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如何为物联网设备选择合适的电池

电子设计 ? 2019-01-21 09:51 ? 次阅读

物联网(IoT)依赖于使用自主的,无线连接的传感器来传递有关不断变化的环境条件的数据,这些数据通常位于偏远,难以到达的位置。因此,物联网传感器节点需要能够在多年内提供自己的功率。

尽管物联网传感器节点可能利用能量收集来提供电力,但可用的能量很小且通常不可靠。传感器节点通常需要一些临时存储能量的方式,以便在必须进行读取或无线发送消息时准备就绪。一种选择是提供小型可充电电池或存储电容器。然而,这些存储机构具有其自身的缺点,这些缺点会限制它们的有用性:可充电电池在几百次充电 - 放电循环后磨损并且需要更换,并且超级电容器不仅会随着时间改变它们的特性而且会快速自放电。自放电每天可高达20%,导致大部分转换后的能量被浪费。为了确保在物联网产品的整个使用寿命期间可以提供电力,可能需要使用原电池。可以通过能量收集和存储子系统的组合来补充。通过使用收获,可以在其主电池耗尽并且需要更换或节点本身被丢弃之前延长传感器节点的可用寿命。

传感器节点的功耗曲线趋于遵循一种模型,通过该模型,节点的活动主要局限于短脉冲,通常采用传感器读数,如果读数超出预期范围,则通过无线链路发送警报。在所有其他时间,大多数电子设备将处于低功耗睡眠模式。因此,功耗将表现为一系列脉冲,可能具有不同的高度和持续时间,具体取决于任何时候有多少电路处于活动状态。

电池化学是主要电源的关键考虑因素基于物联网的系统,因为它将与使用模式和整体电路设计强烈相互作用。一些化学品提供长期储能,但受到需求大峰的不利影响,尽管可以通过使用超级电容器在主电池和电路需求之间提供缓冲来解决这个问题。其他化学物质可以提供突然的能量脉冲,以帮助驱动更长距离的RF传输但是不提供如此长的存储寿命,因此限制了传感器节点的使用寿命。放电电压也是一个重要的考虑因素 - 它将降至低于标称电压,这必须由电路设计处理。例如,电池可能会出现1.5 V的标称输出并且低于标称电压几乎完全放电时为0.9 V.如果电路不能在1 V以下工作,那么电池将无法提供其最大额定能量,因为最终的储液器不能使用。对于大多数化学品而言,衰减通常在放电曲线末端更快,因此可以有效地提取90%的能量。然而,重要的是要检查放电曲线,因为锂电池通常随时间保持比碱性更高的电压。使用电压在其寿命结束时具有更高电压或假设可能浪费10%到20%的电池可能会对使用升压转换器的效率损失进行合理的权衡,从而可以提取几乎所有可用的电容原电池化学成分分为两大类,即基于锂的类和基于锌的类,尽管其中的亚类可具有完全不同的性质。目前生产中有三种主要的锌基化学品。尽管锌空气电池具有高的自放电率,但它们的能量密度几乎达到1.7 MJ/kg,因此通常会被排除在外。通常,细胞仅在几个月内有效。因此,基于二氧化锰和锌粉组合的碱性电池提供了更具吸引力的选择。碱性电池娱乐城白菜论坛已广泛应用于具有与烟雾探测器等物联网传感器节点类似特性的低占空比应用中。单个电池的标称电压为1.5 V,接近完全放电时降至0.9 V以下。各种形状因数的Akaline电池由Energizer和Panasonic制造。

如何为物联网设备选择合适的电池

图1:恒定负载条件下Energizer EN91碱性电池的放电特性。

碱性的替代品是较旧的锌碳娱乐城白菜论坛。然而,这提供了较低的性能,并且通常仅在成本是主要挑战时考虑因为能量密度是碱性的三分之一。与碱性化学物质一样,锌 - 碳往往具有较低的自放电率,允许在长达十年的时间内使用。

另一种变体,尽管由于其使用的贵金属而在较大尺寸下可能成本较高是氧化银,它是基于在阴极中使用氧化银的碱性化学物质。自放电率为每年5%,提供相当长的存储寿命。该化学物质的一个优点是其非常平坦的放电曲线及其提供高峰值功率水平的能力,而不会对有效容量产生不利影响。能量密度通常比碱性电池高约15%。 Energizer提供各种按钮形式的氧化银电池。

