电池,大(dà)家并不陌生,不管(guǎn)是普通(tōng)的五号圆柱形(xíng)电池,还是(shì)汽车蓄电池,以及锂电池,不(bú)管是采(cǎi)用什么技术、什么材质制造的电池,它的(de)实质仅仅是一个(gè)电能的存储介质。电能通过电池的(de)两极来与负载(用电设备)进行能(néng)量交换(使用(yòng)电(diàn)设备做功)——接上灯(dēng)泡,它就亮了;接上(shàng)电机,它就(jiù)转了;接上收音机(jī),它就响了。一次性电池没(méi)电了,设备(bèi)就需要(yào)换(huàn)上(shàng)新电池;可充(chōng)电(diàn)电池(chí)没电(diàn)了,充好电可继续使用。
根据应用的需要,通过串联获得符合要求的工作(zuò)电压(yā),通过并联获得(dé)符(fú)合要求的(de)电(diàn)池(chí)容量。
是的(de),就(jiù)是这么简单。这就是我们要(yào)揭示给(gěi)你的有关电池应用的原生形态!然而,当应用条件日趋复杂(zá)化后,这(zhè)种(zhǒng)简单的电(diàn)池供电形式就不再那么令人感(gǎn)到满意了!那电池工作可以(yǐ)更靠谱(pǔ)一些吗(ma)?智能(néng)电池(chí)可(kě)以。智能电池的作用体现(xiàn)在如下几个方面——
1.解决过放电问题
对(duì)于非一次性电池,也就是可充电电(diàn)池,过放电是最(zuì)令人懊恼的事。过放意味着电池性(xìng)能的下降,甚(shèn)至报废(fèi)。为了避免过放电,人们在电(diàn)池组(zǔ)里(lǐ)增(zēng)加了过放电保护电路,当放电电压(yā)降到预设电压值时,电(diàn)池停止(zhǐ)向(xiàng)外供电。然而实际(jì)的情况还要更复(fù)杂一(yī)些,比如笔记本(běn)电脑、无人机、电动汽车,如果因避(bì)免电池(chí)过放(fàng)电而立(lì)即停止供电,那么电脑(nǎo)就会立(lì)即关机,很(hěn)多(duō)数据来不及(jí)保存;无人机,就会从天上直接掉下来;电动(dòng)汽车就会在毫无征兆的(de)情况下抛(pāo)锚(máo)。因此,智能电池的(de)放电截止只是电池自我保护的最后一道防(fáng)线,在此之前(qián),管理电路(lù)还要(yào)计算出(chū)末端续航时间,来(lái)为用(yòng)户提供预警,以便用户有足够的(de)时间来采取相应的安全措施。
对于续航时间的计算,在小电流设(shè)备上处理(lǐ)起来(lái)要简单得多,例如(rú):笔电(diàn)本(běn)电(diàn)脑、手机等。但(dàn)是对于像无人机、电动(dòng)汽车等,这类工作电流(liú)大,电(diàn)流变化大,工况复杂的(de)系统来说,需要动态计(jì)算续航时(shí)间,那情(qíng)况就变得(dé)复(fù)杂得多了(le)。
以昆明(míng)劲鹰无人机为例,它采用的智能锂电池在与飞控数据融合后可实(shí)现三级电压预警保护措施。
第一级(jí):当检测到电量剩余30%时,开(kāi)始(shǐ)报警,提示用户应该注意剩余电(diàn)量,提(tí)前做好返航准(zhǔn)备;
第二级:当(dāng)检测到(dào)剩(shèng)余电量(liàng)仅够维持返航时,开始自(zì)动执行返航(háng);而这个时间点(diǎn)的把握,与(yǔ)飞行距离、高度有关,是(shì)智(zhì)能电池(chí)数据与无人机飞控数据融(róng)合后(hòu)实时计算出来的(de)。
第三级(jí):当检测到(dào)剩余电量都不足以(yǐ)维持正常返航时(例如(rú)返航途中(zhōng)遇到逆风,则有可能超出预估的返航时间),则执行原地降落,以最大(dà)限度避(bì)无人机因缺(quē)电(diàn)导致坠(zhuì)毁。
(续(xù)航时间的计算(suàn)结(jié)果与飞(fēi)行距离、飞行高(gāo)度、当前电机(jī)输(shū)出功率等(děng)因素有关。提醒各位看(kàn)官,这些因素都是动态变化(huà)的,而且变化幅度有(yǒu)可能很(hěn)大,所(suǒ)有(yǒu)数(shù)据都(dōu)需(xū)要实时计算,这对于智能锂电池管理芯片、算法设计都会提(tí)出极高的(de)要求(qiú)。)
2.解决充电和保存问题
目前锂电池已经大(dà)行其道。众所周(zhōu)知,锂电(diàn)池(chí)充电,是有特殊要(yào)求的(de)。如(rú)果(guǒ)读者感兴趣,可以查(chá)阅相关(guān)资料(liào),这里不再赘述,当(dāng)然(rán)这只是其一。其二是,目前大(dà)量锂电池(chí)组采用了(le)多(duō)电芯(xīn)串(chuàn)并(bìng)形(xíng)式,由(yóu)于电芯个体差异,导致充电和放电(diàn)不(bú)可能做到100%均(jun1)衡,因此一(yī)套完善的充电管理(lǐ)电路就显得尤为必(bì)要了。而这,就是智能(néng)锂电(diàn)池要具(jù)备的第二项功能——对锂电池(chí)组(zǔ)进行完善(shàn)的(de)充电(diàn)管(guǎn)理,以及放电管理。
