隨著人們生活水平的提高，二次電池特別是大電流的蓄電池（鉛酸蓄電池、鎳鎘和鎳氫蓄電池）在動(dòng)力部門(mén)、鐵道、軍事中取得了越來(lái)越多的應(yīng)用，然而，蓄電池能否可靠的供電，并達(dá)到生產(chǎn)廠規(guī)定的壽命，與對(duì)蓄電池的充放電等日常維護(hù)管理正確與否是密切相關(guān)的。由于現(xiàn)在廣泛應(yīng)用的蓄電池均不帶智能檢測(cè)裝置，即不是數(shù)字化蓄電池，所以，蓄電池的充放電電流大小、端電壓大小、充放電時(shí)間、充放電次數(shù)、充放電容量、剩余容量、蓄電池內(nèi)部溫度和使用壽命等基本參數(shù)，只能靠人工測(cè)量或大概估算，一旦出現(xiàn)誤差，將對(duì)我們正常的生產(chǎn)和生活產(chǎn)生不可預(yù)計(jì)的后果，并對(duì)蓄電池的電氣性能和壽命造成無(wú)法彌補(bǔ)的損失。

隨著微處理器技術(shù)的發(fā)展，移動(dòng)電子設(shè)備就其本身功能而言發(fā)展得很快，目前絕大多數(shù)已數(shù)字化、智能化、內(nèi)部的控制電路或多或少地由ＣＰＵ芯片完成。但是它的供電部分就顯得非常原始，一般情況下僅僅是將一個(gè)電池提供的直流電給電子設(shè)備，而電池自身的特性、狀態(tài)等參數(shù)均無(wú)法向電子設(shè)備提供，即不能與相關(guān)的電子設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。這樣就對(duì)電子設(shè)備的智能化的提高，帶來(lái)了新的難題。

如果蓄電池能把各種狀態(tài)參數(shù)通過(guò)微處理器進(jìn)行存儲(chǔ)、記錄、分析、控制、打印及顯示，直觀地提供給有關(guān)人員，并實(shí)現(xiàn)與相關(guān)的電子設(shè)備的數(shù)據(jù)通信，即實(shí)現(xiàn)數(shù)字化，這不僅能夠減少人為失誤和延長(zhǎng)蓄電池使用壽命，而且能夠?qū)崿F(xiàn)相關(guān)電子設(shè)備的智能控制和無(wú)人值守。因此，蓄電池?cái)?shù)字化的研究開(kāi)發(fā)，是一項(xiàng)具有重要意義的課題。

數(shù)字化電池的概念

數(shù)字化電池的確切定義目前還沒(méi)有統(tǒng)一。這個(gè)概念來(lái)源于信息業(yè)的高速發(fā)展，其中主要來(lái)源于世界著名的筆記本電腦設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、供應(yīng)商。在實(shí)際應(yīng)用中，一旦關(guān)鍵時(shí)候電池沒(méi)電，必將產(chǎn)生不可預(yù)計(jì)的損失，數(shù)字化電池的構(gòu)想就是在這種情況下提出的，有了它，我們就能夠及時(shí)掌握電池供電的工作狀況，就可以事先有所準(zhǔn)備，及時(shí)的替換。這里所說(shuō)的工作狀況應(yīng)包含以下方面：
（1）當(dāng)前電池的端電壓大小、充放電電流大小，充放電時(shí)間；（2）當(dāng)前電池的內(nèi)阻，剩余容量，剩余充放電時(shí)間，電池溫度；（3）當(dāng)前電池的充放電次數(shù)，使用壽命。

在實(shí)際開(kāi)發(fā)中，研究人員發(fā)現(xiàn)，僅了解蓄電池的工作狀態(tài)并不能滿(mǎn)足我們對(duì)電池的要求，還需要蓄電池能夠與相關(guān)電子設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞，以實(shí)現(xiàn)電池切換、電池充電等自動(dòng)控制。