锂电池具有多种外形,但最常见的是按钮或纽扣电池格式,用于物联网类应用。 BR形电池通常由碳单氟化物凝胶和锂合金制成。它们提供非常低的自放电特性,因此用于需要非常长的维修间隔和相对低功率要求的应用,例如计量系统。当几乎完全放电时,这种电池的标称电压为3.0 V,低于2.2 V. Panasonic提供的锂电池容量从低于50 mAh到500 mAh或更高。

CR型锂电池用二氧化锰材料代替BR的阴极。该材料具有降低电池内部阻抗的优点。这导致CR单元提供比其BR对应物更高的脉冲电流,其代价是略高的自放电率和高温下的低性能。锂CR电池采用硬币和其他形状因子制造,最初设计用于供应商如Energizer,FDK和Panasonic等便携式相机。锂电池的另一个变体是锂亚硫酰氯化学。这些电池最近比其他锂化学品引入,并提供极低的自放电率,使电池寿命达到20年或更长。制造商Tadiran声称在某些情况下高耐久性产品的使用寿命长达40年。采用该化学物质的电池随着时间的推移受益于非常平坦的放电曲线,使得端子电压在其整个使用寿命期间保持相对恒定。这种电池的标称电压为3.6 V,完全放电电压为2.2 V,尽管只在电池使用寿命结束时才会遇到。电池有硬币/晶圆或圆柱形式,后者通常提供更高的能量密度。

如何为物联网设备选择合适的电池

图2:Tadiran TL-5186(一种使用锂电池)的放电特性亚硫酰氯组成。

物联网传感器节点开发人员可以选择多种原电池,可以将化学成分调整到所需的寿命,突发电流能力和成本特性。随着研究对锌和锂基化学品的进一步改进,可以预期进一步改进,特别是在寿命和自放电性能方面。

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QSD2030F 塑料硅光电传感器

信息QSD2030F PIN光电二极管 封装类型: T-1 3/4(5mm透镜尺寸) 宽接收角,40° 日光过滤器 封装材料和颜色: 黑色环氧树脂 高灵敏度 峰值敏感度l = 880nm
发表于 04-18 20:16 ? 9次 阅读
QSD2030F 塑料硅光电传感器

QRD1113 反射对象传感器

信息QRD1113/14反射对象传感器由一个红外发光二极管和一个NPN硅光敏达林顿放大器并排安装在一个黑色塑料外壳中构成。 轴上的发射器辐射和探测器响应都垂直于QRD1113/14的表面。 只有当探测器的视场中出现反射物或反射表面,二极管发出辐射时,光敏达林顿放大器才会作出响应。 光电晶体管输出 无接触表面感测 未聚焦感测扩散表面 紧凑封装 传感器上的日光过滤器
发表于 04-18 20:16 ? 11次 阅读
QRD1113 反射对象传感器

QRE1113 反射对象传感器

信息QRE1113 光电晶体管输出 无接触表面感测 微型封装 时尚设计: 鸥翼式 两种引脚形式选择: 通孔(QRE1113)SMT鸥翼式(QRE1113GR) 两种封装选择: 管状(QRE1113)卷带和卷盘(QRE1113GR)
发表于 04-18 20:16 ? 15次 阅读
QRE1113 反射对象传感器

QRD1114 反射对象传感器

信息QRD1113/14反射对象传感器由一个红外发光二极管和一个NPN硅光敏达林顿放大器并排安装在一个黑色塑料外壳中构成。 轴上的发射器辐射和探测器响应都垂直于QRD1113/14的表面。 只有当探测器的视场中出现反射物或反射表面,二极管发出辐射时,光敏达林顿放大器才会作出响应。 光电晶体管输出 无接触表面感测 未聚焦感测扩散表面 紧凑封装 传感器上的日光过滤器
发表于 04-18 20:15 ? 11次 阅读
QRD1114 反射对象传感器

