智能電池系統的應用設計

　　鋰離子電池目前已成為筆記本電腦和手持系統能量來(lái)源（電源）的首選。隨著(zhù)CPU、顯示器和DVD驅動(dòng)器對電源功率的需求持續增長(cháng)，高能量密度的電池組也不斷發(fā)展。同時(shí)，大批量制造工藝保證了高能量密度電池組有一個(gè)合理的價(jià)格水平。

　　許多新技術(shù)，在提高性能的同時(shí)也增大了系統的功率消耗。對生產(chǎn)電池的化工企業(yè)來(lái)說(shuō)，電池生產(chǎn)技術(shù)的實(shí)質(zhì)性進(jìn)展是很困難的，耗時(shí)長(cháng)、成本高。所以必須尋找尋找優(yōu)化電源保存的方法。智能電池系統智能電池系統（SBS）是出現的最有希望的技術(shù)，可以大大提升電池組的性能。

　　在計算機工業(yè)界，對鋰離子電池真是又愛(ài)又怕。在鋰離子電池應用的早期所發(fā)生的事故，仍然讓曾涉入的公司記憶猶新。他們得到了印象深刻的教訓：在任何情況下，都不能超過(guò)鋰離子電池的額定參數，否則肯定會(huì )引起爆炸或起火。

　　除電池的化學(xué)成份或電極等參數外，對鋰離子電池來(lái)說(shuō)，還有幾個(gè)確定的參數，如果超過(guò)了會(huì )使電池進(jìn)入失控的狀態(tài)。在解釋這些參數的圖表中（參考鋰離子參數圖），相應閾值曲線(xiàn)外的任一點(diǎn)都是失控狀態(tài)。隨電池電壓增加，溫度閾值下降。另一方面，任何致使電池電壓超過(guò)其設計值的行為都會(huì )導致電池過(guò)熱。

　　謹防充電器造成危害

　　電池組制造商設定了幾層電池和包裝保護，以防止危險的過(guò)熱狀態(tài)。但在電池使用中有一個(gè)部件可能會(huì )使這些措施失敗從而造成危害，這一器件就是充電器。

　　充電鋰離子電池造成危害的途徑有三種：電池電壓過(guò)高（最危險的情況）；充電電流過(guò)大（過(guò)大充電電流造成鋰電鍍效應，從而引起發(fā)熱）；不能正確地終止充電過(guò)程，或在過(guò)低的溫度下充電。

　　鋰離子電池充電器的設計人員采取額外的預防性措施以避免超出這些參數的允許范圍。以絕對保證系統有關(guān)參數工作在安全的范圍內。

　　例如智能電池充電器規范，允許-9%的電壓負偏差，但強調正偏差不得超過(guò)1%。保證了符合智能電池安全標準。當然，在實(shí)際設計中，偏差的正負是隨機的。所以符合此規范的設計經(jīng)常是使充電器的目標電壓值設定在額定值的-4%附近。

　　由于充電電壓的不準確（不管是-4%還是-9%），電池始終處于充電不足的狀態(tài)。對鋰離子電池潛在危險的恐懼導致電池組容量的利用率很低。根據業(yè)界專(zhuān)家的經(jīng)驗，即使充電后電壓只比額定值低0.05%，容量的下降卻高達15%。

　　電池內置入計算機

　　智能電池技術(shù)的原理是很簡(jiǎn)單的，在電池內置入小型計算機來(lái)監視和分析所有的電池數據，以精確預報剩余電池容量。剩余電池容量可以直接換算成便攜式計算機的剩余工作時(shí)間。與原始的僅靠電壓監測的容量測量方法相比，可以立即使工作時(shí)間延長(cháng)35%。

　　遺憾的是，智能電池技術(shù)也就只能做到這么多了。除非可以和充電器電路互相通信，他們不可以確定其操作環(huán)境或對充電過(guò)程進(jìn)行控制。

　　在“智能電池系統”環(huán)境下，在特定的電壓和電流情況下，電池請求智能充電器對其進(jìn)行充電。然后，智能充電器負責根據請求電壓和電流參數對電池進(jìn)行充電。

　　充電器依靠自己內部的電壓和電流參考調整自己的輸出，以與智能電池請求的值相匹配。由于這些基準的不準確度可達-9%，所以充電過(guò)程可能在電池只是部分充電的情況下結束。

　　對充電環(huán)境的更詳細了解可以揭示出更多影響鋰離子電池充電效率的問(wèn)題。即使在最理想的情況下，假設充電器的精確度為100%，充電通路上位于充電器的電池間的電阻元件引入了額外的壓降，特別是恒流充電階段。這些額外的壓降導致充電過(guò)程過(guò)早地從恒流進(jìn)入恒壓階段。

　　由于電阻引入的壓降隨電流降低會(huì )逐漸減弱，充電器最終會(huì )完成充電過(guò)程。但充電時(shí)間會(huì )延長(cháng)。恒流充電過(guò)程中能量的轉移效率要高一些。

　　消除電阻壓降

　　最理想的情況是充電器的輸出準確地消除了電阻壓降的影響?？赡軙?huì )有人提出這樣的解決方案，在充電過(guò)程的所有階段，智能充電器利用智能電池內監測電路數據監視并校正自己的輸出。對單個(gè)電池系統來(lái)說(shuō)，這是可行的，但對雙或多電池系統就不太適用了。