由上可知：所謂的數(shù)字化電池，它包含一塊普通可充電電池，一個(gè)數(shù)字化電池控制模塊，以及通信接口，完成數(shù)字化電池的各項(xiàng)測(cè)控管理和數(shù)據(jù)通信功能。除了能夠?qū)ι鲜龉ぷ鳡顩r以數(shù)字的形式進(jìn)行直觀精確的顯示（或者提供），還應(yīng)能提供電池的背景訊息和身份數(shù)據(jù)（如電池的制造日期、制造商數(shù)據(jù)等）；在充電過(guò)程中具有相應(yīng)的保護(hù)報(bào)警措施（如過(guò)壓保護(hù)，超溫報(bào)警等）；同時(shí)它應(yīng)符合某種通信協(xié)議（如系統(tǒng)管理總線SMBus），具有與主機(jī)、智能充電控制器等通信的接口，能夠進(jìn)行信息傳遞與控制。

數(shù)字化電池現(xiàn)狀及開(kāi)發(fā)應(yīng)用價(jià)值

數(shù)字化電池首先由國(guó)外開(kāi)始研制。早在1995年，美軍已經(jīng)有數(shù)字化電池裝備部隊(duì)，但這些電池?cái)?shù)字化程度不高，通用性不強(qiáng)。根據(jù)網(wǎng)上有限信息搜集得知，國(guó)外研制開(kāi)發(fā)的數(shù)字化電池主要由可充電電池、控制模塊等組成，其中控制模塊的軟件部分應(yīng)符合特定的通信協(xié)議。由數(shù)字化電池構(gòu)成的數(shù)字化電池系統(tǒng)硬件包括：系統(tǒng)主機(jī)、數(shù)字化電池（可以是一只，也可以是若干只）、智能充電控制器、AC/DC變換器及傳輸數(shù)據(jù)的總線網(wǎng)絡(luò)。

軟件包括傳輸數(shù)據(jù)的通信協(xié)議、數(shù)據(jù)處理平臺(tái)和嵌入式操作系統(tǒng)以及相應(yīng)的程序。國(guó)外有很多的公司和企業(yè)參與數(shù)字化電池的研究開(kāi)發(fā)，Intel公司和Duracell公司聯(lián)合生產(chǎn)數(shù)字化電池，這款產(chǎn)品命名為PowerSmart，符合SBS（智能電池系統(tǒng)）標(biāo)準(zhǔn)。摩托羅拉公司也在開(kāi)發(fā)能被廣大用戶(hù)接受數(shù)字化電池。德國(guó)的電池業(yè)巨頭Varta公司和Duracell公司合作正在開(kāi)發(fā)新一代數(shù)字化電池，這款電池不久就會(huì)面世。

從電池行業(yè)的第十個(gè)五年計(jì)劃得知，美、日、歐占全球電池市場(chǎng)的70％。消耗電池中，美國(guó)年人均達(dá)25只／人；日本年人均達(dá)20只／人。而中國(guó)年人均消耗電池不足7只。所以，電池在中國(guó)有很大的市場(chǎng)。中國(guó)的電池行業(yè)把重點(diǎn)放在了無(wú)汞堿錳電池、氫鎳動(dòng)力電池、鋰離子電池、全密封免維護(hù)鉛酸蓄電池、車(chē)用動(dòng)力電池、燃料電池、太陽(yáng)能電池的開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)上。在部隊(duì)中，二次電池如鎘鎳、氫鎳蓄電池在大量裝備使用，軍用鋰離子蓄電池也在研制中，不久將裝備部隊(duì)，在未來(lái)一段時(shí)間內(nèi)，將出現(xiàn)三種蓄電池并存的現(xiàn)象。

