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远程仪表设备电池为何要锂离子电池管理系统 ?
远程仪表设备电池为何要锂离子电池管理系统 ?
  • 发布时间:2020-12-15 14:50

远程仪表设备电池为何要锂离子电池管理系统 ?

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远程仪器设备由于其特殊的工作环境和工作方式,对电池的要求很高。它要较长的电池寿命,通常持续一年或更长时间。锂离子电池具有工作电压高、体积小、重量轻、能量密度高、无记忆效应、无污染、自放电小、循环寿命长等优点,被广泛应用于长时间待机的远程监控仪器中。与镍氢电池相比,锂离子电池重量轻了30%到40%,能量比高60%。然而,锂离子电池也有严重的缺陷。综上所述,有以下两个方面:


1.安全


锂离子电池存在安全性差、爆炸等缺陷。特别是钴酸锂作为锂离子电池的负极材料,不能放电大电流,安全性差。此外,几乎所有类型的锂离子电池过充或过放电都会对电池造成不可逆的损伤。锂离子电池对温度也非常敏感:假如在过高的温度下使用,可能会导致电解液分解、燃烧甚至爆炸。低温会导致锂离子电池性能恶化,影响设备的正常使用。由于电池制造技术的限制,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,锂离子电池在实际使用中要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。


2.可维护性


低温下锂离子电池的容量衰减和电量无法准确预测,导致设备的可维护性差。长期在线电表要定期更换电池,而远程监控设备工作站分散,各个站点之间距离大,所以更换电池工作量大,成本高。为了减少维护工作量,降低维护成本,要求电池管理系统具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。同时要求电池管理系统具有低功耗,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时间持续供电的远程监控仪表的维护具有重要意义。


然而,由于远程监控仪器的工作特性和锂离子电池的固有特性,使得开发一套满足此类应用需求的电池管理系统十分困难。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,主充电集中在3.6v电压以上。然后,随着电压的进一步降低,电池功率开始急剧下降,远程仪表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的波动变化很大。在野外工作的仪器,温度条件非常极端,进一步新增了电池功率预测的难度。当前的电池管理系统很难适应这些功能和性能的要求,本课题正是基于以上背景而提出的。


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