為何我們要一個鋰離子電池管理系統?

遠程儀表由于其特殊的工作環(huán)境和工作方式，對電池有很高的要求。它要電池有長時間的持續(xù)供電，通常持續(xù)一年或更長時間。鋰離子電池因其工作電壓高、體積小、重量輕、能量密度大、無記憶效應、無污染、自放電小、循環(huán)壽命長等特點，被廣泛應用于長時間待機遠程監(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，鋰離子電池也有嚴重的缺陷，可以概括為以下兩個方面:

(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，在大電流下無法放電，安全性差。此外，幾乎所有的鋰離子電池過充或過放電都會對電池造成不可逆的損害。鋰離子電池對溫度也很敏感:假如使用溫度過高，可能會引起電解液分解、燃燒甚至爆炸;假如溫度過低，鋰離子電池的性能會明顯惡化，影響設備的正常使用。由于電池制造工藝的限制，每個電池的內阻和容量會有所不同。當多個電池串聯使用時，每個電池的充放電速率不一致，導致電池容量利用率低。鑒于此，在實際使用鋰離子電池的過程中要一個特殊的保護系統來監(jiān)控電池的健康狀況，從而對鋰離子電池的使用進行管理。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)可維護性

在低溫下，容量衰減和功率無法準確預測，這使得設備的可維護性降低。長期在線的儀器要定期更換，而遠程監(jiān)控設備在分散的地點工作，而且每個地點之間的距離很長，所以更換電池的工作量很大，成本也很高。為了減少維護工作量，降低維護成本，電池管理系統要有準確的電量狀態(tài)估計功能，準確掌握電池的電量狀態(tài)，更加有針對性地進行電池更換工作。同時，電池管理系統要具有較低的功耗，以降低維護頻率，延長電池壽命。因此，合理設計電池管理系統對長期持續(xù)供電的遠程監(jiān)控儀表的維護具有重要意義。

但是，由于遠程監(jiān)控儀器的工作特性和鋰離子電池的固有特性，很難開發(fā)出滿足這種應用需求的電池管理系統。重要有以下幾個因素:首先,從遠程測量儀的工作特點,為了降低功耗,遠程測量儀器一般定期睡眠和醒來,這是工作電流的動態(tài)變化,醒來工作電流相遠高于靜止狀態(tài),但醒來后階段的工作時間遠遠少于休眠階段;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，隨著電壓的進一步降低，電池電量開始急劇下降，遠程儀器設備無法根據電池電壓發(fā)出低電量報警。最后，鋰離子電池的自放電率隨溫度波動較大。在野外工作的儀器，溫度條件極其極端，進一步新增了電池功率預測的難度。現有的電池管理系統很難適應這些功能和性能要求。