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可穿戴設備為何青睐锂電池電源?

随着生活水平的提高,智能化的普及,智能可穿戴設備就應運而生了。

 

       智能可穿戴設備是像衣服和首飾一樣,可以持續地穿在身上,具備先進的電路系統、無線聯網及獨立處理能力的終端設備。其最重要的兩個特點是可長期穿戴和智能化。

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       物聯網的潛在應用十分廣泛,但它們也有一些共同的重要特征。用于收集數據的設備需要體積小、易于使用且幾乎随時可供使用。這些要求可能在可穿戴設備上最為明顯,全世界有數以百萬計的人已經在使用可穿戴設備來跟蹤活動、監測身體指标和改善健康。

       為了收集所需的數據,消費者必須将可穿戴設備持續戴在身上。因此,它們必須小巧而舒适,并能長時間連續工作。

       這産生了如何為這些設備供電的問題。理想的情況是,它們可以直接從所處的環境中獲得能量,這樣它們可以始終保持有電。雖然我們已經在降低功耗和改善能量采集上取得了很大進步,但距離實現理想還有一定差距。在可預見的未來,我們還需要依靠電池作為主要電源。特别是,為了最大限度減少由數十億設備造成的能源浪費,在未來一段時間,可充電電池應該是首選電源。


可穿戴設備的電池充電安全


       可穿戴設備不僅尺寸很受限制,而且由于需要長期穿戴,舒适性也很重要,因此它們還必須非常輕,所以電池就必須盡可能小。不僅如此,IDC和GMI進行的反複研究表明,電池續航時間是消費者購買電池供電式便捷産品的第一考慮因素。因此,高電池容量對産品獲得成功非常重要。

       同時滿足這兩個要求使得電池面臨的挑戰更加艱巨。幸運的是,锂電池的許多特性使它們能夠克服這一挑戰,從而成為可穿戴設備應用的理想選擇。

       首先,它們提供高能量密度,允許系統設計工程師選擇更小更輕的電池,而且能提供更長的工作時間。同時,锂電池的工作電壓通常為3.7 V,相比之下,鎳氫或鎳镉電池隻有1.2 V。這意味着锂電池需要更少的電芯(cell),這也有助于實現更小更輕的系統。另外,它們的自放電率也遠低于基于鎳的電池,約為每月2%,而鎳氫和鎳镉電池高達每天5%。這樣不僅能夠減少充電次數,而且電池放置很長時間後也能随時再次使用,從而使系統更加便于客戶使用。

       當然,所有技術都有自身的缺點。例如,锂離子電池的制造比基于鎳的充電電池更複雜,所以價格更貴。但作為一種大量生産的産品,規模經濟和持續的技術改進正在快速降低其制造成本。

       最近的頭條新聞也顯示,锂離子電池具有更大的潛在安全風險。由于使用易燃電解質,所以如果充電電壓過高或過低都有可能導緻起火或爆炸。不過,大多數锂離子電池都有内部保護電路,可以在一定程度上防止過壓或欠壓。但锂離子電池的充電過程仍然比基于鎳的充電電池複雜的多。


锂離子電池:實現舒适方便的可穿戴設備


1,小電池,長續航時間,高能量密度 
2,更高工作電壓意味着更少的電芯和更小的系統 
3,更慢的自放電:更少的充電次數,随時可供使用


充電挑戰


       為避免這些安全問題,锂離子電池需要恒流(CC)、恒壓(CV)的充電過程。在此過程中,電池首先以固定電流充電,直至達到設定電壓。然後,充電電路切換到恒壓模式,從而提供必要的電流,以維持設定電壓。

       為了獲得最佳充電效果,必須對電流和電壓水平的選擇做出精心的權衡。以較高電壓充電可以增加電池容量,但電壓過高會造成電池受壓或過充,導緻永久損害、不穩定性和危險。同樣,較高充電電流可以加快充電速度,但代價是減少電池容量:充電電流降低30%可以使電池儲存的電荷量增加10%之多。

       因此,充電電流通常設置為電池容量(電池能持續供電一小時的最大電流)的一半,電壓設置為每個電芯4.2 V。不過事實證明,使用略小的充電電流及電壓可減緩電池老化,使其能夠以更高的蓄電量度過更多的充電循環。


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