鋰電池為什么需要電池保護管理系統?
隨著(zhù)電子設備工作的復雜性和精密性,對電池的性能要求也會(huì )不斷提高,要求電池需要有較穩定的持續放電平臺來(lái)供電能力,續航時(shí)間具備足夠的科學(xué)工作時(shí)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(wú)記憶效應、無(wú)污染、自放電小、循環(huán)壽命長(cháng)等眾多優(yōu)點(diǎn)而被廣泛使用在長(cháng)時(shí)間待機的遠程監控儀表上。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(lái)說(shuō)有以下兩個(gè)方面:
(1) 安全性
鋰電池存在安全性差,時(shí)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(lèi)的鋰電池過(guò)度充電或過(guò)度放電都會(huì )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(guò)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(guò)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(gè)電池單元的內阻、容量等均會(huì )存在差異。當多個(gè)電池單元串聯(lián)使用時(shí),會(huì )引起各個(gè)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(shí)際使用過(guò)程中通常需要專(zhuān)門(mén)的電池保護系統來(lái)監控電池的健康狀態(tài),從而管理鋰電池的使用過(guò)程。
(2)可維護性
鋰電池低溫下容量衰減和電量無(wú)法準確預測使得設備的可維護性較差。長(cháng)期在線(xiàn)的儀表需要定期更換電池,而遠程監控設備工作站點(diǎn)分散,各個(gè)站點(diǎn)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(jìn)行電池更換工作;同時(shí)還需要電池管理系統具有較低的自身功耗,以降低維護頻率,延長(cháng)電池的使用壽命。因此對長(cháng)時(shí)間持續供電的遠程監控儀表,合理地設計電池管理系統對設備的維護有著(zhù)非常重要的意義。
然而,遠程監控儀表的工作特點(diǎn)和鋰電池的固有的特性使得研究出滿(mǎn)足此類(lèi)應用要求的電池管理系統變得相當困難。主要有以下幾個(gè)因素:首先從遠程測量?jì)x表的工作特點(diǎn)來(lái)講,為了降低功耗,遠程測量?jì)x表一般會(huì )周期性的進(jìn)行休眠和喚醒,它的工作電流是動(dòng)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(shí)間卻遠小于休眠階段;其次,鋰電池的放電曲線(xiàn)十分平緩,主要電量都集中于3.6V電壓以上,而隨后,隨著(zhù)電壓的進(jìn)一步降低,電池電量開(kāi)始急劇下降,遠程儀表設備無(wú)法根據電池電壓發(fā)出低電量報警;最后,鋰電池的自放電率隨溫度的波動(dòng)變化很大,對工作在野外的儀表設備來(lái)說(shuō),溫度條件十分極端,進(jìn)一步加大了電池電量預測難度。