利用现代智能电池技术延长电池寿命
锂离子电池技术
当今便携式应用中广泛使用的可充电电池化学技术是锂离子技术,其能量密度约为100wh/kg,是轻便应用的理想选择。性能与其最接近的产品是nimh,其能量密度为75wh/kg。在膝上型pc中,随着其他电子部件变得更小、更轻,电池组已经成为在总重量上越来越突出的部分。在成本不是特别高的情况下,轻量能源将会受到青睐。锂离子技术因为拥有非常低的自放电率、低维护性和相对短的充电时间,在当今的竞争中脱颖而出。由于锂离子在管理和监控上也是一种高度复杂的化学技术,因此,本文将以膝上型pc电池为例,集中讨论这一技术。
锂离子技术存在的问题
锂离子技术并非完美的化身,虽然低的自放电率是其寿命优势,但它依然面临其他一些影响使用寿命的因素,见图1。
首先是电池老化问题。锂离子电池从制造时开始即使不用,也会逐渐丢失掉其全部电荷容量（fcc）。这种老化率取决于温度和电池的充电状态。膝上型pc电池最经常存放于办公环境,即100%充电和室温条件。这种条件下,电池组每年将失掉其fcc的20%。温度高于25℃时,失电会更严重。此问题可以通过降低存放时的温度和充电状态得到解决。在40%容量和0℃下,电池每年失掉的电量约为其fcc的4%,但这将挑战灵活便携式应用的工作点。显然,锂离子电池的实际使用寿命要比预期的短。决定锂离子电池组处于健康状态的另一个因素是周期寿命,即电池在其电量大为减低前所耐受的充/放电周期数。锂离子电池具有低维护性,是指它们不需要用户对电池“深循环（deep cycle）”,如同nicd或nimh电池的情形一样。事实上,每一个深放电周期都会实际增加电池的阻抗,减少其容量。锂离子电池在电压水平低于某一值（传统上为2v）时会永久损坏。最新的技术发展进一步降低了这个最低电压值,但它仍然存在。当电池阻抗增加时,电流负载会使电池电压很快降到这种低电平,减少了电池在需要进行充电前的有效运行时间。此外,周期寿命也会随温度升高而缩短。
早期智能电源管理系统
膝上型pc用户肯定不想把pc电池组存放到冰箱里,也不想在电源用完前,总是担心电池的剩余使用时间。为此,电源设计师设计出膝上型电源管理系统来计算电池使用寿命,并反馈回一个可靠的剩余使用时间。这一功能以往由膝上型pc承担,但现如今通常由电池自身内部完成。为了对电池组的fcc和周期寿命作出一个很好的估计,电源管理系统需要了解电池的老化程度和已经循环使用的次数。pc的使用寿命要比电池组长,不会只用一块电池,所以将以上所说的那些电池组参数存放于电池本身,要比存放在pc中更加合适。其他一些有助于增强估计准确性的参数还有温度日志记录和周期性电池阻抗测量值。