再次以昆明劲鹰无人机的智能(néng)锂电池(chí)为例。
功能之(zhī)一(yī):该(gāi)智能锂电池实(shí)际(jì)上已内置了一个锂电(diàn)池的专用充电管理(lǐ)电路(lù),并(bìng)且能(néng)够对电芯单体(tǐ)进行电压均衡管理。故(gù)而,对于(yú)充电器(电(diàn)源适配器)的要(yào)求就并不那么高了(le),只要提供合适(shì)的充电电(diàn)压和充电电(diàn)流,就能够对该(gāi)智能(néng)锂电池进行(háng)充电。因(yīn)此昆明劲鹰无人机所搭配的所谓(wèi)充电器,其实质只是一个电源适(shì)配(pèi)器,真正的(de)充电管理电路在(zài)电池里面。
功能之二:该智能锂电池具有自放电功能(néng)。当(dāng)电池电量(liàng)大于(yú)65%无任何操作放置10天后,电(diàn)池会启动自放(fàng)电程序,将电量放到65%,以便于锂电池长时间保存。自放电时间间(jiān)隔还能通(tōng)过App进(jìn)行设置。
3.解决电池电量检测问(wèn)题(tí)
传统的电池要检(jiǎn)测(cè)电压(yā),需(xū)要额外连接检测装(zhuāng)置,比如电压表等(děng)等,而且这种检测不能在(zài)飞行过(guò)程中实时进(jìn)行。有没有更方便更直观(guān)的方式,来让(ràng)用户知(zhī)晓电池的实时剩余电量以及其他(tā)讯信呢?是的,这就(jiù)需要电(diàn)池管理(lǐ)电路(lù)来完成了。
以昆明劲鹰无人(rén)机的智(zhì)能锂(lǐ)电池为例(lì)。
功能之一:检测剩余电量。通过4颗LED灯(dēng)直观提示(shì)用(yòng)户电池的当前剩余电量,实时(shí)显示,在飞行过(guò)程中也能显示(shì)。
功能之(zhī)二:通过数字图传,实时回传电压数据,甚至能够在APP里查看电池组单体的电压。
功能之三:记录(lù)电池历史数据,比如(rú):使用次数,异常(cháng)次(cì)数,电池寿命(mìng)等(děng)。
功能之(zhī)四(sì):提示电池(chí)异常。能(néng)够通(tōng)过LED灯提示各(gè)种电池异(yì)常,例如:短路、充电电流过大、电压过高、温(wēn)度过高、温(wēn)度过低等。
4.解决电极触点电腐(fǔ)老化问题
也许你还有印象,当我们(men)把(bǎ)电池连接到无(wú)人机上的那(nà)一瞬间,插头(tóu)冒出火花,并伴(bàn)随打火的响声。时间一长,插(chā)头(tóu)的连接可靠性就降(jiàng)低了,会导致插头发热,甚至空中熔解。因插头老化问题导致(zhì)无人机(jī)坠毁的(de)案例并(bìng)不(bú)少见。为了解决(jué)这个(gè)问题,锂电池智能管理电路又(yòu)要发挥作(zuò)用了。
以昆明劲鹰无(wú)人机(jī)的智能锂电池为(wéi)例,当(dāng)你(nǐ)把该电池安(ān)装到(dào)飞行器(qì)上(shàng)时,电极触点并不(bú)会真(zhēn)正(zhèng)放电,因此不会产生火花,也不会产生(shēng)电蚀现(xiàn)象,这样一来,接触点的寿命(mìng)就能获(huò)得前所未有的提升。通过(guò)点按电池上的轻(qīng)触开(kāi)关按钮,电池才会真正进入电力输(shū)出状态,当然(rán),关闭电池时(shí),也是通过(guò)轻触开关按钮(niǔ)来执行的。
5.解决电池(chí)版(Li)权(Yi)问题(tí)
智能锂电池使电池版(bǎn)权得到了很(hěn)好的保护(hù),一方面(miàn)只能(néng)使用原厂(chǎng)提供的锂电池,电池品质能(néng)够得(dé)到比较好(hǎo)的保证,一致性也较好,可靠(kào)性理论上也更好(hǎo);另一(yī)方面,我们家的无人机,从此只能用(yòng)我(wǒ)们自家(jiā)的锂电池了(le)!别家的,我不给(gěi)你钥(yào)匙,就算你放进来了(le),也不(bú)给你工作。有人(rén)也试(shì)图(tú)破解智能(néng)锂电池的加密措施(shī),然而一旦(dàn)无人机升级了固件(jiàn),那些被破解的数据有可能(néng)失效,造成一大波副(Shan)厂(Zhai)电池不能正常使用。
以上五点,使(shǐ)电池管(guǎn)理电路(lù)(电池(chí)智能管理模块)与原生态电(diàn)池(chí)紧(jǐn)密的联(lián)系在(zài)了(le)一(yī)起(qǐ),变成了(le)我们常见的各种(zhǒng)形式的智能锂电池(chí)。智能(néng)锂(lǐ)电池的优势(shì)非常多,但我们在享受这些“智(zhì)能化(huà)”带来的(de)可(kě)靠性、易用性的同时,也在为(wéi)此(cǐ)付出更大的代价(jià)。

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