设计指南 2989

根据应用合理选择电池

By: Len Sherman

摘要 : 最终用户是否满意其便携式设备的设计,很大程度上取决于电池的性能。

电池的关键指标当然是电池的使用寿命。从表面上看,这只是一个简单的规格,但它却涉及到了许多因素,其中包括:系统负载特性(工作在满负荷电流、部分电流以及微安级电流的时间)、电源效率、系统电源管理、电池类型和充电方式。

除了上述性能自身的重要性之外,这些特性之间的相互影响还会增强或减弱最终用户的感受。一般情况下,当用户开始注意到电池的存在时,事情就变得比较棘手! 好的产品设计既不需要频繁地更换电池(如电视遥控器),也不需要频繁地给电池充电(如电动牙刷),使电池从用户的眼前“消失”掉。避免用户像关注设备的功能一样关注电池。

选择电池的化学性质

电池和系统之间的相互制约是产品设计中常常被忽视的问题,保证电池的容量与系统的需求相吻合非常关键。便携式电子设备最常用的电池类型有:碱性电池、镍氢电池(NiMH)和锂离子(Li+)电池。它们之间是不可互换的,绝大多数产品都有一个最佳选择方案。

一次性电池:碱性电池

碱性电池是不可充电电池(近期的晚间电视广告中也一再强调这一点),但因其极低的自放电率和成本而具有一定的优势(该类电池无需充电器或交流电源插座)。对于功耗较低的应用,碱性电池将是一个很好的选择,但须合理使用此类电池,静态电流或休眠电流都必须很低。

设计中一个常见的误区是:只关注工作效率,而忽视了“关闭”或“休眠”状态下的电流损耗,即使几十微安的电流也会消耗电池电量,因此产品即便是间歇工作也会导致电池的频繁更换。遗憾的是,由于现在的许多设计中用软开关替代了机械开关(机械开关可以完全断开电池连接),使这一设计误区与几年以前相比更加普遍了。

可充电电池:NiMH和Li+电池

当负载对于碱性电池而言过大时或者需要频繁更换电池时,可充电电池是较好的选择,这对于笔记本电脑、PDA和蜂窝电话等便携式产品已经成为标准模式。可充电电池要尽可能少地“打扰”用户,应选择对产品有促进作用(至少不会影响产品性能)的电池。

有两种常用的可充电电池:NiMH电池和Li+电池。

NiMH电池成本比Li+电池低,若产品的正规使用状况对电池而言是安全的,则可以选择这种电池。这一问题对于缺少复杂的充电设计的低成本产品更为重要,因为NiMH电池适于完全充满和完全放电的过程。这对于常常会将电能完全耗尽的产品比较适合,如:电动工具。然而近期市面上出现了一类低自放电率且记忆效应可以忽略不计的新型NiMH电池,称为“混和NiMH电池”,其代表品牌有SANYO®的Eneloop、Uniross®的Hybrio®等。该类型的NiMH电池与传统的NiMH电池相比,电量的保持时间更长,通常来说一年内仅损失15%的电量。低自放电率使混和NiMH电池非常适合在电池能量耗尽后从设备中将其取出并利用外部充电器充电的应用中替代碱性电池。上述应用在数码相机中很普遍,但仍然需要用户的干预。

许多便携式产品与上述情况不同,PDA、蜂窝电话需要定期充电,但它们只是偶尔消耗电量。这些产品最好选用Li+电池。除了较好的功率-重量比外,Li+电池还具有两个重要优势:低自放电率以及对短时间的充-放电没有限制。消费者不用考虑“电池管理”问题,在使用中很少考虑电池,简化了产品使用。Li+电池尤其适合产品中具有消费者无法更换的电池的情况。

早先的版本发表于2003年11月的Portable Design杂志。

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