電池壽命是開發(fā)無線傳感器節(jié)點的一個重要考慮因素，它將構成物聯網(IIoT)。在許多應用程序中，傳感器節(jié)點需要安裝在難以到達的位置，更不用說服務了。傳感器節(jié)點在能源方面需要是自主的，因為它的成本太高，很難給它們供電，或者讓維修人員定期更換電池。

　　除了在處理電子產品中的低功耗，電池本身也需要能夠支持非常長的服務時間:可能長達20年。許多電池的化學反應不能支持如此長的使用壽命，甚至在支持專門的低能源電子產品因為他們的自放電率。

　　然而，鋰硫酰氯的化學反應卻有很低的自放電速率。因此，化學提供了迄今為止所見的最長的生命和最高的能量自主性，這是適用于物聯網傳感器節(jié)點和其他小尺寸重要的設備。在近40年的時間里，鋰硫酰氯化合物的使用壽命得到了證實。aa尺寸的電池在實用儀表上的使用壽命超過20年。

　　然而，隨著長壽命電池供電系統的應用范圍的擴大，考慮鋰硫酰氯化學的特性是很重要的。增加無線通訊到傳感器節(jié)點以及執(zhí)行功能，例如開啟和關閉氣體或液體閥門的能力，增加了電池所需的峰值電流。

　　一個典型的傳感器節(jié)點或計量應用程序中的微控制器將在大部分時間內處于休眠狀態(tài)，它會在正常的時間間隔內讀取數據，將它們存儲在本地內存中。在較短的間隔時間內，微控制器將激活無線通信模塊，并向網關或服務器發(fā)送數據包。無線接口傳輸時，所需電流可達500mA;但它只需要幾百毫秒的時間。

　　盡管電池的額定功率似乎可以支持這種短期的峰值電流，但老化的不可避免的影響可以減少在現場的壽命。電池的可用容量不僅受自放電速率的影響，而且還受到產生大量電流脈沖的阻抗的逐漸升高的影響。

　　不同大小的電流脈沖的影響圖像。

　　圖1:不同大小電流脈沖對電壓隨時間的影響，顯示連續(xù)脈沖的潛在累積效應。使用恒低電流將恢復電壓電平。

　　鋰硫酰氯電池化學的自放電率非常低，很大程度上是由于鋰離子在陽極表面放電時形成的一層鈍化層。這種絕緣層限制了電流的流動，但通過將負載放置在電池上，就會部分脫落。然而，由于通過鈍化層形成傳導通路所需的化學過程，存在延遲。這是一種暫態(tài)電壓降的表現，接著是在恒定負載下的電壓緩慢上升。

　　瞬態(tài)電壓的下降取決于鈍化層的厚度和密度。放電電流越高，所提供的電壓越低。在部分放電的情況下，去除負荷往往會增加鈍化的量，增加電壓的減少和延遲。

　　如果d型號的電池,如Tadirantl-5134/P,逐漸釋放的持續(xù)負載大約50μA,它將繼續(xù)提供電流接近其額定電壓在一段超過十年了。然而，如果需要電池提供更大的電流脈沖，情況就會改變。通過使用相同的D-size細胞并使用它來傳遞當前的150mA的脈沖，Tadiran的實驗表明相同的細胞在大約2年的時間內將維持3伏特的電壓。之后，電壓開始下降，5年后逐漸下降到1.5V。在電路設計中，預期電壓高于1.5V，電池在5年后似乎完全放電，而不是10或20。然而，電池仍然有足夠的存儲電荷，如果系統能夠利用它，還可以繼續(xù)提供10年所需的能量。

　　使用鋰硫酰氯電池延長使用壽命的關鍵在于消除當前的需求，這樣就不會產生大電流脈沖。這需要使用一個能量緩沖裝置來提供能量脈沖，電池提供一個恒定的電荷流進入緩沖電路。

　　提供受控能量緩沖的一種方法是使用大型電容器和直流/直流轉換器，例如德州儀器TPS62740來調節(jié)電荷流入電容器。為了確保有足夠的電荷來運行無線鏈路幾百微秒，雙層電容器或超級電容器提供了一個合適的選擇。

　　使用德州儀器TPS62740的微控制器示意圖。

　　圖2:使用帶有TPS62740的單片機控制向超級電容器供電的電壓。

　　電路設計使用直流/直流變換器輸出的電阻器來限制電流流入超級電容器，同時，電流從高容量的原始細胞中提取，如在TadiranXTRA系列中發(fā)現的。需要選擇電阻器以使當前的需求保持在與長期使用壽命一致的水平。雖然可以通過電阻器將主電池連接到電容器上，但使用DC/DC變換器的優(yōu)點是它可以動態(tài)調整輸出電壓，以盡量減少電阻器的能量損失。

　　一個可編程的DC/DC轉換器，如TPS62740可以，作為超級電容器充電的最大容量，增加它的輸出電壓增量。一個建議的概要是每30或60秒增加100mV?？偝潆姇r間可能在10分鐘以上。然而，在這段時間內，由于供應電壓的逐步上升，電阻的下降將始終小于100mV。雖然目前電池的需求會急劇上升，但每增加一次電壓，電流的要求是2mA到4mA，這不會對內部電阻造成太大的不利影響。

　　直流/直流變流器供電的電壓范圍將受到兩個因素的限制:由電容器下游提供的微控制器所需要的電壓和超級電容器的最大電壓，通常在2.5V到2.7V范圍內。嵌入式單片機可能期望電壓范圍從1伏到2伏。因此，DC/DC轉換器將被期望從1V到2.7V的范圍內運行，這可能取決于單片機和超級電容的選擇。

　　在啟動時，超級電容器需要被充電到由微控制器所期望的電壓水平。在這個階段，一個較大的電阻可以用來適當地限制電流進入超級電容器。一旦達到初始的目標電壓，就可以將一個較小的電阻器轉換為最小的損耗。這可以通過將兩個電阻并聯在一起來實現。通常由單片機操作的開關可以確保在啟動過程中使用更高的阻力路徑。在達到電壓電平后，微控制器在較低的電阻路徑上進行開關。

　　由于DC/DC變換器的開關轉換以及限流電阻器的轉換造成了一些損失;但是，階梯式的操作有助于保持整體效率接近90%。功率控制策略的結果是使鋰硫酰氯電池壽命最大化的電路。

　　在充電過程中，逐漸增加電壓的圖。

　　圖3:在充電過程中，當無線電模塊處于活動狀態(tài)時，在充電過程中，逐步采用電壓步進電壓。