鋰離子電池遠程監控應用案例研究

應用背景:

以與我國大陸某燃氣公司合作的遠程監控終端為應用背景，開展智能電池的研究與探索。2012年啟動的西氣東輸工程，是我國最長距離、最大直徑的輸氣管道。它西起塔里木盆地的輪南，東至上海。該管道跨越9個省和地區，全長4200公里。由于天然氣的易燃易爆特性，天然氣管網的監測已成為安全生產的保障線和防火墻。然而，輸氣管網穿越許多高海拔、沙漠地帶，氣候惡劣，地形險要，對監控設備和供電系統提出了很高的要求。例如，作為天然氣管網起點的新疆塔里木盆地，是一個海拔極高的極寒地區。這里冬天的氣候異常寒冷，終年冰雪覆蓋。平均氣溫常在-20℃至-25℃之間，最低氣溫可達-50℃。

輸氣網絡由自動化設備控制。在許多情況下，電網無法覆蓋，所以要電池來供電。這些設備往往對功耗要求非常嚴格。例如，氣體遠程監控終端的平均工作電流只有幾毫安。這就要智能電池系統本身極低的功耗來延長電池壽命，降低設備的維護頻率。此外，設備分布在較長的輸氣線路上，從管理站到工作地點的距離超過幾百公里，通常要4到5個小時的車程。在這種情況下更換電池很不方便。然而,氣體監測終端和設備持續工作,假如被迫關閉,因為電池電量過低可能會導致嚴重的惡性事故的發生,造成人員和財產的巨大損失,要求所以BMS可靠能力檢測函數,根據電池剩余電力科學安排電池更換和維護工作,提高設備的可維護性。

具體解決方法:

根據上述應用背景和需求，提出了某燃氣遠程監控終端某天供電電池的智能電池系統設計方法。系統要求如下:

(1)智能電池輸出標稱電壓為14.2v，滿負荷時輸出電壓為16.8v，電池容量為20Ah。

(2)適用于極冷超低溫環境。應用溫度下限為-40℃，上限為55℃。

(3)極冷(-40℃)條件下按標準倍增器(0.2c)放電，電池要放電的功率占室溫容量的75%以上。

(4)要求系統具有超低功耗的特點，-20℃下的平均工作電流小于400uA。

(5)具有過流、過充、過放、過溫、短路保護等功能齊全的保護功能。

(6)系統具有相對準確的功率估算功能，剩余工作時間根據儀器的實際功耗估算。并能抵抗溫度和老化的影響。

(7)系統可以記錄異常，與上位機進行通信，并發出異常和功率不足的預警信號。