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          智能電池系統(tǒng)的應(yīng)用設(shè)計

          作者: 時間:2012-01-17 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

            鋰離子電池目前已成為筆記本電腦和手持系統(tǒng)能量來源(電源)的首選。隨著CPU、顯示器和DVD驅(qū)動器對電源功率的需求持續(xù)增長,高能量密度的電池組也不斷發(fā)展。同時,大批量制造工藝保證了高能量密度電池組有一個合理的價格水平。

            許多新技術(shù),在提高性能的同時也增大了系統(tǒng)的功率消耗。對生產(chǎn)電池的化工企業(yè)來說,電池生產(chǎn)技術(shù)的實質(zhì)性進展是很困難的,耗時長、成本高。所以必須尋找尋找優(yōu)化電源保存的方法。系統(tǒng)系統(tǒng)(SBS)是出現(xiàn)的最有希望的技術(shù),可以大大提升電池組的性能。

            在計算機工業(yè)界,對鋰離子電池真是又愛又怕。在鋰離子電池應(yīng)用的早期所發(fā)生的事故,仍然讓曾涉入的公司記憶猶新。他們得到了印象深刻的教訓(xùn):在任何情況下,都不能超過鋰離子電池的額定參數(shù),否則肯定會引起爆炸或起火。

            除電池的化學成份或電極等參數(shù)外,對鋰離子電池來說,還有幾個確定的參數(shù),如果超過了會使電池進入失控的狀態(tài)。在解釋這些參數(shù)的圖表中(參考鋰離子參數(shù)圖),相應(yīng)閾值曲線外的任一點都是失控狀態(tài)。隨電池電壓增加,溫度閾值下降。另一方面,任何致使電池電壓超過其設(shè)計值的行為都會導(dǎo)致電池過熱。

            謹防充電器造成危害

            電池組制造商設(shè)定了幾層電池和包裝保護,以防止危險的過熱狀態(tài)。但在電池使用中有一個部件可能會使這些措施失敗從而造成危害,這一器件就是充電器。

            充電鋰離子電池造成危害的途徑有三種:電池電壓過高(最危險的情況);充電電流過大(過大充電電流造成鋰電鍍效應(yīng),從而引起發(fā)熱);不能正確地終止充電過程,或在過低的溫度下充電。

            鋰離子電池充電器的設(shè)計人員采取額外的預(yù)防性措施以避免超出這些參數(shù)的允許范圍。以絕對保證系統(tǒng)有關(guān)參數(shù)工作在安全的范圍內(nèi)。

            例如充電器規(guī)范,允許-9%的電壓負偏差,但強調(diào)正偏差不得超過1%。保證了符合智能電池安全標準。當然,在實際設(shè)計中,偏差的正負是隨機的。所以符合此規(guī)范的設(shè)計經(jīng)常是使充電器的目標電壓值設(shè)定在額定值的-4%附近。

            由于充電電壓的不準確(不管是-4%還是-9%),電池始終處于充電不足的狀態(tài)。對鋰離子電池潛在危險的恐懼導(dǎo)致電池組容量的利用率很低。根據(jù)業(yè)界專家的經(jīng)驗,即使充電后電壓只比額定值低0.05%,容量的下降卻高達15%。

            電池內(nèi)置入計算機

            智能電池技術(shù)的原理是很簡單的,在電池內(nèi)置入小型計算機來監(jiān)視和分析所有的電池數(shù)據(jù),以精確預(yù)報剩余電池容量。剩余電池容量可以直接換算成便攜式計算機的剩余工作時間。與原始的僅靠電壓監(jiān)測的容量測量方法相比,可以立即使工作時間延長35%。

            遺憾的是,智能電池技術(shù)也就只能做到這么多了。除非可以和充電器電路互相通信,他們不可以確定其操作環(huán)境或?qū)Τ潆娺^程進行控制。

            在“智能”環(huán)境下,在特定的電壓和電流情況下,電池請求智能充電器對其進行充電。然后,智能充電器負責根據(jù)請求電壓和電流參數(shù)對電池進行充電。

            充電器依靠自己內(nèi)部的電壓和電流參考調(diào)整自己的輸出,以與智能電池請求的值相匹配。由于這些基準的不準確度可達-9%,所以充電過程可能在電池只是部分充電的情況下結(jié)束。

            對充電環(huán)境的更詳細了解可以揭示出更多影響鋰離子電池充電效率的問題。即使在最理想的情況下,假設(shè)充電器的精確度為100%,充電通路上位于充電器的電池間的電阻元件引入了額外的壓降,特別是恒流充電階段。這些額外的壓降導(dǎo)致充電過程過早地從恒流進入恒壓階段。

            由于電阻引入的壓降隨電流降低會逐漸減弱,充電器最終會完成充電過程。但充電時間會延長。恒流充電過程中能量的轉(zhuǎn)移效率要高一些。

            消除電阻壓降

            最理想的情況是充電器的輸出準確地消除了電阻壓降的影響??赡軙腥颂岢鲞@樣的解決方案,在充電過程的所有階段,智能充電器利用智能電池內(nèi)監(jiān)測電路數(shù)據(jù)監(jiān)視并校正自己的輸出。對單個來說,這是可行的,但對雙或多就不太適用了。

