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可穿戴 设备为何青睐锂电池电源?

随着生活水平的提高,智能化的普及,智能可 穿戴设备就应运而生了。

 

       智能可 穿戴设备是像衣服和首饰一样,可以持续地穿在身上,具备先进的电路系统、无线联 网及独立处理能力的终端设备。其最重 要的两个特点是可长期穿戴和智能化。

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       物联网 的潜在应用十分广泛,但它们 也有一些共同的重要特征。用于收 集数据的设备需要体积小、易于使 用且几乎随时可供使用。这些要 求可能在可穿戴设备上最为明显,全世界 有数以百万计的人已经在使用可穿戴设备来跟踪活动、监测身 体指标和改善健康。

       为了收集所需的数据,消费者 必须将可穿戴设备持续戴在身上。因此,它们必须小巧而舒适,并能长时间连续工作。

       这产生 了如何为这些设备供电的问题。理想的情况是,它们可 以直接从所处的环境中获得能量,这样它 们可以始终保持有电。虽然我 们已经在降低功耗和改善能量采集上取得了很大进步,但距离 实现理想还有一定差距。在可预见的未来,我们还 需要依靠电池作为主要电源。特别是,为了最 大限度减少由数十亿设备造成的能源浪费,在未来一段时间,可充电 电池应该是首选电源。


可穿戴 设备的电池充电安全


       可穿戴 设备不仅尺寸很受限制,而且由 于需要长期穿戴,舒适性也很重要,因此它 们还必须非常轻,所以电 池就必须尽可能小。不仅如此,IDC和GMI进行的反复研究表明,电池续 航时间是消费者购买电池供电式便捷产品的第一考虑因素。因此,高电池 容量对产品获得成功非常重要。

       同时满 足这两个要求使得电池面临的挑战更加艰巨。幸运的是,锂电池 的许多特性使它们能够克服这一挑战,从而成 为可穿戴设备应用的理想选择。

       首先,它们提供高能量密度,允许系 统设计工程师选择更小更轻的电池,而且能 提供更长的工作时间。同时,锂电池 的工作电压通常为3.7 V,相比之下,镍氢或镍镉电池只有1.2 V。这意味 着锂电池需要更少的电芯(cell),这也有 助于实现更小更轻的系统。另外,它们的 自放电率也远低于基于镍的电池,约为每月2%,而镍氢 和镍镉电池高达每天5%。这样不 仅能够减少充电次数,而且电 池放置很长时间后也能随时再次使用,从而使 系统更加便于客户使用。

       当然,所有技 术都有自身的缺点。例如,锂离子 电池的制造比基于镍的充电电池更复杂,所以价格更贵。但作为 一种大量生产的产品,规模经 济和持续的技术改进正在快速降低其制造成本。

       最近的 头条新闻也显示,锂离子 电池具有更大的潜在安全风险。由于使用易燃电解质,所以如 果充电电压过高或过低都有可能导致起火或爆炸。不过,大多数 锂离子电池都有内部保护电路,可以在 一定程度上防止过压或欠压。但锂离 子电池的充电过程仍然比基于镍的充电电池复杂的多。


锂离子电池:实现舒 适方便的可穿戴设备


1,小电池,长续航时间,高能量密度 
2,更高工 作电压意味着更少的电芯和更小的系统 
3,更慢的自放电:更少的充电次数,随时可供使用


充电挑战


       为避免这些安全问题,锂离子电池需要恒流(CC)、恒压(CV)的充电过程。在此过程中,电池首 先以固定电流充电,直至达到设定电压。然后,充电电 路切换到恒压模式,从而提供必要的电流,以维持设定电压。

       为了获 得最佳充电效果,必须对 电流和电压水平的选择做出精心的权衡。以较高 电压充电可以增加电池容量,但电压 过高会造成电池受压或过充,导致永久损害、不稳定性和危险。同样,较高充 电电流可以加快充电速度,但代价 是减少电池容量:充电电流降低30%可以使 电池储存的电荷量增加10%之多。

       因此,充电电 流通常设置为电池容量(电池能 持续供电一小时的最大电流)的一半,电压设置为每个电芯4.2 V。不过事实证明,使用略 小的充电电流及电压可减缓电池老化,使其能 够以更高的蓄电量度过更多的充电循环。


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