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供電，通常持續一年或更長時間。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、循環壽命長等特點，被廣泛應用于長時間待機遠程監控儀器中。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估計功能，準確掌握電池的電量狀態，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供電的遠程監控儀表的維護具有重要意義。

但是，由于遠程監控儀器的工作特性和鋰離子電池的固有特性，很難開發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變化,醒來工作電流相遠高于靜止狀態,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。