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普通电池是如何智能起来的?

 

电池,大家(jiā)并不陌生,不管是普通的五号圆柱形电池,还(hái)是汽(qì)车蓄电池(chí),以(yǐ)及锂电池,不管是采(cǎi)用什么(me)技术、什(shí)么材质制造的电池,它的实质仅仅是一个(gè)电能的存(cún)储介质(zhì)。电能通过电池的(de)两(liǎng)极来与负载(用电设备)进(jìn)行能量交(jiāo)换(使用电(diàn)设备做功)——接上灯泡(pào),它就亮了;接上电机,它(tā)就转了;接(jiē)上收音机,它就响(xiǎng)了。一次性电池(chí)没电了,设备就需(xū)要换上新电池;可充电电池没电了,充好(hǎo)电可继续使用。

根据应用的需要,通(tōng)过串联(lián)获得符合要(yào)求(qiú)的工(gōng)作电压(yā),通过并联获得符合要求(qiú)的(de)电池容量。

是的,就是(shì)这么简单(dān)。这就是我们要揭示给你的(de)有关电池应(yīng)用(yòng)的原生形(xíng)态(tài)!然而,当应用条(tiáo)件日趋复杂化后,这种简单的电(diàn)池供电形式就不再(zài)那么令人感到满意了(le)!那电池工作可以更靠(kào)谱一(yī)些(xiē)吗?智能电池可以。智能(néng)电池的作用体现在(zài)如下几个方面——

1.解决过放电问题

对于非(fēi)一次性电池,也就是可充(chōng)电电池,过放(fàng)电是最(zuì)令人懊恼的事。过放(fàng)意味着电池性能(néng)的下降,甚至报(bào)废。为了避(bì)免过放电,人们(men)在电池(chí)组里增加了过放(fàng)电保护电路,当放电(diàn)电(diàn)压降到预(yù)设电压(yā)值时(shí),电池停止(zhǐ)向外供电。然而实际的(de)情况还要更复(fù)杂一(yī)些,比如笔记(jì)本电脑、无人机、电动汽车,如果因避免(miǎn)电池过(guò)放电而(ér)立(lì)即停止供电,那么电脑就会立即关(guān)机,很多数据来不及保存;无人机(jī),就(jiù)会(huì)从天(tiān)上直接掉下(xià)来;电动汽(qì)车就会在毫无征兆的情(qíng)况下抛锚。因此,智(zhì)能电池的放电截止只是电池自我保护(hù)的最后一道防线,在此之前(qián),管理电路(lù)还要计算出(chū)末端续航时(shí)间,来为用(yòng)户提供(gòng)预警,以便用户(hù)有足够的时间来采取相(xiàng)应(yīng)的(de)安(ān)全(quán)措施。

对于续航时间的(de)计算,在小电(diàn)流设(shè)备上处理起来(lái)要简单得多(duō),例如:笔电本电脑、手机等。但是对于像无人机(jī)、电动汽车等,这类工作电流大,电流变化(huà)大,工况复杂的(de)系统来说,需要动态计算续航时间(jiān),那情况就变得复杂得多了。

以昆明劲鹰无人(rén)机为(wéi)例,它采用(yòng)的智(zhì)能锂电池在与(yǔ)飞控(kòng)数据融合后可实现三级电压预(yù)警保护措施。

第(dì)一(yī)级:当检测到电(diàn)量剩余30%时,开始(shǐ)报(bào)警,提示用(yòng)户应该注(zhù)意剩余电量,提前做好返航准备(bèi);

第二(èr)级:当检测(cè)到剩余电量仅够维持返(fǎn)航时,开始(shǐ)自动执行返航;而这个时间点的(de)把握,与(yǔ)飞(fēi)行(háng)距离、高度有关,是智能电池数据与(yǔ)无人机飞控数据(jù)融(róng)合后实时计算(suàn)出来的。

第三级:当检测(cè)到剩余电(diàn)量都不足(zú)以维持正常返航(háng)时(例(lì)如返航途中遇到(dào)逆风,则有可能超出预估的返航(háng)时间),则执行原地降(jiàng)落,以最大限(xiàn)度避无(wú)人(rén)机因缺电导致坠毁。

(续航时间(jiān)的计算(suàn)结果与飞行距(jù)离、飞行(háng)高(gāo)度(dù)、当前电机输出功率等因素有关。提醒各(gè)位看(kàn)官,这些(xiē)因素(sù)都是动态变化的,而且变化幅度有可能(néng)很(hěn)大,所有(yǒu)数据都(dōu)需(xū)要实时计算,这对于(yú)智能锂(lǐ)电池管(guǎn)理芯片、算法设(shè)计(jì)都会提出极高的(de)要求。)

2.解决充电和保存问(wèn)题

目前锂电池已经(jīng)大行其道。众所(suǒ)周知,锂电池充电,是有特(tè)殊要求的。如果读者感兴趣,可以查(chá)阅相关资料(liào),这里不再赘述(shù),当然这只是其一(yī)。其二是,目(mù)前大量锂电池组采用了多电芯串并形式,由于(yú)电芯个体差异(yì),导致充(chōng)电和放电不可能做到100%均衡,因此(cǐ)一套(tào)完善的充电(diàn)管理电路就显(xiǎn)得尤为必要了(le)。而这,就是智能锂(lǐ)电池要具备的第二项功(gōng)能——对锂电池组进(jìn)行完善的充(chōng)电管(guǎn)理(lǐ),以及放电管理。

