你知道智能电池系统吗?智能电池系统先容及应用

锂离子电池已经成为笔记本电脑和手持系统的首选能源(电源)。随着对CpU、显示器和DVD驱动器电源需求的增加,高能量密度的电池组也在发展。同时,大规模制造过程确保了高能量密度电池组的合理价格水平。

智能电池系统

许多新技术不仅提高了系统的性能,还增加了系统的功耗。对于生产电池的化工企业来说,电池生产技术的实质性进步是非常困难、耗时和昂贵的。因此,大家必须寻找优化节能的方法。智能电池系统是最有前途的技术,它可以大大提高电池组的性能。

在计算机行业,我真的很喜欢和害怕锂离子电池。锂离子电池早期应用中发生的事故在相关企业的记忆中仍然记忆犹新。他们学到了一个令人印象深刻的教训:在任何情况下,他们都不应该超过锂离子电池的额定参数,否则他们肯定会引起爆炸或火灾。

除了电池的化学成分或电极等参数外,锂离子电池还有几个特定的参数。如果超过这些参数,电池将失去控制。在说明这些参数的图表中(参见锂离子参数图表),任何超出相应阈值曲线的点都是失控的。随着电池电压的增加,温度阈值降低。另一方面,任何导致电池电压超过其设计值的行为都会导致电池过热。

谨防充电器造成危害

电池制造商已经设置了几层电池和包装保护,以防止危险的过热。但是,有一个组件可能无法通过这些措施,并在使用电池时造成伤害,该组件就是充电器。

伤害可充电锂离子电池有三种方式:电池电压过高(最危险的情况);充电电流过大(充电电流过大会产生锂镀层效应,导致发热);充电过程不能正确终止,或者充电温度过低。

锂离子电池充电器的设计者采取额外的预防措施,以避免超出这些参数的允许范围。从而绝对保证系统的相关参数在安全范围内工作。

例如,智能电池充电器规格允许负电压偏差为-9%,但强调正偏差不应超过1%。确保符合智能电池的安全标准。当然,在实际设计中,偏差是随机的。因此,符合本规范的设计通常将充电器的目标电压值设定在额定值的-4%附近。

由于充电电压不准确(无论是-4%还是-9%),电池总是充电不足。对锂离子电池潜在危险的恐惧导致电池容量利用率低。根据行业专家的经验,即使充电后电压仅比额定值低0.05%,容量也会减少15%。

电池内置入计算机

智能电池技术的原理非常简单。电池内置一台小型计算机,用于监控和分析所有电池数据,从而准确预测剩余电池容量。剩余电池容量可以直接转换为便携式计算机的剩余工作时间。与原来仅依靠电压监测的容量测量方法相比,可马上延长工作时间35%。

不幸的是,智能电池技术只能做这么多。除非能够与充电器电路通信,否则他们无法确定自己的工作环境或控制充电过程。

在“智能电池系统”环境中,在特定的电压和电流条件下,电池请求智能充电器对其充电。然后,智能充电器负责根据请求的电压和电流参数给电池充电。

充电器依靠其内部电压和电流基准来调整其输出,以匹配智能电池所要求的值。由于这些基准的误差可能达到-9%,当电池仅部分充电时,充电过程可能结束。

更详细地了解充电环境可以揭示更多影响锂离子电池充电效率的问题。即使在最理想的情况下,假设充电器的精度为100%,位于充电路径中充电器的电池之间的电阻元件会引入额外的电压降,尤其是在恒流充电阶段。这些额外的电压降导致过早地从恒流充电到恒压。

由于电阻引起的压降会随着电流的减小而逐渐减弱,充电器最终会完成充电过程。但是充电时间会延长。恒流充电时能量转移效率更高。

消除电阻压降

理想情况下,充电器的输出精确地消除了电阻压降的影响。一些人可能会提出这样的解决方案,在充电过程的所有阶段,智能充电器通过使用智能电池中的监控电路的数据来监控和校正其自身的输出。这对于单电池系统是可行的,但是对于两个或更多电池系统是不合适的。

在双电池系统中,如果可能的话,最好同时给两个电池充电和放电。虽然电池充电是并行的,但一个只有一个SMBUS端口的典型充电器仍然不能胜任这项任务。因为如果只有一个SMBUS端口,充电器或其他SMBUS设备只能同时与一个电池通信。因此,理想的系统应该提供两个或多个SMBUS端口,以便两个电池可以同时与充电器通信。

智能电池系统(SBS)管理器

除了提供多个SMBUS端口,SBS管理器技术还可以大大提高锂离子智能电池的性能。SBS管理器是SBS的一部分,由SBS1.1规范定义。它取代了以前版本中定义的智能选择器。

一方面,SBS管理器提供与驱动程序和刷新系统的接口,另一方面,它管理智能电池和充电器。驾驶员可以读取并请求发送关于电池、充电器和管理器本身的信息。规范中定义了与此信息传输相关的接口。在多电池系统中,SBS管理器负责选择系统电源,并决定在特定时间给哪个电池充电或放电。简而言之,SBS管理器决定给哪个电池充电,给哪个电池放电,以及何时放电。

一个实施良好的SBS管理有几个优点:更完整和更快的充电过程,同时有效的充电和放电,以及能够检测和快速响应危险情况(如潜在的电压超限)。

SBS管理器可以监控电池本身的电压,可以将电池充电到其真正的容量。它可以避免因监测电压不准确(一般为上述的-4%-9%)而导致的充电不足。此外,该过程不需要特别精确的基准电压(精确的基准电压非常昂贵)。

避免使用精确电压基准的策略是利用智能电池内部的测量电路来测量电池电压,其精度可达1%。这样,SBS管理器可以命令充电器适当地增加电压,直到监控的电压达到适当的值。

一个实施良好的SBS管理器可以使电池充电过程比传统充电器快16%。安全地增加充电器的输出电压,使其高于电池的额定电压,以补偿由电池的内阻和回路电阻引起的电压降。这个过程可以通过监控电池内部电压和快速调整充电器电压来实现。

何时及如何充电

SBS经理可以同时决定何时给电池组充电。同时充电可以更好地利用充电器的电流进行充电。在单电池系统中,当进入恒压充电模式时,充电器提供的充电电流随着满电池的增加而减少。未使用的电流被浪费了。在使用SBS管理器的双电池系统中,情况并非如此,当给一个电池充电时不能使用的电流可以被另一个电池使用。

此外,SBS管理器可以判断哪个电池可以更快地传输能量。能最快增加系统容量的电池先充电,能充电更多能量的电池先快速放电。这可以将充电过程加快60%。SBS管理员还可以决定何时启用同步放电功能。适当的同时放电可以将系统容量提高16%。

当然,所有这些改进对于电池的性能都必须是安全的。如前所述,锂离子电池具有额定电压。当施加到电池上的电压达到最大值时,充电过程从恒流模式变为恒压模式。智能充电管理器负责根据测量的电池电压检测该开关点。然而,与智能充电器相比,SBS管理器有一个很大的优势,它可以持续监控和校正充电器和电池电压。这样,在达到电池最大容量的情况下,保证了安全性。

由于计算机和其他设备性能的不断提高,对能源的需求正在迅速增长,而化学电池的改进却赶不上这一增长速度。尽管SBS技术非常有用,但有一天SBS技术本身无法提供高性能系统所需的电力,因此需要一种更智能的电源管理方案。

如果那个原始设备制造商能在不明显影响性能的情况下让笔记本电脑工作6小时,它将很快占领市场。SBS经理朝着这个目标迈出了一大步。

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