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麦克赛尔纽扣电池CR2450HR用于红外耳式体温计,实现3年续航

返回列表来源:宝腾新能源 发布日期: 2021.06.28 10:15:41 浏览:7

一、研发背景

近年来,考虑到水银体温计中的汞危害,许多国家都已经对其采取了禁止措施。目前用以替代汞体温计的主要产品是电子体温计和红外体温计。本文主要介绍Maxell的锂二氧化锰纽扣电池CR2450HR在红外耳式体温计产品中的应用。

二、电路组成及各模块功能

LCD显示器:采用笔段式液晶+背光实现,显示测量的体温值及设置界面,背光为红黄绿三色背光,根据不同的温度值闪烁不 同的颜色。

语音播报:以语音的方式播报测量的的体温值(可设置为关闭或者开启此功能)。

输入按键:实现开关机、测量、设置参数等功能

微控制器:处理红外传感器信号、功耗管理、驱动人机交互模块。

测温组件:红外传感器、耳道光学透镜、保护胶膜

CR2450HR: Maxell耐热硬币式锂二氧化锰电池作为产品的电源。

三、功耗相关的技术指标

电源:3V纽扣式锂电池

15秒无操作自动休眠

测温电流 ≤45mA

休眠电流 ≤10uA

电池寿命:3年 (每3天测量一次,每次测3组数据)

四、电池选型

设计初期为了使电池寿命更长一些,选择的电池为1.5V*2节干电池,后因体积较大,结构设计无法满足被否;选择可充电锂电池,因大容量的体积增大,小容量的电池会造成频繁的充电,且产品成本上升等原因未采纳。最后在设计评审阶段通过借鉴其它产品的解决方案,采用了MAXELL的耐热硬币型锂二氧化锰电池CR2450HR。其主要参数如下:

标称电压:     3V

额定容量:     550mAh

工作温度范围: –40 to +125℃

直径:         24.5mm

厚度:         5mm

重量:         6.8g

选择CR2450HR作为其电源的主要原因是图1,图2的放电特性和产品的用电情况极其相似,CR2450HR的放电特性见图1 ,脉冲放电特性如图2。

放电脉冲图

图1:CR2450HR放电特性

放电特性图

图2:CR2450HR脉冲放电特性

我们分析耳式体温计的用电情况为两种模式:休眠模式、工作模式。休眠模式占用大多数时间,即小电流负载放电,与图1相似;极短时间段内处于工作模式,即相对大电流的负载放电,与图2极其相似。从表2中虚线可知,脉冲放电状态下,到放电截止电压2.0V时,电池容量也在500mAh左右。图1,图2的放电特性,结合产品的功耗指标,可以粗略估算出此电池的续航力是否能满足设计需求。

测温状态下的耗电量:

按照测温时的极限情况,测量一组数据用时15秒,3年内测温约1100次,总计测温时间(1100x15)/ 3600 = 4.6小时,测温状态耗电量为4.6h*45mA = 207mAh.

休眠状态下的耗电量:

计算方式:365天*3年*24小时*0.01mA ≈ 263mAh,  

合计总耗电量为207mAh+ 263mAh=470mAh左右。电池标称容量为550mAh,通过理论分析,CR2450是可以满足耳式体温计电池使用寿命的需求。

在设计开发验证阶段,测量的产品实际数据为:

休眠电流:3uA

测温电流:语音播报时的峰值电流≤44.5mA

实际产品的耗电量(3年内每3天测量一次,每次测3组数据)为:

休眠状态耗电量(365天 x 3年 x 24小时 x 0.003mA)+ 测温状态耗电量(15秒 x 1100次  / 3600 ) x 44.5mA ≈ 283mAh

再考虑电池的自放电、使用环境、个体差异等影响,为了可靠实现标称的3年续航时间(宁多不少的原则),实际按50%降额情况下使用,CR2450HR也是能满足产品续航3年的指标的。

基于图1、图2 的放电特性及体积小、大容量的特点,CR2450HR是理想的耳式体温计电源。


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