為手機(jī)、無線穿戴設(shè)備、心臟起搏器、無線傳感器等電池供電的設(shè)備選擇合適的電池，是一項(xiàng)既重要但又極具挑戰(zhàn)的工作。這不僅需要考慮產(chǎn)品期望的運(yùn)行時(shí)間和對(duì)電源的需求，選擇和評(píng)估市場(chǎng)上可能合適的電池，最重要的是要根據(jù)無線終端設(shè)備在可能的實(shí)際工作環(huán)境中，確定電池的運(yùn)行狀態(tài)，在一個(gè)模擬真實(shí)工作狀態(tài)的環(huán)境中， 對(duì)備選電池的性能開展精確的評(píng)估。
做為手機(jī)或iPad 的使用者，我們都會(huì)非常關(guān)注電池的續(xù)航時(shí)間。很多廠家也往往會(huì)在廣告中炫耀有多長(zhǎng)的待機(jī)時(shí)間等等。但就像中國(guó)的物價(jià)上漲指數(shù)一樣，用戶的使用感受往往離公布的數(shù)據(jù)相去甚遠(yuǎn)。事實(shí)上，電池的理化特性和不同的設(shè)計(jì)，造成了放電特性的差別。 而且，無線通信終端特殊的耗電特性， 特別是在工作過程中電流呈現(xiàn)出的不同占空比、大變化幅度的特性，要為它們尋找合適的電池，以確保設(shè)計(jì)要求的運(yùn)行時(shí)間絕非是簡(jiǎn)單的課題。本文旨在關(guān)注這個(gè)過程， 希望能為工程師提供有益的借鑒。
第一步：考慮終端設(shè)備期望的運(yùn)行時(shí)間和對(duì)電源的需求。
一個(gè)最常用，但又不太靠譜的辦法是把預(yù)計(jì)的平均電流乘以期望的運(yùn)行小時(shí)數(shù)，以計(jì)算出需要的電池容量。之所以說這個(gè)辦法不太靠譜，是因?yàn)樵趯?shí)際使用條件下，如工作溫度、峰值電流、峰值電流占空比(峰值電流與靜態(tài)電流之比)等，都會(huì)影響電池的總能量(即容量)，并進(jìn)而影響設(shè)備的運(yùn)行時(shí)間。也就是說，用簡(jiǎn)單的動(dòng)態(tài)電流的數(shù)學(xué)平均值電流代表大變化范圍的動(dòng)態(tài)電流，其結(jié)果是用恒定電流的電池容量， 來替代電流大范圍動(dòng)態(tài)變化下的電池容量，這將會(huì)帶來很大的誤差和不確定度。根據(jù)電池的特性，電池在放電的同時(shí)，也在進(jìn)行電荷恢復(fù)。低電流長(zhǎng)時(shí)間的工作周期是最有利于電荷的恢復(fù)，而持續(xù)高電流、高占空比、大電流的脈沖放電， 可能會(huì)打破這種平衡，從而降低了電池的容量。因此， 同一個(gè)電池來說，動(dòng)態(tài)電流的電池容量和恒定電流的電池容量?jī)烧卟⒉幌嗤?。?duì)于無線終端的設(shè)計(jì)者，就要充分考慮到其終端的耗電特性， 應(yīng)該是把短持續(xù)的高電流脈沖和低靜態(tài)電流長(zhǎng)時(shí)間周期更好地搭配
例如，如果您的設(shè)備需要180mA的平均電流，并且想要它運(yùn)行10小時(shí)，您將需要一個(gè)1800mAh(毫安小時(shí))的電池。但如果您的設(shè)備在10%的運(yùn)行時(shí)間中要拖拽1.7A的峰值電流，而在其余90%的時(shí)間內(nèi)只需要10mA的恒定電流，此時(shí)其數(shù)學(xué)平均值雖然仍為180mA，但此時(shí)1800mAh的電池有可能達(dá)不到10小時(shí)運(yùn)行時(shí)間(取決于電池的化學(xué)過程和放電占空比時(shí)間)。
圖1 常見的手機(jī)耗電電流波形