到目前，只有極少數(shù)單位或研究機(jī)構(gòu)在進(jìn)行數(shù)字化電池的研究開(kāi)發(fā)，只有幾種數(shù)字化電池研制品，還沒(méi)有開(kāi)發(fā)出完整的數(shù)字化電池系統(tǒng)。因此，在我國(guó)二次電池?cái)?shù)字化，具有很大的發(fā)展空間。同時(shí)，二次電池?cái)?shù)字化后，人們?cè)谟脭?shù)字化電池供電時(shí)，不至于在正常的工作中突然掉電而影響工作和造成一定的損失；可以合理或者說(shuō)更科學(xué)的使用電池，不會(huì)對(duì)電池過(guò)放電和過(guò)充電，可以有效的延長(zhǎng)電池的使用壽命；精確的顯示電池?cái)?shù)據(jù)和給主機(jī)提供數(shù)據(jù)，可有效的對(duì)電池各個(gè)狀態(tài)進(jìn)行相應(yīng)的控制和處理；對(duì)電池的最終老化也會(huì)有告警提示；所以電池相應(yīng)有了自珍斷能力；構(gòu)成數(shù)字化電池系統(tǒng)就可以進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)視電池的使用，并利用可靠的數(shù)據(jù)進(jìn)行高效的能源管理。因而，數(shù)字化電池也具有很高的推廣應(yīng)用價(jià)值。

數(shù)字化電池的相關(guān)技術(shù)

由于數(shù)字化電池內(nèi)置智能芯片，通過(guò)與智能化充電機(jī)數(shù)據(jù)交換，可實(shí)現(xiàn)電池型號(hào)識(shí)別，剩余容量及循環(huán)次數(shù)顯示等功能，大大提高了電池的性能和使用壽命。智能化鎘鎳蓄電池系列、智能化氫鎳蓄電池系列及智能化鋰離子蓄電池系列將是重要發(fā)展方向。但智能化與非智能化的鎘鎳蓄電池系列和氫鎳蓄電池系列將會(huì)并存一段時(shí)期，直至智能化電池完全取代非智能化電池。因此，對(duì)數(shù)字化電池的開(kāi)發(fā)應(yīng)盡早著手，以盡可能地提高我國(guó)電池工業(yè)水平，做到與國(guó)外同步。通過(guò)大量查閱國(guó)外數(shù)字化電池研究相關(guān)資料，并與有關(guān)專(zhuān)家及生產(chǎn)廠家進(jìn)行研討，筆者認(rèn)為數(shù)字化電池的研究開(kāi)發(fā)應(yīng)著眼于以下方面：

（1）數(shù)字化電池的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。國(guó)外數(shù)字化電池己初步形成了某些行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，比如，數(shù)字化電池與其它控制設(shè)備的通信協(xié)議。我們的數(shù)字化電池要具有兼容性，就要充分了解有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，若能制定出我們自己的完善的體制標(biāo)準(zhǔn)，就會(huì)更有利于我國(guó)數(shù)字化電池的開(kāi)發(fā)研制和形成系列產(chǎn)品。如果有統(tǒng)一的數(shù)字化協(xié)議，電池制造商則可以自行開(kāi)發(fā)或委托其他公司開(kāi)發(fā)數(shù)字化電池，投入少、見(jiàn)效快，同時(shí)也成為電池產(chǎn)品提高了附加值。統(tǒng)一的電池?cái)?shù)字化協(xié)議將有助于他們減少產(chǎn)品品種，相對(duì)提高產(chǎn)量，降低產(chǎn)品售價(jià)。統(tǒng)一的電池?cái)?shù)字化協(xié)議將使各有關(guān)廠商受益，在市場(chǎng)上實(shí)現(xiàn)多贏的局面。

（2）鎘鎳、氫鎳蓄電池及鋰離子蓄電池等電池的特性研究。只有對(duì)這些電池的特性有了詳細(xì)的了解，我們才能夠?qū)ζ涓鞣N性能指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)和控制，為電池的數(shù)字化提供第一手資料，同時(shí)，也可以為智能化充電控制器等相關(guān)電子設(shè)備的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)提供借鑒。

（3）數(shù)字化電池的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)采集處理技術(shù)。主要對(duì)電池電壓、電流、溫度等數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，進(jìn)行數(shù)字量化處理后，得出精確的電壓、容量、內(nèi)阻、溫度數(shù)據(jù)在LCD上顯示或用于通信傳輸。

