智能电池系统构成分析

智能电池系统组成

 

智能电池可分为两部分:低温锂电池和管理系统。图3.5为智能电池的结构图。电池部分由4组电池串联而成，每组电池包含8个平行的2.5ah锂电池。管理系统的保护功能由正、负电流电路的两个保护执行器完成，其中正端保护执行器由独立的专用IC实现，构成保护功能的第二条“防线”。

图3.5智能电池结构示意图

根据系统功能定义，智能电池的功能框图如图3.6所示。根据功能划分，管理系统可分为检测机制、判断决策机制、功率估计机制、信息交换与存储机制、执行机制和均衡机制。检测机构完成电流传感、电压采集和温度检测等功能。电量估计器根据检测机构提供的电流数据，结合电池的电流状况，通过一整套算法流程来估计剩余电量。判断决策机构用于判断是否发生过流、过压、过放电、超温等异常情况，并根据电池的情况进行决策，对执行机构进行控制。执行机构实现充放电路径的传导和断开。信息交换和存储机制的功能，用来完成与仪器设备的信息交换，并记录异常信息。在充电过程中，均衡机制可以消除由于电池差异造成的充电速度不一致。

 

系统工作流程

 

根据功能模块的不同，系统可分为异常监测模块、异常处理模块、通信记录模块、功率估计模块和低功耗管理模块。图3.7为智能电池的工作流程图。根据电池参数的特点，可将监测参数分为快响应参数和慢响应参数。快速响应包括充电电流和放电电流。这两个参数的值可能会由于操作不当或外部环境的意外情况而突然改变。这就要求系统具有非常快的响应速度，以确保能够及时处理异常电流。慢响应包括两个参数:电池电压和电池温度。电池的电压波动主要是由电池的充放电引起的，在一定的时间内电压值相对稳定。放电时，电池容量越大，电压变化越慢。电池温度的变化主要是由于锂离子在正极和负极充放电时的插入和反插入造成的。在短路或大电流异常的情况下，电池的内阻也可能导致瞬时温升，但这种异常可以通过监测电流来预防。根据响应快和响应慢的特点，将监测系统分为连续监测和定期监测。连续监测功能需要全天候运行，因此该子系统的设计需要高度重视低功耗的设计。周期性监测是一种间歇运行方式，其长度可以结合功耗和电路精度来考虑。

 

图3.7智能电池工作过程原理图

低功耗管理模块是节能系统的核心。它控制所有功能模块何时开始工作，何时停止。上述连续监测功能需要全天候运行，不需要低功耗管理模块进行管理。周期监控功能由低功耗管理模块决定，开始工作时间。

工作流程大致如下:低功耗管理模块首先等待监控周期的到来，打开定期监控模块，将监控数据传输给异常处理模块和功率估计功能模块。异常处理模块根据监控的反馈结果进行相应的处理并记录在内存中。外围设备可以读取这些异常日志。