電池透過陽極、陰極和電解質材料間的化學反應產生電能。值得注意的是,在電池術語中,正極端是陰極、負極端是陽極。

當你操作電路時,電路所需的電流根據執行的任務而異,因此,所需的典型電流小於最大電流。理論上,電池的電壓不應依賴於它提供的電流大小,但這只是近似情況,事實上,所有電池都具有負的V-I曲線,如果電池供給的電流增加,其電壓就下降。這種效果就像電池有一個等效串聯電阻(ESR)一樣,它稱為阻抗,其通常影響很小,但相機中的臨界電壓感測器(dead voltage sensor)可能非常敏感;所以小影響可能產生大不同的情況。

顯然,所有求生技能族群對遠離電網、節約能源或自己生成能源都很感興趣。但我們看看,當你需要照亮露營地,而你只擁有幾節「沒電」的電池時,該怎麼辦?你知道嗎,大多數1.5V的AA電池,當電壓下降到1.3V~0.9V之間時,通常就被認為沒電了。

一切都取決於你的設備採用什麼樣的電路,可以假設在電池電壓用掉約20%後,它就被當作沒電了,這意味著,幾乎100%被丟棄電池的電量都沒有徹底耗盡。當然,如果這些電池不能在想要的設備中使用,就沒多大意義了。仔細選擇元件和電路設計可讓你進入極低功耗設計的新水準,微控制器(MCU)是許多嵌入式設計的核心,它通常都在運作程式,使設備按預期功能工作,不容忽視的是,微控制器製造商增加了許多有助於降低功耗的功能。

在電池供電的系統中,時間是關鍵參數。不同於交流供電系統,其電源電壓在給定範圍內變化、額定電流的可用性在持續時間內無限制,電池只能在再充電或更換之前的有限時間內供電。此外,在電池放電時,電流消耗越大,電池的壓降越大(圖1)。

20180129TA01P1 圖1 電池放電是電流放電速率的函數。

設計高效電池供電系統的關鍵是:

(a)透過最小化電路吸收的電流,特別是連續的「靜態電流」最大限度地延長電池壽命;

(b)必要時,利用在電池和負載間使用某種形式的調節電路,在放電期間使提供給負載的電壓保持恆定。

例如,用100mA/hr容量的AA型電池為耗電1mA的電路供電,可在再充電或更換電池前運行約100小時。如果靜態電流降低到100μA,理想情況下,電池壽命將延長到約1,000小時;如果使用電池給靜態電流低至1μA的電路供電,則電池壽命將增加到10~11年。這就是為什麼要使用靜態電流盡可能小的運算放大器和直流-直流轉換器的原因,例如,德州儀器(TI)和凌力爾特(Linear Technology,已被ADI購併)等公司就有這種靜態電流為400nA~2,000nA的新元件。

在設計電池供電系統之前,瞭解系統使用環境、要求和運行條件非常重要。這使設計師可以確定應使用哪種類型的電池(例如,一次性或可充電),以及電池需要更換或充電的頻率。

延長電池可工作時間的三種方法是:

(1)如果需要連續工作,最小化靜態電流;

(2)脈衝方式啟/閉負載,使電池工作在較低工作週期;

(3)不工作時關閉電路。

(參考原文: Almost dead batteries power electronic circuits,by Victor Chertakovsky)