（4）數(shù)據(jù)通信技術(shù)。數(shù)據(jù)通信是實(shí)現(xiàn)電池?cái)?shù)字化的一項(xiàng)重要內(nèi)容，現(xiàn)有的國(guó)外數(shù)字化電池的通信其標(biāo)準(zhǔn)是：SMBusV2.0。電池的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)處理后，按標(biāo)準(zhǔn)格式通過(guò)傳送驅(qū)動(dòng)程序通過(guò)接口與其它電子設(shè)備（或者主機(jī)）的CPU進(jìn)行源源不斷的數(shù)據(jù)傳輸，如果是數(shù)字化電池系統(tǒng)，主機(jī)就可以根據(jù)電池的當(dāng)前狀況采取相應(yīng)的措施。

（5）數(shù)字化電池的智能化充電控制技術(shù)。與數(shù)字化電池相配套的智能充電技術(shù)必須能夠與數(shù)字化電池進(jìn)行通信和實(shí)現(xiàn)自動(dòng)快速充電控制。目前，先進(jìn)的充電器已實(shí)現(xiàn)數(shù)字化、智能化，充電器的各種操作均由微處理器完成，能夠?qū)崿F(xiàn)電池種類(lèi)判斷、根據(jù)用戶(hù)要求選擇充電電流、多種充滿(mǎn)判定方式、多種保護(hù)措施、電池的充電容量顯示、多路電池同時(shí)或順序充電、電池充滿(mǎn)的聲光提示等功能，充電方式可以是恒流、恒流恒壓并輔以下拉負(fù)脈沖的方式，可以增加電池的維護(hù)功能，通過(guò)對(duì)電池的維護(hù)提高電池的壽命，并且可以用為交流適配器直接給移動(dòng)電子設(shè)備供電。

數(shù)字化電池是二次電源開(kāi)發(fā)應(yīng)用的一個(gè)嶄新的課題，數(shù)字化電池的優(yōu)點(diǎn)也是其它非數(shù)字化電池所不能比擬的，它的研究開(kāi)發(fā)和推廣應(yīng)用，不僅會(huì)給電池行業(yè)注入新的活力，更會(huì)對(duì)人們的生產(chǎn)和生活提供很多方便，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

對(duì)于鋰離子電池包制造商來(lái)說(shuō)，針對(duì)電池供電系統(tǒng)構(gòu)建安全且可靠的產(chǎn)品是至關(guān)重要的。電池包中的電池管理電路可以監(jiān)控鋰離子電池的運(yùn)行狀態(tài)，包括了電池阻抗、溫度、單元電壓、充電和放電電流以及充電狀態(tài)等，以為系統(tǒng)提供詳細(xì)的剩余運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間和電池健康狀況信息，確保系統(tǒng)作出正確的決策。此外，為了改進(jìn)電池的安全性能，即使只有一種故障發(fā)生，例如過(guò)電流、短路、單元和電池包的電壓過(guò)高、溫度過(guò)高等，系統(tǒng)也會(huì)關(guān)閉兩個(gè)和鋰離子電池串聯(lián)的背靠背（back-to-back）保護(hù)MOSFET，將電池單元斷開(kāi)。基于阻抗跟蹤技術(shù)的電池管理單元（BMU）會(huì)在整個(gè)電池使用周期內(nèi)監(jiān)控單元阻抗和電壓失衡，并有可能檢測(cè)電池的微小短路（micro-short），防止電池單元造成火災(zāi)乃至爆炸。

鋰離子電池安全

過(guò)高的工作溫度將加速電池的老化，并可能導(dǎo)致鋰離子電池包的熱失控（thermal run-away）及爆炸。對(duì)于鋰離子電池高度活性化的含能材料來(lái)說(shuō)，這一點(diǎn)是備受關(guān)注的。大電流的過(guò)度充電及短路都有可能造成電池溫度的快速上升。鋰離子電池過(guò)度充電期間，活躍得金屬鋰沉積在電池的正極，其材料極大的增加了爆炸的危險(xiǎn)性，因?yàn)殇噷⒂锌赡芘c多種材料起反應(yīng)而爆炸，包括了電解液及陰極材料。例如，鋰/碳插層混合物（intercalated compound）與水發(fā)生反應(yīng)，并釋放出氫氣，氫氣有可能被反應(yīng)放熱所引燃。陰極材料，諸如LiCoO2，在溫度超過(guò)175℃的熱失控溫度限（4.3V單元電壓）時(shí)，也將開(kāi)始與電解液發(fā)生反應(yīng)。

