電池相關知識

2022-04-16 10:16:17 字數 2100 閱讀 3926

因為要做低功耗相關的開發,裝置供電和系統功耗是關係到裝置續航能力的點,在此,收集一些有關電池方面的基本知識,作為以後開發選型的參考。

市面上的電池多種多樣,他們的出現,滿足了不同領域的需要。現階段,所有的電池都是化學電池,也就說電池的電能來自電池內部物質的化學能,電池充放電對應於電池內部的化學反應。

電池容量=能量密度*電池體積。後者一般是固定大小的,要提高容量,能量密度是關鍵。目前,最常用的電池型別為鋰離子電池,手機、平板、筆記本、手錶以及電動汽車所使用的。鋰離子電池內部的化學能轉化為電能,表現為電子的定向流動,克服內部電池做工。電池能量密度取決於電子的密度,

電池容量(簡寫為c),c=放電電流(恆流 以ma計算)*放電時間(小時 以 h)。例如,一節電池有250mah的電量,那麼就是說,如果以2ma的平均電流向外供電,理論上可以維持125小時。

電池電壓在充滿電時的電壓時最高的,電池平均放電電壓和正負電極材料有關,負極通常是石磨,正極材料有如下三種:

鈷酸鋰|石磨 3.7v

磷酸鐵鋰|石磨 3.3v

尖晶石型錳酸鋰|石磨 4v左右

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這是市面上最常見的電池型別,一般分為1、2、3、5、7號電池,其中,5號(又稱aa電池)和7號(又稱aaa電池)尤為常用。

5號鹼性乾電池容量為600mah~700mah,無論什麼型號的鹼性電池,容量雖有不同,但是輸出電壓均為1.5v。

電池有四個重要部件,正極(陽極,獲得電子),負極(陰極,失去電子),電解質,隔膜。正負極是發生化學反應的地方,電解質是運送僅運送鋰離子的地方。

上圖是鋰離子電池充放電的過程。就放電而言,電流從正極流向負極,電流的方向規定為電子流動方向的反向,那麼電子在外部電路流動的方向是負極到正極,在流動的過程中,對電路做工。那從負極流出的電子是從**來的呢?原因很簡單,金屬鋰在負極失去電子,被氧化成為鋰離子,通過內部電解液向正極轉移。正極材料獲得電子被還原,被內部過來的鋰離子中和。

理想情況下,電解液是鋰離子的載體,而不應該是電子的載體。因此,在沒有外部電路的情況下,電子是無法從負極轉移到正極的,也就是沒有電流流動。

鈕扣電池(button cell battery),大多數鈕扣電池都是一次性電池(不可充電)。按照內部的構造,分為鹼性電池(lr)、鋰錳電池(cr)、氧化銀電池(sr),字母數字後面的是電池的尺寸,像ag3、ag10、cr2016、cr2032,sr44.常用語不便於使用外部電源的小型攜帶式裝置中,例如計算機、手錶、電子體溫計,各種電腦內建的備份電池。以下取自wikipeida。

鋰電池尺寸編號使用iec編號規則,前兩位為數字直徑(單位:mm),後兩位為厚度(單位:0.1mm)

以cr2032為例子,c代表鋰二氧化錳電池成本,r代表圓形,直徑為20mm,厚度約3.2mm,標稱電壓為3v,

對於低功耗無線網路中的裝置來說,儘管平均電流消耗很低,但是瞬時電流可能很高。

當電池處於持續穩定的放電時,即使電池裡面仍然有一些活性材料時,電池會到達它壽命的終點。當,放電速率不是持續的,而是斷斷續續的,或者是低電流週期時,電池裡面活性材料的恢復趕上了材料的消耗速度,可以使得電池恢復它在高放電速率時的活性損失。

乙個避免大電流充電週期的方式是,當節點啟用時,使用乙個大電容作為對收發機的電源,當裝置休眠時,電池給這個電容進行充電。利用大電容作為充電的緩衝,延長電池壽命。

另一種方式是,電池本身有自放電率,即使電池沒有使用,由於內部損耗,電池仍然會損失它的容量。

計算電池在裝置上的使用時間,第乙個就是要規定使用場景。在極低功耗場景的使用中,休眠狀態的電流對電池壽命的影響要大於活動狀態下的電流消耗。

對於射頻傳輸而言,長資料報比短資料報的誤位元速率的可能性大,將射頻功率與傳輸資料報的長短進行等比例的配合,用來減少重傳次數,降低功率。

以上資料來自:newnes.zigbee.wireless.networks.and.transceivers.sep.2008.ebook-ddu.pdf

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