智能電池系統(tǒng)的應(yīng)用設(shè)計(jì)

　　鋰離子電池目前已成為筆記本電腦和手持系統(tǒng)能量來(lái)源（電源）的首選。隨著CPU、顯示器和DVD驅(qū)動(dòng)器對(duì)電源功率的需求持續(xù)增長(zhǎng)，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(tǒng)的功率消耗。對(duì)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(zhǎng)、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(tǒng)智能電池系統(tǒng)（SBS）是出現(xiàn)的最有希望的技術(shù)，可以大大提升電池組的性能。

　　在計(jì)算機(jī)工業(yè)界，對(duì)鋰離子電池真是又愛(ài)又怕。在鋰離子電池應(yīng)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(xùn)：在任何情況下，都不能超過(guò)鋰離子電池的額定參數(shù)，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(shù)外，對(duì)鋰離子電池來(lái)說(shuō)，還有幾個(gè)確定的參數(shù)，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(shù)的圖表中（參考鋰離子參數(shù)圖），相應(yīng)閾值曲線外的任一點(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(shè)計(jì)值的行為都會(huì)導(dǎo)致電池過(guò)熱。

　　謹(jǐn)防充電器造成危害

　　電池組制造商設(shè)定了幾層電池和包裝保護(hù)，以防止危險(xiǎn)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(xiǎn)的情況）；充電電流過(guò)大（過(guò)大充電電流造成鋰電鍍效應(yīng)，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(shè)計(jì)人員采取額外的預(yù)防性措施以避免超出這些參數(shù)的允許范圍。以絕對(duì)保證系統(tǒng)有關(guān)參數(shù)工作在安全的范圍內(nèi)。

　　例如智能電池充電器規(guī)范，允許-9%的電壓負(fù)偏差，但強(qiáng)調(diào)正偏差不得超過(guò)1%。保證了符合智能電池安全標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)然，在實(shí)際設(shè)計(jì)中，偏差的正負(fù)是隨機(jī)的。所以符合此規(guī)范的設(shè)計(jì)經(jīng)常是使充電器的目標(biāo)電壓值設(shè)定在額定值的-4%附近。

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

　　電池內(nèi)置入計(jì)算機(jī)

　　智能電池技術(shù)的原理是很簡(jiǎn)單的，在電池內(nèi)置入小型計(jì)算機(jī)來(lái)監(jiān)視和分析所有的電池?cái)?shù)據(jù)，以精確預(yù)報(bào)剩余電池容量。剩余電池容量可以直接換算成便攜式計(jì)算機(jī)的剩余工作時(shí)間。與原始的僅靠電壓監(jiān)測(cè)的容量測(cè)量方法相比，可以立即使工作時(shí)間延長(zhǎng)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?qū)Τ潆娺^(guò)程進(jìn)行控制。

　　在“智能電池系統(tǒng)”環(huán)境下，在特定的電壓和電流情況下，電池請(qǐng)求智能充電器對(duì)其進(jìn)行充電。然后，智能充電器負(fù)責(zé)根據(jù)請(qǐng)求電壓和電流參數(shù)對(duì)電池進(jìn)行充電。

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

　　對(duì)充電環(huán)境的更詳細(xì)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(shè)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(dǎo)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(zhǎng)。恒流充電過(guò)程中能量的轉(zhuǎn)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(zhǔn)確地消除了電阻壓降的影響。可能會(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(nèi)監(jiān)測(cè)電路數(shù)據(jù)監(jiān)視并校正自己的輸出。對(duì)單個(gè)電池系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，這是可行的，但對(duì)雙或多電池系統(tǒng)就不太適用了。

　　在雙電池系統(tǒng)中，如果可能的話，最好是同時(shí)對(duì)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?yàn)槿绻挥幸粋€(gè)SMBUS端口，充電器或其它SMBUS設(shè)備，只能同時(shí)與一個(gè)電池進(jìn)行通信。所以，理想的系統(tǒng)應(yīng)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(tǒng)能量來(lái)源（電源）的首選。隨著CPU、顯示器和DVD驅(qū)動(dòng)器對(duì)電源功率的需求持續(xù)增長(zhǎng)，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(tǒng)的功率消耗。對(duì)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(zhǎng)、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(tǒng)（SBS）是出現(xiàn)的最有希望的技術(shù)，可以大大提升電池組的性能。

　　在計(jì)算機(jī)工業(yè)界，對(duì)鋰離子電池真是又愛(ài)又怕。在鋰離子電池應(yīng)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(xùn)：在任何情況下，都不能超過(guò)鋰離子電池的額定參數(shù)，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(shù)外，對(duì)鋰離子電池來(lái)說(shuō)，還有幾個(gè)確定的參數(shù)，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(shù)的圖表中（參考鋰離子參數(shù)圖），相應(yīng)閾值曲線外的任一點(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(shè)計(jì)值的行為都會(huì)導(dǎo)致電池過(guò)熱。

　　謹(jǐn)防充電器造成危害

　　電池組制造商設(shè)定了幾層電池和包裝保護(hù)，以防止危險(xiǎn)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(xiǎn)的情況）；充電電流過(guò)大（過(guò)大充電電流造成鋰電鍍效應(yīng)，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(shè)計(jì)人員采取額外的預(yù)防性措施以避免超出這些參數(shù)的允許范圍。以絕對(duì)保證系統(tǒng)有關(guān)參數(shù)工作在安全的范圍內(nèi)。

　　例如智能電池充電器規(guī)范，允許-9%的電壓負(fù)偏差，但強(qiáng)調(diào)正偏差不得超過(guò)1%。保證了符合智能電池安全標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)然，在實(shí)際設(shè)計(jì)中，偏差的正負(fù)是隨機(jī)的。所以符合此規(guī)范的設(shè)計(jì)經(jīng)常是使充電器的目標(biāo)電壓值設(shè)定在額定值的-4%附近。

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

　　電池內(nèi)置入計(jì)算機(jī)

　　智能電池技術(shù)的原理是很簡(jiǎn)單的，在電池內(nèi)置入小型計(jì)算機(jī)來(lái)監(jiān)視和分析所有的電池?cái)?shù)據(jù)，以精確預(yù)報(bào)剩余電池容量。剩余電池容量可以直接換算成便攜式計(jì)算機(jī)的剩余工作時(shí)間。與原始的僅靠電壓監(jiān)測(cè)的容量測(cè)量方法相比，可以立即使工作時(shí)間延長(zhǎng)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?qū)Τ潆娺^(guò)程進(jìn)行控制。

　　在“智能電池系統(tǒng)”環(huán)境下，在特定的電壓和電流情況下，電池請(qǐng)求智能充電器對(duì)其進(jìn)行充電。然后，智能充電器負(fù)責(zé)根據(jù)請(qǐng)求電壓和電流參數(shù)對(duì)電池進(jìn)行充電。

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

　　對(duì)充電環(huán)境的更詳細(xì)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(shè)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(dǎo)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(zhǎng)。恒流充電過(guò)程中能量的轉(zhuǎn)移效率要高一些。