如何解决物联网产品的电池寿命问题?

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物联网产品往往由许多小小的传感器组成,这些小小的器件的供电问题,往往被忽视,这些小型“器件”通常无法连接主电源,这意味着它们必须通过电池或能量采集装置进行供电。
 
对于许多应用而言,能量采集装置是最可行的解决方案。如果设备设计成较低功耗,而能量采集装置可获取较多能量,则设备有可能实现无限期运行。
 
然而,由于有限的能源获取或过大的系统能源需求,许多应用不适用该方法。在这种情况下,需要通过电池来为系统供电。
 
遗憾的是,电池需要不断更换,而更换电池的成本往往比物联网设备的自身成本更高。因此,电池寿命至关重要。
 
影响电池寿命的因素
 
物联网设备的电池寿命可通过简单的计算来确定:电池容量除以平均放电速率。尽量降低设备使用的能量或增加电池容量将增加电池的使用寿命并降低产品的总体拥有成本。
 
电池通常是物联网传感器系统的最大组成部分,而工程师可以选择的范围很小。然而,采用大量的处理器、通信技术和软件算法,系统可以通过设计达到所需的使用寿命。
 
用于物联网的电池技术
 
电池选择存在一个问题,许多电池的规格非常有限。除物理尺寸和输出电压之外,通常唯一指定的其他参数就是容量。电池容量显然非常关键,因为它决定了物联网设备可用的总电量。
 
电池质量对容量有重大影响。简单设定某一型号有可能冒着购入低容量便宜设备的风险。这又会缩短物联网应用的电池寿命,并带来昂贵的电池更换费用。也可能使用了不同化学物质构成的电池:而不同的化学成分会对电池寿命产生巨大的影响。
 
许多电池随附的简要数据表很容易让人轻信电池是非常简单的设备,电池的容量也是固定的,但事实并不如此。例如,如果负载需要更大电流,则寿命会显著缩短。更重要的是,对于某些应用来说随着温度的下降,电池的容量也会大大缩小。
 
纽扣电池中最有名的产品是CR2032。这种电池的标称容量为220mAh,是各公司的通用规格。为了使用这种纽扣电池连续10年驱动电子设备,需要估算所需的电源IC工作时消耗电流。虽说电池容量是220mAh,电源IC也不可能消耗掉所有的电量。在此多估算一些,按照假设电源IC可消耗100mAh来计算。
 
ICC(消耗电流)=100mAh(电池容量)÷87,600h(10年)≒1μA
 
纽扣
 
这个1μA的值就是电源IC工作时容许流过的平均消耗电流上限。也就是说,电源IC的消耗电流为nA量级是必要条件。这样就可以无需增加电池的容量而是通过无限减少电源IC的消耗电流,来延长电子设备的连续驱动时间并进行功能扩展。BD70522GUL将消耗电流削减至180nA,大幅延长了电池续航时间。 
 
工程师们往往更重视电池的电量存储,而忽视其消耗。然而,物联网应用通常需要以单个电池运行多年,因此保质期非常关键。大部分电池只提供七至八年的保质期。
 
结论:最大限度延长电池寿命
 
开发由电池供电的物联网设备需要严谨的工程设计。虽然组件选择很重要,但是糟糕的设计会削弱低功耗处理器的优势。延长电池寿命的关键是确保处理器尽可能地处于低功耗待机模式,并尽可能减少使用无线通信。
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