鋰離子電池使用很薄的微孔膜（micro-porous film）材料，例如聚烯烴，進(jìn)行電池正負(fù)極的電子隔離，因?yàn)榇祟?lèi)材料具有卓越的力學(xué)性能、化學(xué)穩(wěn)定性以及可接受的價(jià)格。聚烯烴的熔點(diǎn)范圍較低，為135℃至 165℃，使得聚烯烴適用于作為熱保險(xiǎn)（fuse）材料。隨著溫度的升高并達(dá)到聚合體的熔點(diǎn)，材料的多孔性將失效，其目的是使得鋰離子無(wú)法在電極之間流動(dòng)，從而關(guān)斷電池。同時(shí)，熱敏陶瓷（PCT）設(shè)備以及安全排出口（safety vent）為鋰離子電池提供了額外的保護(hù)。電池的外殼，一般作為負(fù)極接線端，通常為典型的鍍鎳金屬板。在殼體密封的情況下，金屬微粒將可能污染電池的內(nèi)部。隨著時(shí)間的推移，微粒有可能遷移至隔離器，并使得電池陽(yáng)極與陰極之間的絕緣層老化。而陽(yáng)極與陰極之間的微小短路將允許電子肆意的流動(dòng)，并最終使電池失效。絕大多數(shù)情況下，此類(lèi)失效等同于電池?zé)o法供電且功能完全終止。在少數(shù)情況下，電池有可能過(guò)熱、熔斷、著火乃至爆炸。這就是近期所報(bào)道的電池故障的主要根源，并使得眾多的廠商不得不將其產(chǎn)品召回。

電池管理單元（BMU）以及電池保護(hù)

電池材料的不斷開(kāi)發(fā)提升了熱失控的上限溫度。另一方面，雖然電池必須通過(guò)嚴(yán)格的UL安全測(cè)試，例如UL1642，但提供正確的充電狀態(tài)并很好的應(yīng)對(duì)多種有可能出現(xiàn)的電子原件故障仍然是系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員的職責(zé)所在。過(guò)電壓、過(guò)電流、短路、過(guò)熱狀態(tài)以及外部分立元件的故障都有可能引起電池突變的失效。這就意味著需要采取多重的保護(hù)——在同一電池包內(nèi)具有至少兩個(gè)獨(dú)立的保護(hù)電路或機(jī)制。同時(shí)，還希望具備用于檢測(cè)電池內(nèi)部微小短路的電子電路以避免電池故障。

電量計(jì)電路設(shè)計(jì)用于精確的指示可用的鋰離子電池電量。該電路獨(dú)特的算法允許實(shí)時(shí)的追蹤電池包的蓄電量變化、電池阻抗、電壓、電流、溫度以及其它電路信息。電量計(jì)自動(dòng)的計(jì)算充電及放電的速率、自放電以及電池單元老化，在電池使用壽命期限內(nèi)實(shí)現(xiàn)了高精度的電量計(jì)量。例如，一系列專(zhuān)利的阻抗追蹤電量計(jì)，包括bq20z70，bq20z80以及bq20z90，均可在電池壽命期限內(nèi)提供高達(dá)1%精度的計(jì)量。單個(gè)熱敏電阻被用于監(jiān)測(cè)鋰離子電池的溫度，以實(shí)現(xiàn)電池單元的過(guò)熱保護(hù)，并用于充電及放電限定。例如，電池單元一般不允許在低于0℃或高于45℃的溫度范圍內(nèi)充電，且不允許在電池單元溫度高于65℃時(shí)放電。如檢測(cè)到過(guò)電壓、過(guò)電流或過(guò)熱狀態(tài)，電量計(jì)IC將指令控制AFE關(guān)閉充電及放電MOSFET Q1及Q2。當(dāng)檢測(cè)到電池欠壓（under-voltage）狀態(tài)時(shí)，則將指令控制AFE關(guān)閉放電MOSFET Q2，且同時(shí)保持充電MOSFET開(kāi)啟，以允許電池充電。

