為什么需要鋰電池管理系統(tǒng)?

為什么需要鋰電池管理系統(tǒng)?

遠程儀表設(shè)備由于其特殊的工作環(huán)境和工作方式對電池的要求非常高。它要求電池需要有較長的持續(xù)供電能力，續(xù)航時間往往需要達到1年甚至更長時間。鋰電池由于其工作電壓高、體積小、質(zhì)量輕、能量密度大、無記憶效應(yīng)、無污染、自放電小、循環(huán)壽命長等眾多優(yōu)點而被廣泛使用在長時間待機的遠程監(jiān)控儀表上。與鎳氫電池相比，鋰離子電池輕30%-40%，能量比卻高60% 。然而鋰電池也有嚴重的缺陷，總結(jié)來說有以下兩個方面：

(1) 安全性

鋰電池存在安全性差，時有發(fā)生爆炸等缺陷。尤其是鈷酸鋰為正極材料的鋰電池不能大電流放電，安全性較差。此外，幾乎所有種類的鋰電池過度充電或過度放電都會引起電芯不可逆轉(zhuǎn)的損傷。鋰電池對溫度也極為敏感：如果在溫度過高的狀況下使用，可能引起電解液分解、燃燒甚至爆炸;溫度過低將導(dǎo)致鋰電池的各項性能明顯惡化，影響設(shè)備的正常使用。

由于電池制作工藝的限制，每個電池單元的內(nèi)阻、容量等均會存在差異。當(dāng)多個電池單元串聯(lián)使用時，會引起各個電芯的充放電速率不一致，這導(dǎo)致了電池容量的利用率低下。鑒于此，鋰電池在實際使用過程中通常需要專門的保護系統(tǒng)來監(jiān)控電池的健康狀態(tài)，從而管理鋰電池的使用過程。圖1顯示了電解液分解后的鋰電池。

(2)可維護性

鋰電池低溫下容量衰減和電量無法準確預(yù)測使得設(shè)備的可維護性較差。長期在線的儀表需要定期更換電池，而遠程監(jiān)控設(shè)備工作站點分散，各個站點之間路途遙遠，因此更換電池工作量巨大，成本高昂。為了減小維護的工作量，降低維護成本，需要電池管理系統(tǒng)具有準確的電荷狀態(tài)估算功能以準確掌握電池的電荷狀態(tài)，更有目的地進行電池更換工作;同時還需要電池管理系統(tǒng)具有較低的自身功耗，以降低維護頻率，延長電池的使用壽命。因此對長時間持續(xù)供電的遠程監(jiān)控儀表，合理地設(shè)計電池管理系統(tǒng)對設(shè)備的維護有著非常重要的意義。

然而，遠程監(jiān)控儀表的工作特點和鋰電池的固有的特性使得研究出滿足此類應(yīng)用要求的電池管理系統(tǒng)變得相當(dāng)困難。主要有以下幾個因素：

首先從遠程測量儀表的工作特點來講，為了降低功耗，遠程測量儀表一般會周期性的進行休眠和喚醒，它的工作電流是動態(tài)變化的，喚醒階段的工作電流遠高于休眠狀態(tài)，但喚醒階段的工作時間卻遠小于休眠階段;

其次，鋰電池的放電曲線十分平緩，主要電量都集中于3.6V電壓以上，而隨后，隨著電壓的進一步降低，電池電量開始急劇下降，遠程儀表設(shè)備無法根據(jù)電池電壓發(fā)出低電量報警;

最后，鋰電池的自放電率隨溫度的波動變化很大，對工作在野外的儀表設(shè)備來說，溫度條件十分極端，進一步加大了電池電量預(yù)測難度。現(xiàn)有的電池管理系統(tǒng)難以適應(yīng)這些功能和性能要求，本課題正是基于上述背景而提出的。