锂离子电池远程监控应用案例研究

应用背景:

以与我国大陆某燃气公司合作的远程监控终端为应用背景，开展智能电池的研究与探索。2012年启动的西气东输工程，是我国最长距离、最大直径的输气管道。它西起塔里木盆地的轮南，东至上海。该管道跨越9个省和地区，全长4200公里。由于天然气的易燃易爆特性，天然气管网的监测已成为安全生产的保障线和防火墙。然而，输气管网穿越许多高海拔、沙漠地带，气候恶劣，地形险要，对监控设备和供电系统提出了很高的要求。例如，作为天然气管网起点的新疆塔里木盆地，是一个海拔极高的极寒地区。这里冬天的气候异常寒冷，终年冰雪覆盖。平均气温常在-20℃至-25℃之间，最低气温可达-50℃。

输气网络由自动化设备控制。在许多情况下，电网无法覆盖，所以要电池来供电。这些设备往往对功耗要求非常严格。例如，气体远程监控终端的平均工作电流只有几毫安。这就要智能电池系统本身极低的功耗来延长电池寿命，降低设备的维护频率。此外，设备分布在较长的输气线路上，从管理站到工作地点的距离超过几百公里，通常要4到5个小时的车程。在这种情况下更换电池很不方便。然而,气体监测终端和设备持续工作,假如被迫关闭,因为电池电量过低可能会导致严重的恶性事故的发生,造成人员和财产的巨大损失,要求所以BMS可靠能力检测函数,根据电池剩余电力科学安排电池更换和维护工作,提高设备的可维护性。

具体解决方法:

根据上述应用背景和需求，提出了某燃气远程监控终端某天供电电池的智能电池系统设计方法。系统要求如下:

(1)智能电池输出标称电压为14.2v，满负荷时输出电压为16.8v，电池容量为20Ah。

(2)适用于极冷超低温环境。应用温度下限为-40℃，上限为55℃。

(3)极冷(-40℃)条件下按标准倍增器(0.2c)放电，电池要放电的功率占室温容量的75%以上。

(4)要求系统具有超低功耗的特点，-20℃下的平均工作电流小于400uA。

(5)具有过流、过充、过放、过温、短路保护等功能齐全的保护功能。

(6)系统具有相对准确的功率估算功能，剩余工作时间根据仪器的实际功耗估算。并能抵抗温度和老化的影响。

(7)系统可以记录异常，与上位机进行通信，并发出异常和功率不足的预警信号。