AFE的主要任務(wù)是對(duì)過(guò)載、短路的檢測(cè)，并保護(hù)充電及放電MOSFET、電池單元以及其它線路上的元件，避免過(guò)電流狀態(tài)。過(guò)載檢測(cè)用于檢測(cè)電池放電流向上的過(guò)電流（OC），同時(shí)，短路（SC）檢測(cè)用于檢測(cè)充電及放電流向上的過(guò)電流。AFE電路的過(guò)載和短路限定以及延遲時(shí)間均可通過(guò)電量計(jì)數(shù)據(jù)閃存編程設(shè)定。當(dāng)檢測(cè)到過(guò)載或短路狀態(tài)，且達(dá)到了程序設(shè)定的延遲時(shí)間，則充電及放電MOSFET Q1及Q2將被關(guān)閉，詳細(xì)的狀態(tài)信息將存儲(chǔ)于AFE的狀態(tài)寄存器，從而電量計(jì)可讀取并調(diào)查導(dǎo)致故障的原因。

對(duì)于計(jì)量2、3或4個(gè)鋰離子電池包的電量計(jì)芯片集解決方案來(lái)說(shuō)，AFE起了很重要的作用。AFE提供了所需的所有高壓接口以及硬件電流保護(hù)特性。所提供的I2C兼容接口允許電量計(jì)訪問(wèn)AFE寄存器并配置AFE的保護(hù)特性。AFE還集成了電池單元平衡控制。多數(shù)情況下，在多單元電池包中，每個(gè)獨(dú)立電池單元的電荷狀態(tài)（SOC）彼此不同，從而導(dǎo)致了不平衡單元間的電壓差別。AFE針對(duì)每一的電池單元整合了旁通通路。此類(lèi)旁通通路可用于降低至每一單元的充電電流，從而為電池單元充電期間的SOC平衡提供了條件。基于阻抗追蹤電量計(jì)對(duì)每一電池單元化學(xué)電荷狀態(tài)的確定，可在需要單元平衡時(shí)做出正確的決策。

具有不同激活時(shí)間的多極過(guò)電流保護(hù)限（如圖2所示）使得電池包保護(hù)更為強(qiáng)健。電量計(jì)具有兩層的充電/放電過(guò)電流保護(hù)設(shè)定，而AFE則提供了第三層的放電過(guò)電流保護(hù)。在短路狀態(tài)下，MOSFET及電池可能在數(shù)秒內(nèi)毀壞，電量計(jì)芯片集完全依靠AFE來(lái)自動(dòng)的關(guān)斷MOSFET，以免產(chǎn)生毀壞。

當(dāng)電量計(jì)IC及其所關(guān)聯(lián)的AFE提供過(guò)電壓保護(hù)時(shí)，電壓監(jiān)測(cè)的采樣特性限制了此類(lèi)保護(hù)系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間。絕大多數(shù)應(yīng)用要求能快速響應(yīng)，且實(shí)時(shí)、獨(dú)立的過(guò)電壓監(jiān)測(cè)器，并與電量計(jì)、AFE協(xié)同運(yùn)作。該監(jiān)測(cè)器獨(dú)立于電量計(jì)及AFE，監(jiān)測(cè)每一電池單元的電壓，并針對(duì)每一達(dá)到硬件編碼過(guò)電壓限的電池單元提供邏輯電平輸出。過(guò)電壓保護(hù)的響應(yīng)時(shí)間取決于外部延遲電容的大小。在典型的應(yīng)用中，秒量級(jí)保護(hù)器的輸出將觸發(fā)化學(xué)保險(xiǎn)絲或其它失效保護(hù)設(shè)備，以永久性的將鋰離子電池與系統(tǒng)分離。

