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智能电池系统构成

时间:2014-12-8 11:11:59来源:本站原创浏览次数:

结构和功能框图

    智能电池可分为低温锂电池和管理系统两大部分,图3.5 给出了智能电池结构示意图。电池部分由4 组电芯串联而成,每组电芯包含了8 节并联的2.5Ah 单体锂电芯。管理系统的保护功能是通过电流正负回路的两个保护执行机构来完成的,其中正端的保护执行机构由独立的专用IC 来实现,构成了保护功能的第二道“防线”。

图3.5 智能电池结构示意图
    根据系统功能的定义,智能电池的功能框图可以用图3.6 来表示。管理系统按功能可以划分为探测机构、判断和决策机构、电量估算机构、信息交换和存储机构、执行机构、均衡机构。探测机构完成电流传感、电压采集和温度探测等功能。电量估算机构则由探测机构提供的电流数据,结合电池现有的状况,经一整套算法流程估算出剩余电量。判断和决策机构用来研判是否出现过电流、过电压、过放电、过温度等异常状况,并且根据电池的状况做出决策,去控制执行机构。执行机构实现充放电通路的导通和断开。信息交换和存储机构用来完成和仪表设备的信息交换以及异常信息的记录的功能。充电过程中均衡机构可以消除由于电芯的差异而引起的各节电芯充电速度不一致的问题。

图3.6 智能电池功能框图

系统工作流程

    按功能模块系统可分为异常监控模块、异常处理模块、通信和记录模块、电量估算模块和低功耗管理模块,图3.7 显示了智能电池的工作流程图。按照电池各项参数的特点可将监控参数分成快速响应参数和慢速响应参数两个类别。快速响应包含了充电电流和放电电流,这两个参数的值会由于不当的操作或外部环境的突发状况发生突变,这需要系统有非常快的响应速度,以保证在出现电流异常的时候能够及时处理。慢速响应包含了电芯电压和电池温度两个参数。电芯的电压波动主要由于电池的充放电引起的,在某一段时间内数值比较稳定。放电情况下电池的容量越大电压变化的越缓慢,充电情况则正好相反。电池温度的变化主要由电芯在充放电过程中锂离子在正负电极的嵌入和脱嵌造成的。出现短路或大电流的异常情况时,电芯的内阻作用也可能造成瞬间的温升,但这种异常可以通过电流的监控来预防。根据快速响应和慢速响应的特点,在设计系统时,将监控分成连续监控和周期性监控两种。连续监控功能需要全天候工,故这部分系统设计时需要非常重视低功耗的设计;周期性监控是间歇性的工作方式,工作周期的长度可以综合功耗和电路的精确度来考虑。

图3.7 智能电池工作流程示意图
    低功耗管理模块是系统中节能的核心工作部分,它掌管着所有功能模块何时开始工作开始何时停止工作。上文中提到的连续监控功能需要全天候工作,故不受低功耗管理模块管理;周期性监控功能则由低功耗管理模块来决定起始工作时间。
    工作的流程大致如下:低功耗管理模块首先等待监控周期的到来,开启周期性监控模块,同时将监控的数据传给异常处理模块和电量估算功能模块。异常处理模块根据监控的反馈结果作出相应的处理,并将之记录在存储器中。外围设备可以读出这些异常日志。电量估算功能模块则根据监控提供的电流数据开始对用电的流量进行积分统计,由此估算出剩余电量和剩余的续航时间。这两项估算结果定时向仪器报告,以保证智能电池不发生电压过低而被迫自动关机的恶性事件。

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