XTR105-DIE 具有传感器激励和线性化的 4-20mA 电流发送器

信息描述 XTR105 是一款带有两个精准电流源的单片 4-20mV,2 线制电流发送器。 它提供针对铂 RTD 温度传感器和桥、仪表放大器、和一个单集成电路上的电流输出电路的完整电流激励。多用途线性化电流提供一个对 RTD 的第二阶修正,通常可以实现一个 40:1 的线性改进。 仪器放大器增益可针对宽范围的温度或者压力测量进行配置。 整个电流发送器的总体未调整误差足够低以允许在未经调整的情况下用于很多应用。 这包括零输出电流漂移,和非线性。 XTR105 在环路电源电压上运行。特性 低未调整误差 两个精准电流源 线性化 2 线制或者 3 线制远程电阻温度检测器 (RTD) 操作 低偏移漂移 低输出电流噪声 高电源抑制 (PSR) 高共模抑制 (CMR) 宽电源电压...
发表于 04-18 20:10 ? 21次 阅读
XTR105-DIE 具有传感器激励和线性化的 4-20mA 电流发送器

AC1361 CJC传感器

信息产品分类接口和隔离 IOS子系统Additional 6B Resources: Accessories, Backplanes and Power SuppliesSales and Service: North America (SCS Embedded Tech), Rest of World
发表于 04-18 19:15 ? 18次 阅读
AC1361 CJC传感器

AC1345 带CJC传感器的独立模块安装套件

信息产品分类接口和隔离 IOS子系统Additional 3B Resources: Accessories, Backplanes and Power SuppliesSales and Service: North America (SCS Embedded Tech), Rest of WorldDownload a PDF copy of this user manual
发表于 04-18 19:15 ? 20次 阅读
AC1345 带CJC传感器的独立模块安装套件

BQ40Z60 bq40z60 完整多节电池管理器

信息描述德州仪器 (TI) bq40z60 器件是一款可编程的电池管理单元,其集成有电池充电控制输出、电量监测和相关保护功能,能够完全自主地操作 2 至 4 节串联锂离子和锂聚合物电池组。此架构在电量监测处理器与电池充电器控制器之间实现内部通信,从而在系统负载瞬变和适配器电流限制期间根据外部负载条件和电源路径来源管理来优化充电量。可通过 NFET、电感和感测电阻等外部元件针对具体功率传输情况来调节充电电流效率。 该器件提供了电池阵列和系统安全功能,包括电池放电过流、充电短路和放电短路保护,以及针对 N 沟道 FET 的 FET 保护、内部 AFE 看门狗和电池断开连接检测。器件可通过固件提供更多保护 功能, 包括过压、欠压、过热等。特性全集成 2 节至 4 节串联锂离子或锂聚合物电池管理单元Pack+ 上的输入电压范围:2.5V 至 25V电池充电器效率 > 92%电池充电器工作范围:4V 至 25V针对外部 N 沟道场效应晶体管 (NFET) 的电池充电器 1MHz 同步降压控制器软启动,限制浪涌电流外部开关限流保护可编程充电支持 JEITA/增强型充电模式 电量监测用于库伦计数器的 16 位高分辨率积分器16 位模数转换器 (ADC),通过 16 通道多路复用器...
发表于 04-18 19:10 ? 10次 阅读
BQ40Z60 bq40z60 完整多节电池管理器

