电(diàn)池,大家(jiā)并不(bú)陌生,不管是普通的五号圆柱(zhù)形电池,还(hái)是汽车(chē)蓄电池,以及锂电池,不管是采用什(shí)么技术、什么材质制造的电(diàn)池,它(tā)的实质(zhì)仅(jǐn)仅(jǐn)是(shì)一个电能的存储介质。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(zuò)功)——接(jiē)上灯泡,它就亮了;接(jiē)上电机,它就转了;接上收音(yīn)机,它就响了。一次性电(diàn)池没电(diàn)了,设备就需要(yào)换上新电池;可充电电(diàn)池没电(diàn)了,充好电可继续使用(yòng)。
根据(jù)应(yīng)用的需(xū)要,通过串(chuàn)联获得(dé)符合(hé)要求的工作电(diàn)压,通过并联获得符合要求的电池容量。
是的,就是(shì)这么简单。这就是我(wǒ)们要(yào)揭示给你(nǐ)的有关电池应用的原生形态!然而(ér),当应用条件日趋复杂(zá)化后,这(zhè)种(zhǒng)简(jiǎn)单的电池供电(diàn)形式(shì)就不再那么令人感到满意了!那电(diàn)池工作可以更靠谱一些(xiē)吗?智(zhì)能(néng)电(diàn)池可(kě)以。智(zhì)能电(diàn)池的作用体现在如下几个方面——
1.解决过放电问题
对于非(fēi)一次性电池,也就是可充电电池,过放电是最令人懊恼的事。过放意(yì)味(wèi)着电池性(xìng)能的(de)下降,甚(shèn)至报废。为了(le)避免过放电,人们在电池(chí)组里增加了过放电保(bǎo)护电路,当(dāng)放电电压降到预(yù)设电压值时,电(diàn)池停止向(xiàng)外供电(diàn)。然(rán)而实(shí)际的情况还要更(gèng)复杂(zá)一些,比如笔记本电脑、无人机、电动汽车(chē),如果因避免电池过放电而立即停止供电,那么电脑就会立即(jí)关(guān)机,很多数据来不及保存;无人机,就会从天上直接掉下来;电动(dòng)汽车就会(huì)在毫无征兆的情况下(xià)抛锚。因此,智(zhì)能电(diàn)池的(de)放电截止只(zhī)是电池(chí)自我保护的最后一道防线(xiàn),在此(cǐ)之前(qián),管理电(diàn)路(lù)还要计算出末(mò)端续航时间,来为用(yòng)户提供预警,以(yǐ)便用户有(yǒu)足(zú)够的(de)时(shí)间来采取相应的安全措施。
对于(yú)续航时间的计算,在小电流(liú)设(shè)备上处理起来要简单得多,例如:笔电本(běn)电脑、手机(jī)等(děng)。但是对于(yú)像无人机、电动汽(qì)车(chē)等,这类工作(zuò)电流大(dà),电流变化大,工况复杂的系统来说,需要动态计算续航时间,那情况就(jiù)变得复杂得多了。
以昆明劲鹰无人机为(wéi)例(lì),它(tā)采用的智能锂电(diàn)池在与飞控数据融合后可实现三级电(diàn)压预警保(bǎo)护措(cuò)施。
第(dì)一级:当(dāng)检测到电量剩余30%时,开始报(bào)警,提示用户应(yīng)该注意(yì)剩余电量,提前做(zuò)好返航准备;
第二(èr)级:当检测(cè)到(dào)剩余电量(liàng)仅够维(wéi)持返航时,开始自动执行返航;而(ér)这个时(shí)间点的把握,与(yǔ)飞行距离、高度有关,是(shì)智(zhì)能电(diàn)池数据与无人机飞控数据(jù)融合后实时计算出来(lái)的。
第三级:当检测到剩余电量都不足以维持正常返(fǎn)航时(例(lì)如返航途中遇到逆风,则有可能(néng)超出预估的返航时(shí)间(jiān)),则执行原地降落,以最大限度避无人机因(yīn)缺电导致坠毁。
(续航时(shí)间的计算结果与飞行距(jù)离、飞行高度、当前电(diàn)机输出(chū)功率等因素(sù)有关。提醒各位看官,这些因素都是动态变化的,而且变化幅(fú)度有可能很大,所(suǒ)有数据都需要实时计算,这对(duì)于智能锂电池管理芯片、算法设计都会提出极高的要求。)
2.解决充电和保存问题
目前锂电池已经(jīng)大(dà)行其道。众所周知,锂(lǐ)电池充电(diàn),是有特殊(shū)要求的。如(rú)果读者(zhě)感(gǎn)兴趣(qù),可以查(chá)阅相关(guān)资料,这里不再赘述,当然这只是其一。其二是,目前大(dà)量锂电池(chí)组采(cǎi)用(yòng)了多电芯串并形式(shì),由(yóu)于电芯个体差异,导致(zhì)充(chōng)电和放电不可能做到100%均衡,因(yīn)此一套完善(shàn)的充电管理电路就(jiù)显得尤为必要了。而这,就是智能锂电池(chí)要具备(bèi)的第二(èr)项功能——对锂电池组进行完善(shàn)的充电管理,以(yǐ)及放电管理。
再次以昆(kūn)明劲鹰(yīng)无(wú)人机的智能锂(lǐ)电池为(wéi)例。
