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、質量輕、能量密度大、無記憶效應、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;溫度過低將導致鋰電池的各項性能明顯惡化，影響設備的正常使用。

由于電池制作工藝的限制，每個電池單元的內阻、容量等均會存在差異。當多個電池單元串聯(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測使得設備的可維護性較差。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，合理地設計電池管理系統(tǒng)對設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用要求的電池管理系統(tǒng)變得相當困難。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備來說，溫度條件十分極端，進一步加大了電池電量預測難度。現(xiàn)有的電池管理系統(tǒng)難以適應這些功能和性能要求，本課題正是基于上述背景而提出的。