其他容器或复合容器的部分空间,能将化学能转化成电能的装置。具有正极、负极之分。随着科技的进步,电池泛指能产生电能的小型装置。如太阳能电池。电池的性能参数主要有电动势、容量、比能量和电阻。利用电池作为能量来源,可以得到具有稳定电压,稳定电流,长时间稳定供电,受外界影响很小的电流,并且电池结构简单,携带方便,充放电操作简便易行,不受外界气候和温度的影响,性能稳定可靠,在现代社会生活中的各个方面发挥有很大作用。
  现在,智能楼宇自动化中加入了越来越多的智能传感器,比如智能猫眼,门铃,便携式摄像头以及烟感等。这些产品通常采用电池供电,如常见的18650锂电池,AA 干电池。那么在电池供电的产品中,如何设计合理的供电方案是延长电池使用时间是重点问题。
  在智能家居产品中,常用的电池类型主要是干电池和锂电池。锂电池又分为18650 圆柱型电池,聚合物锂电池,镍氢电池等。由于电池电压会随着电池使用而降低,对后级电路设计提出了要求。下面是这三种锂电池分别的特性:
  
  无论是哪种类型的锂电池,其放电特性和电量曲线基本一致。下图1是锂电池不同放电率下电压和电量的关系曲线。
  
  图1 锂电池不同放电率电压和电量关系
  从图1中可以看出不同的放电率,电池电压和电量的关系是不同的,同时也和工作温度相关。因此,不能针对电池的电压来判断电池是否有电量。通常情况下,锂电池电压掉到3V时,电池基本没有剩余电量,此时即使通过升压芯片,也无法提供足够的能量供负载使用。
  同时,下图2展示了在不同负载情况下,电池电压和电量的关系。在不同的负载情况下,相同的电池电压, 剩余电池电量也会产生很大的差距。SOC (State of Charge)为锂电池中可用电能的状态,通常以百分比表示。相对荷电状态的范围是0%-100%,电池完全充电时是100%,完全放电时是0%。负载电流又分为脉冲电流和持续电流,在脉冲电流和持续电流放电情况下,电池的放电曲线也会不同,比如MCU, Sub-1G类负载在启动时都会产生脉冲电流,对于LED等为持续电流。
  
  图2 不同负载下电池电压和电量的关系
  另一类应用广泛的电池为纽扣电池和干电池。常见的碱性纽扣电池标称电压为1.5V,锂纽扣电池为3V干电池的工作电压为0.7V~1.5V,当电池放电到电压低于0.7V时将不能正常工作。同时,其恒流放电曲线也和外界环境因素相关。下图3和图4分别为锂纽扣电池和干电池电池的恒流放电曲线:
  
  图3 锂纽扣电池电压和电量关系
  
  图4 干电池电压和电量关系
  从上面两张图可以看出,以3V系统为例,针对纽扣电池,当电池电压下降到2.5V时,电池依然留有剩余电量可以供系统使用。但由于电池电压太低,无法提供足够的电压,为了进一步延长电池使用时间,需要将2.5V电压升压到满足系统工作水平。

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王栋春 2020-12-31 21:12:05
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