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为何锂离子电池要一个锂离子电池管理系统?
为何锂离子电池要一个锂离子电池管理系统?
  • 发布时间:2020-12-15 16:40

为何锂离子电池要一个锂离子电池管理系统?

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为何我们要一个锂离子电池管理系统?


远程仪表由于其特殊的工作环境和工作方式,对电池有很高的要求。它要电池有长时间的持续供电,通常持续一年或更长时间。锂离子电池因其工作电压高、体积小、重量轻、能量密度大、无记忆效应、无污染、自放电小、循环寿命长等特点,被广泛应用于长时间待机远程监控仪器中。与镍氢电池相比,锂离子电池重量轻30-40%,能量比高60%。但是,锂离子电池也有严重的缺陷,可以概括为以下两个方面:


(1)安全


锂离子电池安全性差,存在爆炸等缺陷。特别是以钴酸锂为正极材料的锂离子电池,在大电流下无法放电,安全性差。此外,几乎所有的锂离子电池过充或过放电都会对电池造成不可逆的损害。锂离子电池对温度也很敏感:假如使用温度过高,可能会引起电解液分解、燃烧甚至爆炸;假如温度过低,锂离子电池的性能会明显恶化,影响设备的正常使用。由于电池制造工艺的限制,每个电池的内阻和容量会有所不同。当多个电池串联使用时,每个电池的充放电速率不一致,导致电池容量利用率低。鉴于此,在实际使用锂离子电池的过程中要一个特殊的保护系统来监控电池的健康状况,从而对锂离子电池的使用进行管理。图1为电解液分解后的锂离子电池。


图1电解液分解后的锂离子电池


(2)可维护性


在低温下,容量衰减和功率无法准确预测,这使得设备的可维护性降低。长期在线的仪器要定期更换,而远程监控设备在分散的地点工作,而且每个地点之间的距离很长,所以更换电池的工作量很大,成本也很高。为了减少维护工作量,降低维护成本,电池管理系统要有准确的电量状态估计功能,准确掌握电池的电量状态,更加有针对性地进行电池更换工作。同时,电池管理系统要具有较低的功耗,以降低维护频率,延长电池寿命。因此,合理设计电池管理系统对长期持续供电的远程监控仪表的维护具有重要意义。


但是,由于远程监控仪器的工作特性和锂离子电池的固有特性,很难开发出满足这种应用需求的电池管理系统。重要有以下几个因素:首先,从远程测量仪的工作特点,为了降低功耗,远程测量仪器一般定期睡眠和醒来,这是工作电流的动态变化,醒来工作电流相远高于静止状态,但醒来后阶段的工作时间远远少于休眠阶段;其次,锂离子电池的放电曲线非常平缓,重要电量集中在3.6V及以上电压。随后,随着电压的进一步降低,电池电量开始急剧下降,远程仪器设备无法根据电池电压发出低电量报警。最后,锂离子电池的自放电率随温度波动较大。在野外工作的仪器,温度条件极其极端,进一步新增了电池功率预测的难度。现有的电池管理系统很难适应这些功能和性能要求。


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