為何我們要一個(gè)鋰離子電池管理系統(tǒng)?

遠(yuǎn)程儀表由于其特殊的工作環(huán)境和工作方式，對(duì)電池有很高的要求。它要電池有長(zhǎng)時(shí)間的持續(xù)供電，通常持續(xù)一年或更長(zhǎng)時(shí)間。鋰離子電池因其工作電壓高、體積小、重量輕、能量密度大、無(wú)記憶效應(yīng)、無(wú)污染、自放電小、循環(huán)壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于長(zhǎng)時(shí)間待機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控儀器中。與鎳氫電池相比，鋰離子電池重量輕30-40%，能量比高60%。但是，鋰離子電池也有嚴(yán)重的缺陷，可以概括為以下兩個(gè)方面:

(1)安全

鋰離子電池安全性差，存在爆炸等缺陷。特別是以鈷酸鋰為正極材料的鋰離子電池，在大電流下無(wú)法放電，安全性差。此外，幾乎所有的鋰離子電池過(guò)充或過(guò)放電都會(huì)對(duì)電池造成不可逆的損害。鋰離子電池對(duì)溫度也很敏感:假如使用溫度過(guò)高，可能會(huì)引起電解液分解、燃燒甚至爆炸;假如溫度過(guò)低，鋰離子電池的性能會(huì)明顯惡化，影響設(shè)備的正常使用。由于電池制造工藝的限制，每個(gè)電池的內(nèi)阻和容量會(huì)有所不同。當(dāng)多個(gè)電池串聯(lián)使用時(shí)，每個(gè)電池的充放電速率不一致，導(dǎo)致電池容量利用率低。鑒于此，在實(shí)際使用鋰離子電池的過(guò)程中要一個(gè)特殊的保護(hù)系統(tǒng)來(lái)監(jiān)控電池的健康狀況，從而對(duì)鋰離子電池的使用進(jìn)行管理。圖1為電解液分解后的鋰離子電池。

圖1電解液分解后的鋰離子電池

(2)可維護(hù)性

在低溫下，容量衰減和功率無(wú)法準(zhǔn)確預(yù)測(cè)，這使得設(shè)備的可維護(hù)性降低。長(zhǎng)期在線的儀器要定期更換，而遠(yuǎn)程監(jiān)控設(shè)備在分散的地點(diǎn)工作，而且每個(gè)地點(diǎn)之間的距離很長(zhǎng)，所以更換電池的工作量很大，成本也很高。為了減少維護(hù)工作量，降低維護(hù)成本，電池管理系統(tǒng)要有準(zhǔn)確的電量狀態(tài)估計(jì)功能，準(zhǔn)確掌握電池的電量狀態(tài)，更加有針對(duì)性地進(jìn)行電池更換工作。同時(shí)，電池管理系統(tǒng)要具有較低的功耗，以降低維護(hù)頻率，延長(zhǎng)電池壽命。因此，合理設(shè)計(jì)電池管理系統(tǒng)對(duì)長(zhǎng)期持續(xù)供電的遠(yuǎn)程監(jiān)控儀表的維護(hù)具有重要意義。

但是，由于遠(yuǎn)程監(jiān)控儀器的工作特性和鋰離子電池的固有特性，很難開(kāi)發(fā)出滿足這種應(yīng)用需求的電池管理系統(tǒng)。重要有以下幾個(gè)因素:首先,從遠(yuǎn)程測(cè)量?jī)x的工作特點(diǎn),為了降低功耗,遠(yuǎn)程測(cè)量?jī)x器一般定期睡眠和醒來(lái),這是工作電流的動(dòng)態(tài)變化,醒來(lái)工作電流相遠(yuǎn)高于靜止?fàn)顟B(tài),但醒來(lái)后階段的工作時(shí)間遠(yuǎn)遠(yuǎn)少于休眠階段;其次，鋰離子電池的放電曲線非常平緩，重要電量集中在3.6V及以上電壓。隨后，隨著電壓的進(jìn)一步降低，電池電量開(kāi)始急劇下降，遠(yuǎn)程儀器設(shè)備無(wú)法根據(jù)電池電壓發(fā)出低電量報(bào)警。最后，鋰離子電池的自放電率隨溫度波動(dòng)較大。在野外工作的儀器，溫度條件極其極端，進(jìn)一步新增了電池功率預(yù)測(cè)的難度。現(xiàn)有的電池管理系統(tǒng)很難適應(yīng)這些功能和性能要求。