智能電池系統(tǒng)組成

 

智能電池可分為兩部分:低溫鋰電池和管理系統(tǒng)。圖3.5為智能電池的結(jié)構(gòu)圖。電池部分由4組電池串聯(lián)而成，每組電池包含8個(gè)平行的2.5ah鋰電池。管理系統(tǒng)的保護(hù)功能由正、負(fù)電流電路的兩個(gè)保護(hù)執(zhí)行器完成，其中正端保護(hù)執(zhí)行器由獨(dú)立的專用IC實(shí)現(xiàn)，構(gòu)成保護(hù)功能的第二條“防線”。

圖3.5智能電池結(jié)構(gòu)示意圖

根據(jù)系統(tǒng)功能定義，智能電池的功能框圖如圖3.6所示。根據(jù)功能劃分，管理系統(tǒng)可分為檢測(cè)機(jī)制、判斷決策機(jī)制、功率估計(jì)機(jī)制、信息交換與存儲(chǔ)機(jī)制、執(zhí)行機(jī)制和均衡機(jī)制。檢測(cè)機(jī)構(gòu)完成電流傳感、電壓采集和溫度檢測(cè)等功能。電量估計(jì)器根據(jù)檢測(cè)機(jī)構(gòu)提供的電流數(shù)據(jù)，結(jié)合電池的電流狀況，通過一整套算法流程來估計(jì)剩余電量。判斷決策機(jī)構(gòu)用于判斷是否發(fā)生過流、過壓、過放電、超溫等異常情況，并根據(jù)電池的情況進(jìn)行決策，對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行控制。執(zhí)行機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)充放電路徑的傳導(dǎo)和斷開。信息交換和存儲(chǔ)機(jī)制的功能，用來完成與儀器設(shè)備的信息交換，并記錄異常信息。在充電過程中，均衡機(jī)制可以消除由于電池差異造成的充電速度不一致。

 

系統(tǒng)工作流程

 

根據(jù)功能模塊的不同，系統(tǒng)可分為異常監(jiān)測(cè)模塊、異常處理模塊、通信記錄模塊、功率估計(jì)模塊和低功耗管理模塊。圖3.7為智能電池的工作流程圖。根據(jù)電池參數(shù)的特點(diǎn)，可將監(jiān)測(cè)參數(shù)分為快響應(yīng)參數(shù)和慢響應(yīng)參數(shù)?？焖夙憫?yīng)包括充電電流和放電電流。這兩個(gè)參數(shù)的值可能會(huì)由于操作不當(dāng)或外部環(huán)境的意外情況而突然改變。這就要求系統(tǒng)具有非?？斓捻憫?yīng)速度，以確保能夠及時(shí)處理異常電流。慢響應(yīng)包括兩個(gè)參數(shù):電池電壓和電池溫度。電池的電壓波動(dòng)主要是由電池的充放電引起的，在一定的時(shí)間內(nèi)電壓值相對(duì)穩(wěn)定。放電時(shí)，電池容量越大，電壓變化越慢。電池溫度的變化主要是由于鋰離子在正極和負(fù)極充放電時(shí)的插入和反插入造成的。在短路或大電流異常的情況下，電池的內(nèi)阻也可能導(dǎo)致瞬時(shí)溫升，但這種異?？梢酝ㄟ^監(jiān)測(cè)電流來預(yù)防。根據(jù)響應(yīng)快和響應(yīng)慢的特點(diǎn)，將監(jiān)測(cè)系統(tǒng)分為連續(xù)監(jiān)測(cè)和定期監(jiān)測(cè)。連續(xù)監(jiān)測(cè)功能需要全天候運(yùn)行，因此該子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需要高度重視低功耗的設(shè)計(jì)。周期性監(jiān)測(cè)是一種間歇運(yùn)行方式，其長(zhǎng)度可以結(jié)合功耗和電路精度來考慮。

 

圖3.7智能電池工作過程原理圖

低功耗管理模塊是節(jié)能系統(tǒng)的核心。它控制所有功能模塊何時(shí)開始工作，何時(shí)停止。上述連續(xù)監(jiān)測(cè)功能需要全天候運(yùn)行，不需要低功耗管理模塊進(jìn)行管理。周期監(jiān)控功能由低功耗管理模塊決定，開始工作時(shí)間。

工作流程大致如下:低功耗管理模塊首先等待監(jiān)控周期的到來，打開定期監(jiān)控模塊，將監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)傳輸給異常處理模塊和功率估計(jì)功能模塊。異常處理模塊根據(jù)監(jiān)控的反饋結(jié)果進(jìn)行相應(yīng)的處理并記錄在內(nèi)存中。外圍設(shè)備可以讀取這些異常日志。