BQ34Z110 用于铅酸电池的采用 Impedance Track? 娱乐城白菜论坛的宽量程电量测量计

信息描述 德州仪器 (TI) bq34z110 是一款独立于电池串联配置之外工作的电量计解决方案,此解决方案支持铅酸化学电池。 通过一个外部电压转换电路,可支持 4V 至 64V 的电池,可对此电路进行自动控制以减少系统功耗。bq34z110 器件提供几个接口选项,其中包括一个 I2C 从接口、一个 HDQ 从接口、一个或者四个直接 LED 接口、和一个警报输出引脚。 此外,bq34z110 提供对于外部端口扩展器(支持多于四个 LED)的支持。特性 支持铅酸化学电池 使用获得专利的 Impedance Track 娱乐城白菜论坛,用于电压范围为 4V 至 64V 的电池老化补偿 自放电补偿支持的电池容量超过 65Ahr 支持高于 32A 的充放电电流 外部负温度系数 (NTC) 热敏电阻支持 支持两线制 I2C 和与主机系统进行通信的 HDQ 单线制通信接口 安全哈希算法 (SHA)-1,哈希消息认证码 (HMAC) 认证 一个或者四个直接显示控制 五个 LED 和通过端口扩展器的更多显示 精简的功率模式(典型电池组运行范围条件)正常运行:平均值 < 140?A 睡眠模式:平均值 < 64?A 完全睡眠模式:平均值 < 19?A 封装:14 引脚薄型小外形尺寸封装 (TSSOP)电路图、引脚图和封装图...
发表于 04-18 19:10 ? 8次 阅读
BQ34Z110 用于铅酸电池的采用 Impedance Track? 娱乐城白菜论坛的宽量程电量测量计

BQ40Z50 1 节、2 节、3 节和 4 节锂离子电池组管理器

信息描述 bq40z50 器件采用已获专利的 Impedance Track 娱乐城白菜论坛,是一款基于电池组的单芯片全集成解决方案,针对 1 节、2 节、3 节和 4 节串联锂离子或锂聚合物电池组提供电量监测、保护及认证等一些列丰富的功能。bq40z50 器件利用其集成的高性能模拟外设,测量锂离子或锂聚合物电池的可用容量、电压、电流、温度和其他关键参数,保留准确的数据记录,并通过 SMBus v1.1 兼容接口将这些信息报告给系统主机控制器。 bq40z50 器件为主机系统提供最大的功率和电流,从而支持 Turbo 升压模式。 该器件还支持电池跳变点,从而在预设的充电阈值状态向主机系统发送 BTP 中断信号。 bq40z50 针对过压、欠压、过流、短路电流、过载和过热情况,以及其他电池组和电池相关故障提供基于软件的 1 级和 2 级安全保护。具有针对认证码密钥的安全内存的 SHA-1 认证能够识别真正的电池组。这个紧凑的 32 导线 QFN 封装在尽可能地提供电池电量测量应用的功能性和安全性的同时,最大限度地降低解决方案成本和智能电池的尺寸。特性全集成 1 节、2 节、3 节和 4 节串联锂离子或锂聚合物电池组管理器及保护 下一代已获专利的 Impedance Track 娱乐城白菜论坛可准确测量锂离子和锂聚合物电池...
发表于 04-18 19:10 ? 6次 阅读
BQ40Z50 1 节、2 节、3 节和 4 节锂离子电池组管理器

BQ27545-G1 单节、电池组端 Impedance Track 电量监测计

信息描述bq27545-G1 锂离子电池电量计是一款微控制器外设,此外设能够提供针对单节锂离子电池组的电量计量。此器件只需开发较少的系统微控制器固件即可实现精确的电池电量计量。bq27545-G1 安装于电池组内或者带有一个嵌入式电池(不可拆卸)的系统主板上。 bq27545-G1 使用已经获得专利的 Impedance Track? 算法来进行电量计量,并提供诸如剩余电量 (mAh)、充电状态 (%)、续航时间(最小值)、电池电压 (mV) 和温度 (°C) 等信息。该器件还提供针对内部短路或电池端子断开事件的检测功能。bq27545-G1 还 具有 针对安全电池组认证(使用 SHA-1/HMAC 认证算法)的集成支持功能。 该器件还采用 15 焊球 Nano-Free? DSBGA 封装 (2.61 mm × 1.96 mm),非常适合空间受限的 应用。特性适用于 1 节 (1sXp) 锂离子电池的电池电量计 应用 支持高达 14500mAh 的容量 微控制器外设提供:用于电池温度报告的内部或者外部温度传感器安全哈希算法 (SHA)-1 / 哈希消息认证码 (HMAC) 认证使用寿命的数据记录64 字节非易失性暂用闪存 基于已获专利的 Impedance Track?娱乐城白菜论坛的电池电量计量用于电池续航能力精确预测的电池放电模拟曲线针对电池老化、电...
发表于 04-18 19:10 ? 8次 阅读
BQ27545-G1 单节、电池组端 Impedance Track 电量监测计