再(zài)次以昆明劲鹰无人(rén)机的智(zhì)能锂电池为(wéi)例。

功能之(zhī)一:该智(zhì)能(néng)锂电(diàn)池实际上已内置了一个(gè)锂电池的专(zhuān)用充电管(guǎn)理电(diàn)路,并且能(néng)够对电芯(xīn)单体进行电压均(jun1)衡管理。故而,对于充电(diàn)器(电源(yuán)适配器)的要求就并不(bú)那么高了,只要提(tí)供合适的充电(diàn)电压和充(chōng)电电流,就能(néng)够对该智能锂(lǐ)电池进行充(chōng)电。因此(cǐ)昆明劲(jìn)鹰无人(rén)机所搭配的所谓充电器,其实质(zhì)只是一个电源适配(pèi)器,真正的充(chōng)电管理电路(lù)在电池里(lǐ)面。

功能(néng)之二:该智能锂电(diàn)池具有自放电功能(néng)。当电池(chí)电量大于(yú)65%无任何(hé)操作放置(zhì)10天后(hòu),电池会(huì)启动自放电(diàn)程序,将电量(liàng)放到65%,以便于(yú)锂电池长时间保存。自放(fàng)电时(shí)间(jiān)间隔还(hái)能通过App进行设置。

3.解决电池(chí)电(diàn)量检测(cè)问题

传统的电池(chí)要检测(cè)电压(yā),需要额(é)外(wài)连接检测(cè)装置(zhì),比(bǐ)如电(diàn)压表等等,而且这种检测不能在飞行过(guò)程中(zhōng)实(shí)时进(jìn)行。有没有(yǒu)更方便(biàn)更直观的(de)方式,来让(ràng)用户(hù)知(zhī)晓电池的实时剩余电量以(yǐ)及其他讯信呢?是的(de),这就需要电池管理电路来完成了。

以(yǐ)昆明劲鹰无(wú)人(rén)机(jī)的智能锂电(diàn)池为例。

功能之一:检测(cè)剩余(yú)电量。通过4颗(kē)LED灯直观提示用户电池的当前(qián)剩余电量,实时显(xiǎn)示,在飞行过程中也能显示。

功能之(zhī)二:通过数(shù)字图传,实时回(huí)传(chuán)电压数据,甚至(zhì)能够在APP里查看电池(chí)组单(dān)体(tǐ)的电压。

功能之(zhī)三:记(jì)录电池历史数(shù)据,比如:使用次数(shù),异(yì)常次数,电池寿命等。

功能(néng)之(zhī)四:提示(shì)电(diàn)池异常(cháng)。能够通过(guò)LED灯(dēng)提示各种电(diàn)池(chí)异常,例如:短路、充电电流(liú)过大、电压过(guò)高(gāo)、温度过高、温度过低等。

4.解决电极(jí)触点(diǎn)电(diàn)腐老化问题

也许你还有印象,当我们把电池连接到无人机上的那(nà)一瞬间(jiān),插头冒(mào)出火花,并伴随打火的响声。时间一长,插头(tóu)的(de)连接可靠性就降低了(le),会导致插头(tóu)发热(rè),甚至空中熔解。因(yīn)插(chā)头老化问题导致无人机坠(zhuì)毁的(de)案例并不少见。为了解(jiě)决这个问题,锂电池智能管理电路又要发(fā)挥作用了。

以昆明劲鹰无人机的智能锂电池为例,当你把该电池(chí)安装到飞行(háng)器上时,电极(jí)触点并不会真正(zhèng)放电,因此不会产生(shēng)火花,也(yě)不会产生电蚀(shí)现象,这样一来(lái),接触点的寿命(mìng)就能获得前所未(wèi)有的提升。通过点按(àn)电池(chí)上的(de)轻(qīng)触开(kāi)关按钮,电池才会真正进入(rù)电力输出状(zhuàng)态,当然,关闭电池时,也是通过轻触开关按钮来执行的。

5.解(jiě)决电池版(Li)权(Yi)问题

智能锂电池使(shǐ)电池版权得到了很(hěn)好的保护,一方(fāng)面只能使(shǐ)用原厂提供的锂电池,电池(chí)品质能够得到比较好的保(bǎo)证,一致性也较好,可靠性理论上也更好(hǎo);另(lìng)一(yī)方面(miàn),我(wǒ)们家(jiā)的无人机,从此(cǐ)只能(néng)用我们自家的(de)锂电池了!别家的,我不给你钥(yào)匙,就算你放进(jìn)来了,也不给(gěi)你工作。有(yǒu)人(rén)也试图破解(jiě)智能锂电池的加密措施(shī),然而一旦无人机升级(jí)了固件,那些被破解的数据有可能失效,造成一(yī)大波(bō)副(Shan)厂(Zhai)电(diàn)池(chí)不能正常使用(yòng)。

以(yǐ)上五点,使电(diàn)池管(guǎn)理电路(电池智能管(guǎn)理模块)与原生态电(diàn)池紧密的(de)联系在了(le)一起,变成了我们常见的(de)各种形式的智能(néng)锂(lǐ)电池(chí)。智能锂电(diàn)池的优势(shì)非常多,但我(wǒ)们在享受这些“智(zhì)能化”带来的可靠(kào)性、易用性(xìng)的同时(shí),也在(zài)为此(cǐ)付出更大的代价。

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