高级充电特性延长可穿戴产品电池运行时间

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智能手表的热潮再次引爆了人们对可穿戴设备的关注。几乎在每一项产品的测评或是技术比较中,电池的续航能力都是首当其冲的。无论智能手表拥有多么炫酷的特性或功能,如果不具备长时间的电池续航能力,也终将会黯然失色。

智能手表的电池续航能力会受到多个因素的影响,例如电池的容量、PCB组件的功耗以及用户的使用习惯等。在所有的这些因素中,电池的容量无疑起着决定性作 用。通常情况下,电池容量与电池组的物理尺寸成正比,而智能手表所追求的小巧精致更是限制了其内部电池的尺寸。目前市面上几款主流智能手表的电池容量都在 130mAh到410mAh之间,运行时间也从少于一天到持续数天不等。而对于智能手环、蓝牙耳机、智能眼镜和智能首饰等其它的穿戴设备,其电池容量就更 小了,这也使得每一毫安(mAH) 的电量在电池运行过程中都显得至关重要。
 
电池泄漏电流和充电终止电流通常是影响电池容量和运行时间的两个主要参数,而这种影响对小型电池而言则更加明显。
 
为了说明电池泄露的重要性,我们假定某个智能手环的电池容量为50mAh,在理想的情况下,电池IC不消耗任何电流,此时它可维持手环运行30天。然而如 果在这个模型中增加不同程度的电池泄露电流,电池的续航能力则会受到不同幅度的影响。如图1所示,当泄露电流为75nA时,电池的续航能力从本质上讲没有 任何变化,仍然可以运行30天。然而,当泄露电流增加至5µA时,电池的续航能力减少了2天。以此类推,当泄露电流为10µA时,电池的续航能力减少了4 天。而当泄漏电流达到20µA时,电池IC将会消耗相当于电池容量25%的电流,使电池的续航能力足足减少了一周。很显然,电池容量越小,泄露电流对于电 池的续航能力的影响就越大。
 
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图1:电池泄露电流对电池续航能力的影响
 
那么,终止电流又是如何影响电池续航能力的呢?图2的一组数据显示了一块容量为41mAh的电池的两个充电周期。在这两个充电周期中,充电电流均为 40mA快速充电电流,而终止电流却有所不同。图中绿线代表的是终止充电电流为4mA的充电周期,充电终止比率为10%,充电时间为97分钟。红线代表的 则是终止电流为1mA时的情形,其总充电时间达到了146分钟。在第二种情况下,充电时间多出了50分钟,而电池电量增加了2mAh,这大约是电池总电量 的5%。以50分钟的时间获取5%的电量是否合理呢?要知道,增加5%的电量可以使智能手表多工作2个小时。
 
所以,电池越小,终止控制就越关键。对于容量只有20mAh的电池来说,如果不能将终止电流控制在5mA以下,那么在开始使用电池之前就已经损失了10%电池电量。
 
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图2:终止电流为4mA和1mA时,41mAh电池的充电周期
 
目前,例如德州仪器 (TI) bq24040和bq24232等数款充电器解决方案均被广泛应用于各类低功耗应用中。此外,为了满足可穿戴应用的特殊需求,TI此前还推出了 bq2510x充电器系列,其电池泄漏电流不仅小于75nA,同时还可以将终止电流精确地控制在1mA以内。Bq2510x系列的封装尺寸仅为0.9mm x 1.6mm,是那些体积受限低功耗应用的理想选择。