BQ27010 单节锂电池和锂聚合物电池电量监测计 IC

信息描述The bqJUNIOR? series are highly accurate stand-alone single-cell Li-Ion and Li-Pol battery capacity monitoring and reporting devices targeted at space-limited, portable applications. The IC monitors a voltage drop across a small current sense resistor connected in series with the battery to determine charge and discharge activity of the battery. Compensations for battery age, temperature, self-discharge, and discharge rate are applied to the capacity measurments to provide available time-to-emptyinformation across a wide range of operating conditions. Battery capacity is automatically recalibrated, or learned, in the course of a discharge cycle from full to empty. Internal registers include current, capacity, time-to-empty, state-of-charge, cell temperature and voltage, status, and more.The bqJUNIOR can operate directly from single-cell Li-Ion and Li-Pol batteries and communicates to the system over a HDQ one-wire or I2C serial interface.特...
发表于 04-18 19:10 ? 8次 阅读
BQ27010 单节锂电池和锂聚合物电池电量监测计 IC

BQ27541-G1 具有集成 LDO 的电池组端 Impedance Track 电池电量监测

信息 Texas仪器bq27541-G1锂离子电池电量计是一种微控制器外围设备,可为单节锂离子电池组提供电量计量。该器件几乎不需要系统微控制器固件开发来实现精确的电池电量计量bq27541-G1位于电池组内或系统主板上,带有嵌入式电池(不可拆卸)。 bq27541-G1使用获得专利的Impedance Track?算法进行电量计量,并提供剩余电池容量(mAh),充电状态(%)等信息,运行时间为空(最小),电池电压(mV)和温度(°C)。它还提供内部短路或制表断开事件的检测。 bq27541-G1还使用SHA-1 / HMAC认证算法集成了对安全电池组认证的支持 优势特点 用于1系列(1sXp)锂离子电池应用的电池电量计32Ahr容量 微控制器外设提供: 精确的电池电量计支持高达32Ahr 用于电池温度报告的内部或外部温度传感器 SHA-1 / HMAC认证 终身数据记录 > 64字节的非易失性划痕垫FLASH 基于专利阻抗跟踪娱乐城白菜论坛的电池电量计量 模型电池放电曲线,用于准确的时间到空预测 自动调整电池老化,电池自放电,&n温度/速率低效 低值检测电阻(5mΩ至20mΩ) 高级电量计功能 内部短暂检测 标签断开检测 ...
发表于 04-18 19:10 ? 8次 阅读
BQ27541-G1 具有集成 LDO 的电池组端 Impedance Track 电池电量监测

BQ24278 具有电源路径的 2.5A 单输入单节开关模式锂离子电池充电器

信息描述 bq24278 高度集成的单节锂离子电池充电器和系统电源路径管理器件针对空间有限且带有高容量电池的便携式应用。 单节充电器由一个诸如 AC(交流)适配器或者无线电源的专用充电源供电运行。此电源路径管理特性使得 bq24278 能够在为电池独立充电的同时从一个高效 DC 到 DC 转换器为系统供电。 此充电器一直监视电池电流并在系统负载所需电流超过输入电流限制时减少充电电流。 这样可实现正常的充电终止和定时器运行。 系统电压被调节至电池电压,但不会下降至低于 3.5V。 最小系统电压支持使得此系统能够与一个残次品或者有缺失的电池组一起运行并且即使在电池完全放电或者无电池的情况下也可实现瞬时系统启动。 当适配器不能传送峰值系统电流时,此电源路径管理架构还允许电池补充系统电流需要。 这样可使用较小的适配器。 电池充电经历以下三个阶段:充电,恒定电流和恒定电压。 在所有的充电阶段,一个内部控制环路监视 IC 结温并且在超过内部温度阀值的情况下减少充电电流。 此外,bq24278 提供一个基于电压的电池组热敏电阻器监控输入 (TS) 来监控电池温度以保证安全充电。特性 具有独立电源路径控制的高效开关模式充电器从深度放电电池或者在无电...
发表于 04-18 19:10 ? 8次 阅读
BQ24278 具有电源路径的 2.5A 单输入单节开关模式锂离子电池充电器