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如何在技术上增加锂电池使用寿命?

如何在技术上增加锂电池使用寿命?

来源:
2021/09/13 15:22
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【摘要】:

  测量解决方案

  本例探讨了第一代电子恒温器,它基于MCU,但需要额外的外部集成电路来测量温度,以及外部振荡器和电池监视器来唤醒MCU。此外,手动校准恒温器是昂贵的。上述第一代解决方案要求电流大于20A,电池寿命仅为2-3年,集成电路总成本超过2美元。它必须重新设计以延长锂电池寿命并降低成本。

  本文所研究的电子恒温器,其有效占空比非常低,因为大部分时间处于待机状态,系统维持的自动唤醒功能用于执行日常任务。与设定值电位器不同,恒温器的温度是每隔几秒测量一次的。根据温度比较和所选的运行方式,系统开启和关闭冷热功能。当温度控制在预期范围内时,系统无操作。新的恒温器设计的一个重要目标是最小化待机电流。为此,我们选择了超低功耗MCU,并运行功耗智能软件。

  单斜率转换在固定点对电容器充电,通过单片机集成的比较器测量已知的参考电阻来测量放电时间。系统对未知电阻重复这个循环。集成计时器自动捕获放电时间,节省电力,并允许CPU关闭放电周期测量。单斜率技术遵循比例原理,消除了与充电电压、充电电容和电阻-电容放电有关的复指数方程。测量时间与放电电阻成正比,且精度与传感器的参考电阻相同,从而消除了昂贵的校准程序。

  触发低压加热/冷却继电器所需的电流为10ms的100mA电流脉冲。据统计,该继电器每小时可触发16次。因此,继电器的有效占空比为0.0044%,近似等于系统电流4.4A。

  从电池的角度来看,我们关心的是触发继电器所需的100mA电流。第一代电子恒温器的电池最初是CR2032按钮。该电池的额定容量为200mAh,固有的超低漏电率每年低于1%,放电曲线非常平坦,这两者都是延长电池寿命的理想选择。CR2032的问题是它有一个大约20的高阻抗,所以它阻止电池为触发冷却和加热系统所需的继电器提供100毫安的电流。虽然所需的100mA脉冲电流只能持续10ms,但这仍然远远超过了纽扣电池的功率。设计者考虑使用大容量电容器(因为成本原因电解电容器是唯一的选择),但由于高泄漏而拒绝了它们。

  更换电池在MCU的应用是一个麻烦,因为电源噪声存在与电池线机械接触。电池更换过程中,在供电电压未完全复位的情况下,经常会出现欠压情况,导致随机故障操作。一个附加的复位电流或电源电压监测器(SVS)可以提供欠压保护,要求单片机在电压低于安全运行范围时进行完全复位。SVS保护需要功率、成本和板空间。采用超低功耗单片机作为替代方法,可实现电压复位(BOR)零功耗保护。

  超低功耗单片机为电子恒温器提供了系统可编程(ISP)闪存和嵌入式仿真逻辑。这些功能通过测试和复位/NMI引脚在应用程序中执行MCU的正常调试。这允许快速开发、灵活的定制和紧急代码更改。我们可以在生产过程中对闪存中的MCU代码进行编程,这样可以减少复杂的应用程序编程,从而降低成本,提高产品质量。如有必要,该设备可以在生产过程中进行电子校准,并存储在闪存中。由于Flash是isp风格的,作为未来的特性,单片机也可以在正常运行的同时记录数据。

  以最小的功耗实现绝对长的电池寿命是许多深度嵌入式应用的共同设计要求。设计了一种基于A单片机(MCU)的电池电子恒温器,并对每微安电流(A)进行了详细设计

 

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