怎么样从技术上延长锂离子电池寿命？

测量解决方法

这个例子探索了第一代电子恒温器，它是基于MCU的，但是要额外的外部集成电路来测量温度，以及外部振荡器和电池监视器来唤醒MCU。此外，恒温器要昂贵的手动校准。以上第一代解决方法要电流大于20a，电池寿命只有2-3年，IC总成本超过2美元。要重新设计以延长电池寿命和降低成本。

关于本文研究的电子恒温器，有效占空比极低，因为它大部分时间处于待机状态，系统维护的自动伴流功能执行日常事务。与设定值电位器不同，恒温器的温度每隔几秒钟测量一次。根据温度比较和选择的运行方式，系统开启或关闭冷热功能，当温度在预期范围内时，系统不进行任何操作。恒温器重新设计的重要目标是将待机电流降到最低。为此，我们选择了超低功耗的单片机，并运行了功耗智能软件。

单斜率转换在一个固定的点上对电容器进行充电，并通过集成在MCU中的比较器测量已知的参考电阻来测量放电时间。系统为未知电阻重复这个循环。集成的按时器自动捕获放电时间，节省电力，允许关闭CPU在放电周期测量。单斜率技术遵循比例原理，消除了电荷电压、电荷电容和与阻容放电相关的复指数方程。测量时间与放电电阻成正比，其精度与传感器的参考电阻相同，因此省去了昂贵的校准程序。

触发低压加热/冷却继电器所需的电流是10ms的100mA电流脉冲。据统计，继电器每小时可能要触发16次。因此，继电器的有效占空比为0.0044%，约等于系统电流4.4a。

从电池的角度来看，我们关心的是触发继电器所需的100mA电流。第一代电子恒温器的电池最初是CR2032纽扣锂离子电池。该电池的额定容量为200mAh，其固有的超低漏电率每年不到1%，放电曲线非常平坦，这两种特性都是延长电池寿命的理想选择。CR2032的问题在于，它的阻抗很高，大约为20，因此它阻止电池为触发冷却和加热系统所需的继电器供应100毫安的电流。虽然所需的100mA脉冲电流只能维持10ms，但仍远远超过纽扣电池的功率。设计者曾考虑过使用大容量电容器(出于成本考虑，电解电容器是唯一的选择)，但因其高漏电而放弃。

更换电池的MCU应用程序是一个麻烦，因为电源噪声出现的机械接触电池线。欠压情况经常发生在电池更换过程中，电源电压没有完全复位，导致随机故障操作。额外的复位电流或电源电压监视器(SVS)可以供应欠压保护，要求MCU在电压低于安全工作范围时进行完全复位。SVS保护要电力，成本和板空间。选择超低功耗MCU作为替代方法，可以实现电压复位(BOR)保护下的零功耗。

超低功耗的MCU为电子恒温器供应了系统内可编程(ISP)闪存和嵌入式仿真逻辑。这些功能通过使用测试和复位/NMI引脚在应用程序中执行MCU的正常调试。这允许快速开发以及灵活的定制和紧急代码更改。我们可以在生产过程中对闪存中的单片机代码进行编程，这样可以减少复杂的应用程序编程，从而降低成本，提高产品质量。如有必要，可在生产过程中对设备进行电子校准并存储在闪存中。由于flash是isp风格的，作为未来的一个功能，MCU也可以在正常运行时记录数据。

使用最小的功耗来实现绝对的长电池寿命是许多深度嵌入式应用程序的共同设计要求。一个基于微控制器(MCU)的电池电子恒温器，以及每个微安(A)的电流都经过了精心设计