功能之一:该智(zhì)能锂电池实际上已(yǐ)内置了(le)一个锂电池的(de)专用充电管理电路,并且(qiě)能够对(duì)电(diàn)芯单(dān)体进行(háng)电压均衡管(guǎn)理。故而,对于充电器(电源(yuán)适配器)的(de)要(yào)求就并不那么高了,只要提供(gòng)合适的充电电(diàn)压和(hé)充(chōng)电电流,就能够对该智能锂电池进行充(chōng)电。因此昆明劲鹰无人机所搭配的所谓充电器,其实(shí)质只是一个电源适配器,真(zhēn)正(zhèng)的充电管(guǎn)理电路在电池里(lǐ)面。
功能之(zhī)二:该智能锂电池具(jù)有自放电功能。当电(diàn)池电量大于65%无任何(hé)操(cāo)作(zuò)放(fàng)置10天后(hòu),电池(chí)会启动(dòng)自放电程序(xù),将电量放到(dào)65%,以便于锂电池长时间保存。自放电时间间隔还能通过App进行设置。
3.解决电(diàn)池电量(liàng)检测(cè)问题
传统的电池要检测电压,需要额(é)外连接检测装置,比如电压表(biǎo)等等,而(ér)且(qiě)这种检测不能在飞行(háng)过(guò)程中实(shí)时进行。有(yǒu)没有更方便(biàn)更(gèng)直观的方式,来(lái)让用户知晓(xiǎo)电池的实(shí)时剩(shèng)余电量以及其他讯信呢?是的,这就需要电池(chí)管理(lǐ)电路来完成(chéng)了。
以昆明劲鹰无人机的(de)智能锂电池为例。
功能之一(yī):检测剩余电量。通过4颗LED灯直观提示用户电池的当前剩余(yú)电量,实时(shí)显(xiǎn)示,在飞(fēi)行过程中(zhōng)也能(néng)显示。
功能之二:通过数字图传,实时(shí)回传电压数(shù)据(jù),甚(shèn)至能够在(zài)APP里查看电池组单体的电(diàn)压。
功能之三(sān):记录电池(chí)历史(shǐ)数(shù)据(jù),比如(rú):使(shǐ)用次数(shù),异常次(cì)数,电池(chí)寿命(mìng)等。
功能之四:提示电(diàn)池异常。能够通过LED灯提(tí)示各种电池(chí)异(yì)常(cháng),例(lì)如:短路、充电电流过大、电(diàn)压过高、温(wēn)度过高、温度过低等。
4.解决电极触点电腐老化问题
也许你还有印象(xiàng),当我们把电(diàn)池连接到无人机上的那(nà)一瞬间,插头冒出火(huǒ)花,并伴随(suí)打火(huǒ)的响声。时间一长,插头的连接可靠性就降低了,会导致插头发热,甚至(zhì)空中(zhōng)熔(róng)解。因插(chā)头老化问题导(dǎo)致无人(rén)机坠(zhuì)毁的(de)案例并不(bú)少见(jiàn)。为(wéi)了(le)解决(jué)这个问(wèn)题,锂电池智能(néng)管理电路又(yòu)要发挥作(zuò)用了。
以昆明劲鹰无人机的智(zhì)能锂电池(chí)为例(lì),当你把该电池安装(zhuāng)到(dào)飞行器上时(shí),电极触(chù)点并不(bú)会真正放电,因此不(bú)会产生火花,也(yě)不会产生电蚀现象,这样一来,接触点的寿命就能(néng)获得前所(suǒ)未(wèi)有的提升。通过点(diǎn)按电池上的轻触开关按(àn)钮,电池才会真正进入电力(lì)输出状(zhuàng)态,当然,关闭电池(chí)时(shí),也是通过轻触(chù)开关按钮来执行的。
5.解决电(diàn)池(chí)版(Li)权(Yi)问题
智能锂电池(chí)使电池版(bǎn)权得到了很好的保(bǎo)护(hù),一方面只能使用原厂提(tí)供的锂电(diàn)池,电池品质能(néng)够得到(dào)比较好的保证,一致(zhì)性也较好,可(kě)靠性理论上也更好;另一方面,我们家的(de)无人机,从此只能用我们自(zì)家的锂电池了!别家(jiā)的,我不给你钥(yào)匙,就算你放(fàng)进来了,也不给你工作(zuò)。有人也试(shì)图破(pò)解智能锂电(diàn)池的加密措施,然而(ér)一旦无人机升级了固件,那些被破解的(de)数据有可能失效,造(zào)成一大波(bō)副(Shan)厂(chǎng)(Zhai)电池不能正常使用(yòng)。
以上五点,使电(diàn)池(chí)管理电路(lù)(电(diàn)池(chí)智能(néng)管理(lǐ)模块)与原生态电池(chí)紧密的联(lián)系在(zài)了(le)一起,变成了(le)我们常见的各(gè)种(zhǒng)形式的(de)智能锂电池。智能锂电(diàn)池的(de)优(yōu)势非常(cháng)多,但我们在享受这(zhè)些“智能化”带(dài)来的可(kě)靠(kào)性(xìng)、易用性(xìng)的(de)同时,也在(zài)为此(cǐ)付出更大(dà)的代价(jià)。

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