　　在雙電池系統中，如果可能的話(huà)，最好是同時(shí)對兩個(gè)電池進(jìn)行充放電操作。雖然電池充電是并行的，典型的只有一個(gè)SMBUS端口的充電器還是不能勝任這一工作。因為如果只有一個(gè)SMBUS端口，充電器或其它SMBUS設備，只能同時(shí)與一個(gè)電池進(jìn)行通信。所以，理想的系統應該提供兩個(gè)或更多個(gè)SMBUS端口，這樣，兩個(gè)電池就可以同時(shí)與充電器通信了。

　　鋰離子電池目前已成為筆記本電腦和手持系統能量來(lái)源（電源）的首選。隨著(zhù)CPU、顯示器和DVD驅動(dòng)器對電源功率的需求持續增長(cháng)，高能量密度的電池組也不斷發(fā)展。同時(shí)，大批量制造工藝保證了高能量密度電池組有一個(gè)合理的價(jià)格水平。

　　許多新技術(shù)，在提高性能的同時(shí)也增大了系統的功率消耗。對生產(chǎn)電池的化工企業(yè)來(lái)說(shuō)，電池生產(chǎn)技術(shù)的實(shí)質(zhì)性進(jìn)展是很困難的，耗時(shí)長(cháng)、成本高。所以必須尋找尋找優(yōu)化電源保存的方法。智能電池系統（SBS）是出現的最有希望的技術(shù)，可以大大提升電池組的性能。

　　在計算機工業(yè)界，對鋰離子電池真是又愛(ài)又怕。在鋰離子電池應用的早期所發(fā)生的事故，仍然讓曾涉入的公司記憶猶新。他們得到了印象深刻的教訓：在任何情況下，都不能超過(guò)鋰離子電池的額定參數，否則肯定會(huì )引起爆炸或起火。

　　除電池的化學(xué)成份或電極等參數外，對鋰離子電池來(lái)說(shuō)，還有幾個(gè)確定的參數，如果超過(guò)了會(huì )使電池進(jìn)入失控的狀態(tài)。在解釋這些參數的圖表中（參考鋰離子參數圖），相應閾值曲線(xiàn)外的任一點(diǎn)都是失控狀態(tài)。隨電池電壓增加，溫度閾值下降。另一方面，任何致使電池電壓超過(guò)其設計值的行為都會(huì )導致電池過(guò)熱。

　　謹防充電器造成危害

　　電池組制造商設定了幾層電池和包裝保護，以防止危險的過(guò)熱狀態(tài)。但在電池使用中有一個(gè)部件可能會(huì )使這些措施失敗從而造成危害，這一器件就是充電器。

　　充電鋰離子電池造成危害的途徑有三種：電池電壓過(guò)高（最危險的情況）；充電電流過(guò)大（過(guò)大充電電流造成鋰電鍍效應，從而引起發(fā)熱）；不能正確地終止充電過(guò)程，或在過(guò)低的溫度下充電。

　　鋰離子電池充電器的設計人員采取額外的預防性措施以避免超出這些參數的允許范圍。以絕對保證系統有關(guān)參數工作在安全的范圍內。

　　例如智能電池充電器規范，允許-9%的電壓負偏差，但強調正偏差不得超過(guò)1%。保證了符合智能電池安全標準。當然，在實(shí)際設計中，偏差的正負是隨機的。所以符合此規范的設計經(jīng)常是使充電器的目標電壓值設定在額定值的-4%附近。

　　由于充電電壓的不準確（不管是-4%還是-9%），電池始終處于充電不足的狀態(tài)。對鋰離子電池潛在危險的恐懼導致電池組容量的利用率很低。根據業(yè)界專(zhuān)家的經(jīng)驗，即使充電后電壓只比額定值低0.05%，容量的下降卻高達15%。

　　電池內置入計算機

　　智能電池技術(shù)的原理是很簡(jiǎn)單的，在電池內置入小型計算機來(lái)監視和分析所有的電池數據，以精確預報剩余電池容量。剩余電池容量可以直接換算成便攜式計算機的剩余工作時(shí)間。與原始的僅靠電壓監測的容量測量方法相比，可以立即使工作時(shí)間延長(cháng)35%。

　　遺憾的是，智能電池技術(shù)也就只能做到這么多了。除非可以和充電器電路互相通信，他們不可以確定其操作環(huán)境或對充電過(guò)程進(jìn)行控制。

　　在“智能電池系統”環(huán)境下，在特定的電壓和電流情況下，電池請求智能充電器對其進(jìn)行充電。然后，智能充電器負責根據請求電壓和電流參數對電池進(jìn)行充電。

　　充電器依靠自己內部的電壓和電流參考調整自己的輸出，以與智能電池請求的值相匹配。由于這些基準的不準確度可達-9%，所以充電過(guò)程可能在電池只是部分充電的情況下結束。

　　對充電環(huán)境的更詳細了解可以揭示出更多影響鋰離子電池充電效率的問(wèn)題。即使在最理想的情況下，假設充電器的精確度為100%，充電通路上位于充電器的電池間的電阻元件引入了額外的壓降，特別是恒流充電階段。這些額外的壓降導致充電過(guò)程過(guò)早地從恒流進(jìn)入恒壓階段。

　　由于電阻引入的壓降隨電流降低會(huì )逐漸減弱，充電器最終會(huì )完成充電過(guò)程。但充電時(shí)間會(huì )延長(cháng)。恒流充電過(guò)程中能量的轉移效率要高一些。