何时在小型电池应用中使用可充电电池，并选择合适的充电方案

1、前言

从启动汽车到为电视遥控器供电，电池提供的动力使日常用品成为可能。

然而，并非所有电池都是一样的。有些额定温度较低，而另一些则可以提供更高的峰值电流放电率。选择合适的电池可以减小最终产品的尺寸，延长其使用寿命并使其更加坚固。

在开发新的血糖监测器电池规格时，我们最关键的决定将是电池化学成分是一次性的还是可充电的。原电池通常更便宜、能量密度更高且使用更简单——但也更笨重、浪费且容易泄漏。可充电电池的性能更可定制，使用寿命更长，设计更时尚、更紧凑。

图 1：典型的一次性电池

图 2：典型的可充电电池

由于其操作需要额外的组件，可充电电池通常也更昂贵且实施起来更复杂。对于许多设计人员来说，这些缺点意味着原代电池是血糖监测仪等应用的唯一选择。但可充电解决方案增加的价值不仅仅是环境效益，即使对于简单和廉价的设备也是如此。

首先，由于无法为原电池充电，任何使用它们作为电源的手持式显示器等设备都必须考虑每小时消耗的电量，以确定有用设备运行所需的容量次。消费者不喜欢每天甚至每周更换设备上的电池，因此容量要求必须是每日消耗量的数倍。

为了说明这一事实，假设我们正在设计一个用于监控工作姿势的设备。该设备在 4.2 V 电压下每八小时使用 50 mAh，并且在更换前可使用 100 小时。为了使用原电池满足这些性能目标，电池容量必须至少为 625 mAh，才能为设备提供足够的电力。

这种未使用的容量增加了我们可以在其他地方使用的设计的重量和尺寸。

同时，可充电电池不需要持续 100 小时；它只需要为充电周期之间最坏的使用情况供电。如果设备在休息期间有 20 小时的使用时间，那么我们可以使用 125 毫安时电池而不是 625 毫安时电池来设计系统。尽管原电池的密度是其可充电电池的三倍，但这种降低的容量需求足以弥补不足。

使用原电池需要考虑的另一个因素是电池内容泄漏，尤其是碱性电池。使用电池时，会发生化学反应，导致电池内压力积聚过多。为了降低成本，一些原电池没有使用最好的通风或可用材料制成。这会导致结构薄弱的电池随着时间的推移可能会将其内容物泄漏到敏感电极上，从而可能永久损坏受影响的设备。作为设计师，为什么要添加另一个可能会导致我们的设备出现故障的向量？

除了对设备的潜在危害之外，还必须半定期更换原电池。经过数周的信号强度不佳之后，我们都不得不更换遥控器中的电池。一旦耗尽，一些原代电池需要特殊的处理方法；所有这些都比可充电的同类产品产生更高的废物率。随着世界变得越来越具有生态意识，我们应该关注数百万人每 100 小时更换一次电池与使用 2,000 小时所产生的废物，这一切都源于我们的设计选择。

图 3：原代细胞可能产生的废物

在应对不断增长的能源消耗时，原代电池处于严重劣势。消费者喜欢能够通过在线应用程序跟踪他们的活动和其他数据。随着像蓝牙® 低功耗和其他通信标准这样的东西融入我们的日常生活，能源需求增加而尺寸减小。设备在不使用时不再闲置，而是提供定期报告。此功能会消耗能量，增加每小时使用的平均能量。消费者总是希望他们的设备做得更多；可充电电池实现了这一愿望。

BQ25155和BQ25125等充电器体积小、实施简单且功能强大。借助集成的低压降稳压器、模数和 DC/DC 转换器，这些设备有可能成为全面的电池管理单元。