電池包永久性的失效保護(hù)對(duì)于電池管理單元來(lái)說(shuō)，很重要的一點(diǎn)是要為非正常狀態(tài)下的電池包提供趨于保守的關(guān)斷。永久性的失效保護(hù)包括了過(guò)電流的放電及充電故障狀態(tài)下的安全、過(guò)熱的放電及充電狀態(tài)下的安全、過(guò)電壓的故障狀態(tài)（峰值電壓）以及電池平衡故障、短接放電FET故障、充電MOSFET故障狀態(tài)下的安全。制造商可選擇任意組合上述的永久性失效保護(hù)。當(dāng)檢測(cè)到任意的此類(lèi)故障，則保護(hù)設(shè)備將熔斷化學(xué)保險(xiǎn)絲，以使得電池包永久性的失效。作為電子元件故障的外部失效驗(yàn)證，電池管理單元設(shè)計(jì)用于檢測(cè)充電及放電MOSFET Q1及Q2的失效與否。如果任意充電或放電MOSFET短路，則化學(xué)保險(xiǎn)絲也將熔斷。

據(jù)報(bào)道，電池內(nèi)部的微小短路也是導(dǎo)致近期多起電池召回的主要原因。如何檢測(cè)電池內(nèi)部的微小短路并防止電池著火乃至爆炸呢？外殼封閉處理過(guò)程中，金屬微粒及其它雜質(zhì)有可能污染電池內(nèi)部，從而引起電池內(nèi)部的微小短路。內(nèi)部的微小短路將極大地增加電池的自放電速率，使得開(kāi)路電壓較之正常狀態(tài)下的電池單元有所降低。阻抗追蹤電量計(jì)監(jiān)測(cè)開(kāi)路電壓，并從而檢測(cè)電池單元的非均衡性——當(dāng)不同電池單元的開(kāi)路電壓差異超過(guò)預(yù)先設(shè)置的限定值。當(dāng)出現(xiàn)此類(lèi)失效時(shí)，將產(chǎn)生永久性失效的告警并斷開(kāi)MOSFET，化學(xué)保險(xiǎn)絲也可配置為熔斷。上述行為將使得電池包無(wú)法作為供電源并因此屏蔽了電池包內(nèi)部的微小短路電池單元，從而防止了災(zāi)害的發(fā)生。

小結(jié)

電池管理單元對(duì)于確保終端用戶(hù)的安全性是至關(guān)重要的。強(qiáng)健的多極保護(hù)——過(guò)電壓、過(guò)電流、過(guò)熱、電池單元非均衡以及MOSFET失效監(jiān)測(cè)，極大地改善了電池包的安全性。通過(guò)監(jiān)測(cè)電池單元的開(kāi)環(huán)電壓，阻抗追蹤技術(shù)可檢測(cè)電池內(nèi)部的微小短路，并進(jìn)而永久性的失效電池，確保了終端用戶(hù)的安全。

到2020年，我國(guó)規(guī)劃非化石能源所占比例將達(dá)到能源消費(fèi)總量的15%。風(fēng)能、太陽(yáng)能等可再生能源將廣泛應(yīng)用，可再生能源的發(fā)展勢(shì)不可擋。而可再生能源最大的特點(diǎn)是間歇性、不連續(xù)性和不穩(wěn)定性，這給電網(wǎng)帶來(lái)了很多令人頭疼的問(wèn)題。電網(wǎng)是平衡電源和負(fù)荷的，對(duì)于電網(wǎng)來(lái)說(shuō)兩端都隨機(jī)而變?yōu)椴豢煽兀捅仨毎l(fā)展一種技術(shù)來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題。而這一技術(shù)正是近年的“風(fēng)光”無(wú)限好帶出的另一熱點(diǎn)話題———電池儲(chǔ)能。

電力作為商品，一直有一個(gè)課題短板，那就是存儲(chǔ)。電力面對(duì)的系統(tǒng)是即發(fā)即放，系統(tǒng)穩(wěn)定安全運(yùn)行的原因在于電源端可置信、可調(diào)控、負(fù)荷隨機(jī)，可以利用一些技術(shù)手段來(lái)平衡負(fù)荷。但是可再生能源接入電網(wǎng)后，這種方式就發(fā)生了根本性的轉(zhuǎn)變，不再是根據(jù)需求來(lái)發(fā)電，而是根據(jù)資源來(lái)發(fā)電。

西門(mén)子能源業(yè)務(wù)領(lǐng)域輸配電集團(tuán)首席執(zhí)行官UdoNiehage曾說(shuō)過(guò)，今后的電網(wǎng)發(fā)展趨勢(shì)是“傳統(tǒng)的‘用電負(fù)荷決定發(fā)電量’的方式，向‘用電量將取決于發(fā)電量’轉(zhuǎn)變。”隨著可再生能源使用的增加，這種趨勢(shì)將愈加明顯。

