何時(shí)在小型電池應(yīng)用中使用可充電電池，并選擇合適的充電方案

1、前言

從啟動(dòng)汽車到為電視遙控器供電，電池提供的動(dòng)力使日常用品成為可能。

然而，并非所有電池都是一樣的。有些額定溫度較低，而另一些則可以提供更高的峰值電流放電率。選擇合適的電池可以減小最終產(chǎn)品的尺寸，延長(zhǎng)其使用壽命并使其更加堅(jiān)固。

在開發(fā)新的血糖監(jiān)測(cè)器電池規(guī)格時(shí)，我們最關(guān)鍵的決定將是電池化學(xué)成分是一次性的還是可充電的。原電池通常更便宜、能量密度更高且使用更簡(jiǎn)單——但也更笨重、浪費(fèi)且容易泄漏?？沙潆婋姵氐男阅芨啥ㄖ疲褂脡勖L(zhǎng)，設(shè)計(jì)更時(shí)尚、更緊湊。

圖 1：典型的一次性電池

圖 2：典型的可充電電池

由于其操作需要額外的組件，可充電電池通常也更昂貴且實(shí)施起來更復(fù)雜。對(duì)于許多設(shè)計(jì)人員來說，這些缺點(diǎn)意味著原代電池是血糖監(jiān)測(cè)儀等應(yīng)用的唯一選擇。但可充電解決方案增加的價(jià)值不僅僅是環(huán)境效益，即使對(duì)于簡(jiǎn)單和廉價(jià)的設(shè)備也是如此。

首先，由于無法為原電池充電，任何使用它們作為電源的手持式顯示器等設(shè)備都必須考慮每小時(shí)消耗的電量，以確定有用設(shè)備運(yùn)行所需的容量次。消費(fèi)者不喜歡每天甚至每周更換設(shè)備上的電池，因此容量要求必須是每日消耗量的數(shù)倍。

為了說明這一事實(shí)，假設(shè)我們正在設(shè)計(jì)一個(gè)用于監(jiān)控工作姿勢(shì)的設(shè)備。該設(shè)備在 4.2 V 電壓下每八小時(shí)使用 50 mAh，并且在更換前可使用 100 小時(shí)。為了使用原電池滿足這些性能目標(biāo)，電池容量必須至少為 625 mAh，才能為設(shè)備提供足夠的電力。

這種未使用的容量增加了我們可以在其他地方使用的設(shè)計(jì)的重量和尺寸。

同時(shí)，可充電電池不需要持續(xù) 100 小時(shí)；它只需要為充電周期之間最壞的使用情況供電。如果設(shè)備在休息期間有 20 小時(shí)的使用時(shí)間，那么我們可以使用 125 毫安時(shí)電池而不是 625 毫安時(shí)電池來設(shè)計(jì)系統(tǒng)。盡管原電池的密度是其可充電電池的三倍，但這種降低的容量需求足以彌補(bǔ)不足。

使用原電池需要考慮的另一個(gè)因素是電池內(nèi)容泄漏，尤其是堿性電池。使用電池時(shí)，會(huì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致電池內(nèi)壓力積聚過多。為了降低成本，一些原電池沒有使用最好的通風(fēng)或可用材料制成。這會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)薄弱的電池隨著時(shí)間的推移可能會(huì)將其內(nèi)容物泄漏到敏感電極上，從而可能永久損壞受影響的設(shè)備。作為設(shè)計(jì)師，為什么要添加另一個(gè)可能會(huì)導(dǎo)致我們的設(shè)備出現(xiàn)故障的向量？

除了對(duì)設(shè)備的潛在危害之外，還必須半定期更換原電池。經(jīng)過數(shù)周的信號(hào)強(qiáng)度不佳之后，我們都不得不更換遙控器中的電池。一旦耗盡，一些原代電池需要特殊的處理方法；所有這些都比可充電的同類產(chǎn)品產(chǎn)生更高的廢物率。隨著世界變得越來越具有生態(tài)意識(shí)，我們應(yīng)該關(guān)注數(shù)百萬人每 100 小時(shí)更換一次電池與使用 2,000 小時(shí)所產(chǎn)生的廢物，這一切都源于我們的設(shè)計(jì)選擇。

圖 3：原代細(xì)胞可能產(chǎn)生的廢物

在應(yīng)對(duì)不斷增長(zhǎng)的能源消耗時(shí)，原代電池處于嚴(yán)重劣勢(shì)。消費(fèi)者喜歡能夠通過在線應(yīng)用程序跟蹤他們的活動(dòng)和其他數(shù)據(jù)。隨著像藍(lán)牙® 低功耗和其他通信標(biāo)準(zhǔn)這樣的東西融入我們的日常生活，能源需求增加而尺寸減小。設(shè)備在不使用時(shí)不再閑置，而是提供定期報(bào)告。此功能會(huì)消耗能量，增加每小時(shí)使用的平均能量。消費(fèi)者總是希望他們的設(shè)備做得更多；可充電電池實(shí)現(xiàn)了這一愿望。

BQ25155和BQ25125等充電器體積小、實(shí)施簡(jiǎn)單且功能強(qiáng)大。借助集成的低壓降穩(wěn)壓器、模數(shù)和 DC/DC 轉(zhuǎn)換器，這些設(shè)備有可能成為全面的電池管理單元。