为什么需要锂电池管理系统?

　　远程仪表设备由于其特殊的工作环境和工作方式对电池的要求非常高。它要求电池需要有较长的持续供电能力，续航时间往往需要达到1年甚至更长时间。锂电池由于其工作电压高、体积小、质量轻、能量密度大、无记忆效应、无污染、自放电小、循环寿命长等众多优点而被广泛使用在长时间待机的远程监控仪表上。与镍氢电池相比，锂离子电池轻30%-40%，能量比却高60% 。然而锂电池也有严重的缺陷，总结来说有以下两个方面：

(1) 安全性

　　锂电池存在安全性差，时有发生爆炸等缺陷。尤其是钴酸锂为正极材料的锂电池不能大电流放电，安全性较差。此外，几乎所有种类的锂电池过度充电或过度放电都会引起电芯不可逆转的损伤。锂电池对温度也极为敏感：如果在温度过高的状况下使用，可能引起电解液分解、燃烧甚至爆炸;温度过低将导致锂电池的各项性能明显恶化，影响设备的正常使用。

　　由于电池制作工艺的限制，每个电池单元的内阻、容量等均会存在差异。当多个电池单元串联使用时，会引起各个电芯的充放电速率不一致，这导致了电池容量的利用率低下。鉴于此，锂电池在实际使用过程中通常需要专门的保护系统来监控电池的健康状态，从而管理锂电池的使用过程。图1显示了电解液分解后的锂电池。

(2)可维护性

　　锂电池低温下容量衰减和电量无法准确预测使得设备的可维护性较差。长期在线的仪表需要定期更换电池，而远程监控设备工作站点分散，各个站点之间路途遥远，因此更换电池工作量巨大，成本高昂。为了减小维护的工作量，降低维护成本，需要电池管理系统具有准确的电荷状态估算功能以准确掌握电池的电荷状态，更有目的地进行电池更换工作;同时还需要电池管理系统具有较低的自身功耗，以降低维护频率，延长电池的使用寿命。因此对长时间持续供电的远程监控仪表，合理地设计电池管理系统对设备的维护有着非常重要的意义。

　　然而，远程监控仪表的工作特点和锂电池的固有的特性使得研究出满足此类应用要求的电池管理系统变得相当困难。主要有以下几个因素：首先从远程测量仪表的工作特点来讲，为了降低功耗，远程测量仪表一般会周期性的进行休眠和唤醒，它的工作电流是动态变化的，唤醒阶段的工作电流远高于休眠状态，但唤醒阶段的工作时间却远小于休眠阶段;

　　其次，锂电池的放电曲线十分平缓，主要电量都集中于3.6V电压以上，而随后，随着电压的进一步降低，电池电量开始急剧下降，远程仪表设备无法根据电池电压发出低电量报警;最后，锂电池的自放电率随温度的波动变化很大，对工作在野外的仪表设备来说，温度条件十分极端，进一步加大了电池电量预测难度。现有的电池管理系统难以适应这些功能和性能要求，本课题正是基于上述背景而提出的。

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