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蓄电池、锂电池供电设计和选型指南

发布时间:2019-12-25 13:50

我公司生产的微型气泵液泵大多采用直流供电,为更好适用于移动便携或手持式仪器应用场景,其中部分型号专门针对移动便携式蓄电池供电场景进行了优化,本文的目的在于帮助客户理解移动供电场景下微型泵工作特性及微型泵与供电方式的选型注意事项

 

一、续航时间


衡量电池供电能力 的计算公式及单位:
1、电池放电电流(A)×电池放电时间(h)=电池容量(Ah)=1000mAh
2、电池电压(V)×电池容量(Ah)=电池能量瓦时(Wh)
电池的工作时间(续航时间)是:
3、电池容量(Ah)÷电池放电电流(A=1000mA)=小时(h)
4、供电能力(Wh)÷用电器功率(W)=小时(h)

以我司C15气泵为例,其额定供电电压为5V(宽压供电3.2v-6v均可工作),电流为250mA,额定负载功率=额定电压5V×负载电流250mA=1.25W 若使用1节18650锂电池供电(可反复充电使用),其标准电压为3.6v,标称容量为2500mAh, 可计算出,该电池供电能力=电池电压3.7V×电池容量(2.5Ah)=电池能量9.25瓦时 若采用上述电池进行供电,续航时间=电池能量9.25Wh÷额定负载功率1.25W=7.4小时 上述数据为在最大负载电流下计算得到的连续工作续航时间。需要注意的是,C15泵正常工作状态下,工作电流约为100~200mA,小于负载电流,实际续航时间大于上述计算值,经实测上述锂电池可供使用时间约为12小时。



二、电池放电特性


一般在对电池供电系统进行理论分析时,会将电池简化为电压恒定内阻为零的理想电压源,但实际上任何电池在充放电过程中,电压都会随剩余容量进行波动,以以下常见电池为例:
锂离子电池放电曲线

锂离子电池:额定工作电压3.7V,满电电压4.2V,耗尽电压2.75V
磷酸铁锂电池:额定工作电压3.2V,满电电压3.6V,耗尽电压2.5V
铅酸蓄电池:额定工作电压12V,满电电压14V,耗尽电压10.8V
根据以上数据可知,实际在工程应用中,电池供电系统输出电压随容量下降逐渐降低,电池的这一特性需要主意两方面问题:
1、电池压降,在没有稳压电路的情况下,供给微型泵驱动电机的电压也会逐步下降,在此种情况下微型泵电机转速及扭矩也会随电压下降而下降,因此会导致泵的流量及带负载能力发生变化。在需要重载和流量恒定的使用场合下,建议在供电电路中增加稳压电路,或选用内置稳压电路的微型泵。
2、电池过放电会导致电池容量受损,并严重缩短电池寿命。例如,锂离子电池完全耗尽电压为2.75V,但完全耗尽电池容量会使电池本身受损,故一般电池会内置过放电保护电路,使电压在3.6V或3.3V时即停止放电从而避免过放电情形。在电池选型时,需同时考虑电池的耗尽电压及保护电路最低放电电压,使其与微型泵输入电压匹配。  
 


三、微型泵的选择


泵型号

额定电压

负载电流

电机类型

是否内置稳压电路

电压变化是否影响产品参数

建议供电类型

C13

3.7V~6V(额定5V)

140/[email protected]

直流有刷电机

18650锂离子电池

C15,D15,S15

3.2V~6V(额定5V)

[email protected]

直流无刷电机

锂离子电池,磷酸铁锂电池

C17

12V

[email protected]

直流有刷电机

锂离子电池,铅酸蓄电池

C25S

5V

[email protected]

直流有刷电机

锂离子电池

C25L

12V

[email protected]

直流有刷电机

锂离子电池,铅酸蓄电池


四、供电电池的选择


1、对于3.2V~6V宽电压供电,且内置稳压电路的C15、D15、S15系列产品,特别适用于移动供电场景,内置稳压电路可确保供电电压波动及持续下降的情况下,泵的流量和参数保持稳定。且当电池放电电压低于3.2V时,泵自动停止工作,也可以避免电池过放电情况出现,有利于保护电池寿命;考虑到同时保持供电电池的微小体积,尤其适用于搭配各型聚合物锂离子电池及18650锂电池,一节5号AA干电池大小的18650电池即可驱动C15系列产品连续工作7~12小时。如果需要更长时间的续航能力,则可以采用26650或32650尺寸的锂电池,一般电池容量均超过5000mAh,可支撑更长时间的供电,也可根据实际情况并联多个18650电芯从而有效增大电池容量。

2、对于3.7V~6V宽电压供电的C13产品,及5V供电的C25S产品,可根据实际供电电路情况,选择单个额定3.7V的锂电池驱动,或串联2个额定电压3.2V的磷酸铁锂电池进行驱动。需要注意的是因为不带内置稳压电路,需要电池内置保护电路避免电池过放电,且泵的流量和带负载能力会随着电池放电而下降,若需要流量稳定,则需要再附带稳压电路。

3、对于12V和24V供电的泵,可选择额定电压12V或24V的铅酸蓄电池或锂电池,一般这种电池体积较大,多用于车载设备,考虑到放电压降及车载电压波动情况,建议在供电电路中增加稳压模块以确保微型泵稳定工作;


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