儲(chǔ)能的本質(zhì)是實(shí)現(xiàn)對(duì)電能的存儲(chǔ)，并在需要時(shí)釋放。這一技術(shù)的出現(xiàn)，徹底改變了電力系統(tǒng)生產(chǎn)、輸送和使用必須同時(shí)進(jìn)行的模式。普及應(yīng)用可再生能源應(yīng)用到電網(wǎng)，儲(chǔ)能是必不可少的環(huán)節(jié)。對(duì)于電力系統(tǒng)發(fā)輸配等各環(huán)節(jié)來(lái)說(shuō)，都需要儲(chǔ)能技術(shù)的支撐?？稍偕茉唇尤腚娋W(wǎng)中，也不是僅僅靠?jī)?chǔ)能來(lái)解決全部問(wèn)題的，這實(shí)際上是一個(gè)龐大的系統(tǒng)，需要綜合解決。國(guó)際上已可見(jiàn)的方式是利用需求側(cè)管理，如電動(dòng)汽車(chē)、熱電聯(lián)動(dòng)、節(jié)能設(shè)施等系列綜合應(yīng)用，來(lái)解決可再生能源后時(shí)代問(wèn)題。

而這些措施都屬于研發(fā)階段，其有效性仍不明確。實(shí)際上，儲(chǔ)能是當(dāng)今公認(rèn)的一個(gè)比較有效的手段，它可作為承擔(dān)接納可再生能源的角色之一，從科研的發(fā)展角度來(lái)看，近年儲(chǔ)能技術(shù)的異軍突起讓業(yè)界看到了一線希望。

從我國(guó)風(fēng)能和太陽(yáng)能發(fā)電的規(guī)劃看，2015年風(fēng)力發(fā)電裝機(jī)容量達(dá)到150吉瓦。同時(shí)，我們又看到，根據(jù)電監(jiān)會(huì)《風(fēng)電、光伏發(fā)電情況監(jiān)管報(bào)告》顯示：截至2010年上半年，我國(guó)因風(fēng)電無(wú)法上網(wǎng)而導(dǎo)致的棄風(fēng)達(dá)27.76億千瓦時(shí)。棄風(fēng)現(xiàn)象也比較嚴(yán)重，如何真正做到有效利用可再生能源發(fā)電成為了市場(chǎng)關(guān)心的重點(diǎn)。

而大規(guī)模高效儲(chǔ)能技術(shù)正是實(shí)現(xiàn)風(fēng)能、太陽(yáng)能等可再生能源普及應(yīng)用最有效的核心技術(shù)，是提高電網(wǎng)的調(diào)峰能力和可再生能源并網(wǎng)的兼容能力，構(gòu)建堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)。

發(fā)展儲(chǔ)能技術(shù)實(shí)際是在探索電力系統(tǒng)發(fā)展新方式。中國(guó)電力科學(xué)研究院超導(dǎo)電力研究所所長(zhǎng)來(lái)小康在2011儲(chǔ)能系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展論壇上表示，“按峰時(shí)負(fù)荷增容的趨勢(shì)如此發(fā)展下去，現(xiàn)在的資源已經(jīng)不能支撐我們的發(fā)展了，削峰填谷的實(shí)際意義是電網(wǎng)的改造方式發(fā)生變化，通過(guò)儲(chǔ)能技術(shù)讓電網(wǎng)由功率傳輸向電量傳輸方向轉(zhuǎn)型。

儲(chǔ)能技術(shù)是比較復(fù)雜涉及多學(xué)科，而且是不斷更新?lián)Q代的戰(zhàn)略性前沿技術(shù)。我們現(xiàn)在看儲(chǔ)能技術(shù)并非一個(gè)成熟的技術(shù)，離大規(guī)模商業(yè)化運(yùn)行還有一段距離，但可以肯定是具備強(qiáng)大發(fā)展?jié)摿Φ募夹g(shù)。”