            在雙電池系統(tǒng)中,如果可能的話,最好是同時對兩個電池進行充放電操作。雖然電池充電是并行的,典型的只有一個SMBUS端口的充電器還是不能勝任這一工作。因為如果只有一個SMBUS端口,充電器或其它SMBUS設(shè)備,只能同時與一個電池進行通信。所以,理想的系統(tǒng)應(yīng)該提供兩個或更多個SMBUS端口,這樣,兩個電池就可以同時與充電器通信了。

            鋰離子電池目前已成為筆記本電腦和手持系統(tǒng)能量來源(電源)的首選。隨著CPU、顯示器和DVD驅(qū)動器對電源功率的需求持續(xù)增長,高能量密度的電池組也不斷發(fā)展。同時,大批量制造工藝保證了高能量密度電池組有一個合理的價格水平。

            許多新技術(shù),在提高性能的同時也增大了系統(tǒng)的功率消耗。對生產(chǎn)電池的化工企業(yè)來說,電池生產(chǎn)技術(shù)的實質(zhì)性進展是很困難的,耗時長、成本高。所以必須尋找尋找優(yōu)化電源保存的方法。智能電池系統(tǒng)(SBS)是出現(xiàn)的最有希望的技術(shù),可以大大提升電池組的性能。

            在計算機工業(yè)界,對鋰離子電池真是又愛又怕。在鋰離子電池應(yīng)用的早期所發(fā)生的事故,仍然讓曾涉入的公司記憶猶新。他們得到了印象深刻的教訓(xùn):在任何情況下,都不能超過鋰離子電池的額定參數(shù),否則肯定會引起爆炸或起火。

            除電池的化學成份或電極等參數(shù)外,對鋰離子電池來說,還有幾個確定的參數(shù),如果超過了會使電池進入失控的狀態(tài)。在解釋這些參數(shù)的圖表中(參考鋰離子參數(shù)圖),相應(yīng)閾值曲線外的任一點都是失控狀態(tài)。隨電池電壓增加,溫度閾值下降。另一方面,任何致使電池電壓超過其設(shè)計值的行為都會導(dǎo)致電池過熱。

            謹防充電器造成危害

            電池組制造商設(shè)定了幾層電池和包裝保護,以防止危險的過熱狀態(tài)。但在電池使用中有一個部件可能會使這些措施失敗從而造成危害,這一器件就是充電器。

            充電鋰離子電池造成危害的途徑有三種:電池電壓過高(最危險的情況);充電電流過大(過大充電電流造成鋰電鍍效應(yīng),從而引起發(fā)熱);不能正確地終止充電過程,或在過低的溫度下充電。

            鋰離子電池充電器的設(shè)計人員采取額外的預(yù)防性措施以避免超出這些參數(shù)的允許范圍。以絕對保證系統(tǒng)有關(guān)參數(shù)工作在安全的范圍內(nèi)。

            例如智能電池充電器規(guī)范,允許-9%的電壓負偏差,但強調(diào)正偏差不得超過1%。保證了符合智能電池安全標準。當然,在實際設(shè)計中,偏差的正負是隨機的。所以符合此規(guī)范的設(shè)計經(jīng)常是使充電器的目標電壓值設(shè)定在額定值的-4%附近。

            由于充電電壓的不準確(不管是-4%還是-9%),電池始終處于充電不足的狀態(tài)。對鋰離子電池潛在危險的恐懼導(dǎo)致電池組容量的利用率很低。根據(jù)業(yè)界專家的經(jīng)驗,即使充電后電壓只比額定值低0.05%,容量的下降卻高達15%。

            電池內(nèi)置入計算機

            智能電池技術(shù)的原理是很簡單的,在電池內(nèi)置入小型計算機來監(jiān)視和分析所有的電池數(shù)據(jù),以精確預(yù)報剩余電池容量。剩余電池容量可以直接換算成便攜式計算機的剩余工作時間。與原始的僅靠電壓監(jiān)測的容量測量方法相比,可以立即使工作時間延長35%。

            遺憾的是,智能電池技術(shù)也就只能做到這么多了。除非可以和充電器電路互相通信,他們不可以確定其操作環(huán)境或?qū)Τ潆娺^程進行控制。

            在“智能電池系統(tǒng)”環(huán)境下,在特定的電壓和電流情況下,電池請求智能充電器對其進行充電。然后,智能充電器負責根據(jù)請求電壓和電流參數(shù)對電池進行充電。

            充電器依靠自己內(nèi)部的電壓和電流參考調(diào)整自己的輸出,以與智能電池請求的值相匹配。由于這些基準的不準確度可達-9%,所以充電過程可能在電池只是部分充電的情況下結(jié)束。

            對充電環(huán)境的更詳細了解可以揭示出更多影響鋰離子電池充電效率的問題。即使在最理想的情況下,假設(shè)充電器的精確度為100%,充電通路上位于充電器的電池間的電阻元件引入了額外的壓降,特別是恒流充電階段。這些額外的壓降導(dǎo)致充電過程過早地從恒流進入恒壓階段。

            由于電阻引入的壓降隨電流降低會逐漸減弱,充電器最終會完成充電過程。但充電時間會延長。恒流充電過程中能量的轉(zhuǎn)移效率要高一些。


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