凹凸科技:電池均衡管理技術(shù)提高電池壽命
凹凸科技(O2Micro)自95年創(chuàng)立以來,15年來賣出了11億多顆芯片。這對一家專注于特定領(lǐng)域的產(chǎn)品和解決方案的IC公司來說,可謂是相當(dāng)不錯的成績。這家由華人創(chuàng)立,在納斯達(dá)克上市的專業(yè)芯片設(shè)計公司,一直致力于電池管理系統(tǒng)解決方案的研發(fā),被IEEE認(rèn)定為電源管理領(lǐng)域?qū)@I(lǐng)先廠商。
不久前,在CIBF國際電池展上,光電新聞網(wǎng)就如何提高儲電池壽命等問題采訪了凹凸科技智能電池事業(yè)部產(chǎn)品經(jīng)理侯曉華先生。
強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)手,及客戶所及
太陽能發(fā)電站有并網(wǎng)發(fā)電模式,有離網(wǎng)發(fā)電模式。離網(wǎng)發(fā)電站一般都建在比較偏遠(yuǎn)的地區(qū),需要將電能存儲在電池中,最常用的就是鉛酸電池。雖然鉛酸電池可以說是最安全的電池,但其缺點也很明顯:體積笨重,使得安裝和維護(hù)麻煩,加上使用壽命只有2年,導(dǎo)致運輸和維護(hù)成本都很高。而目前太陽能板的成本越來越低,這給太陽能系統(tǒng)解決方案提出了尖銳的挑戰(zhàn)——降低成本。
凹凸科技(O2Micro)在電池管理方面經(jīng)驗豐富,均衡技術(shù)能夠做到對單體電池的狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控和調(diào)整,延長了電池組合的壽命。從2年增加到3-4年。而且電池的狀況可以遠(yuǎn)程傳給終端進(jìn)行控制,客戶不必派專人去現(xiàn)場維護(hù),這大大減少了維護(hù)的麻煩,給使用者生活和廠商的售后帶來便利,減少鉛的使用和回收成本,做到正真意義上的節(jié)能減排。凹凸科技(O2Micro)的電池管理解決方案彌補了鉛酸電池維護(hù)成本高和壽命短的不足,使整個離網(wǎng)太陽能方案的成本降低了許多。據(jù)悉,國內(nèi)光伏產(chǎn)業(yè)的某領(lǐng)軍企業(yè)已和凹凸科技(O2Micro)正式簽訂企業(yè)合作備忘錄,強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)手共同推進(jìn)光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
電池均衡管理技術(shù)提高電池壽命,降低維護(hù)成本
造成電池不均衡的原因何在?侯曉華先生解答道,電池的自放電不同會導(dǎo)致相同容量電池之間的初始容量產(chǎn)生差異。生產(chǎn)過程和材料的差異也會導(dǎo)致電池不均衡,盡管實施嚴(yán)格的生產(chǎn)操作標(biāo)準(zhǔn),可以將性能和內(nèi)阻抗的初始誤差降到最低,然而隨著電池的老化,初始誤差會越來越大,不均衡也會越來越明顯。不同的生產(chǎn)批次之間的初始差異損失也是電池不均衡的原因之一,如果使用不同批次的電池做成一個電池板,初始差異損失會產(chǎn)生電池不均衡,并隨著時間的推移加劇。另外,不同的回路泄漏、不同的工作條件也可導(dǎo)致電池不均衡。這些問題看似很小,但是集腋成裘,終成大患。
凹凸科技(O2Micro)的電池均衡管理技術(shù),可以讓電池的壽命提高50%-100%,大大增加離網(wǎng)的太陽能系統(tǒng)以及電池儲能系統(tǒng)的附加值。由于鉛酸電池是由多節(jié)電池串聯(lián)起來的,因自放電等原因,會導(dǎo)致每節(jié)電池的初始容量都不一樣,但是其充電電流是一樣的,所以充電時有的電池充飽了,有的電池還沒充飽,先充飽的電池就處于過充狀態(tài),這對電池的壽命影響非常大。而且過充時會產(chǎn)生氣體,讓電解液減少,還會讓電池容量變小。凹凸科技(O2Micro)的電池均衡管理技術(shù)可以解決這一難題,在充電時讓容量多的充慢一點容量少的充快一點,讓多節(jié)電池盡量做到一起充飽,做到真正意義上的多節(jié)電池均衡充電,這樣就避免了由于電池過充而導(dǎo)致的電池使用壽命縮短問題。
按需均衡放電技術(shù)(BOD)充分發(fā)揮電池性能
凹凸科技(O2Micro)的電池均衡管理技術(shù)的核心就是按需放電智能均衡技術(shù),可以在充分發(fā)揮電池性能的前提下實現(xiàn)均衡管理。按需均衡放電技術(shù)(Battery Bleeding On Demand:BOD),使用智能均衡控制計算法,它可以高效均衡電池。其技術(shù)亮點如下:在充電和待機(jī)狀態(tài)下,支持BOD;可編程的內(nèi)部和外部放電電流;如果使用外部放電,外部放電電阻器就可以控制電流;可設(shè)置均衡電壓起始點,均衡電路工作開始時間可以由這個電壓值控制;可編程設(shè)置控制放電電池數(shù)量;通過同時均衡多個電池,調(diào)節(jié)的速度加快;如果用外部MCU,可以隨時用軟件來控制放電;放電與電池電壓同步,不會降低精確度。
高精確度ADC定期掃描所有電池的電壓,每一輪都可以對比所有最新搜集的電池電壓數(shù)據(jù),并更新BOD狀況。MCU也可以通過I2C總線來獲取電壓數(shù)據(jù),通過設(shè)定相應(yīng)放電寄存器(緩存器)的位數(shù)來控制實時放電。
在高效鉛酸電池和鋰電池組應(yīng)用中,均衡技術(shù)是必需的。跟能量轉(zhuǎn)換方法相比,BOD技術(shù)成本更低,可靠性更高。通過現(xiàn)場充電和放電周期測試,BOD技術(shù)被證明有效,現(xiàn)已被應(yīng)用于凹凸科技(O2Micro)的電池管理芯片OZ890/OZ8920/OZ8940/OZ8930中。該系列芯片為電動自行車/電池式電動工具提供電池管理方案,并且在客戶端的設(shè)備上得以應(yīng)用,受到客戶的認(rèn)可和好評。目前該電池管理系統(tǒng)已經(jīng)進(jìn)入量產(chǎn)階段,并被廣泛用于電動汽車、儲能和動力電池等。
分布式發(fā)電解決方案提高太陽能板發(fā)電效率
除太陽能發(fā)電站外,光電建筑一體化近年來也逐漸走向成熟,如世博會中國館就采用了類似的屋頂系統(tǒng)。由于建筑物的外形、朝向、遮擋等復(fù)雜情況會導(dǎo)致每塊太陽能板的功率不一樣,如果直接進(jìn)行串行控制效率就會非常低。凹凸科技(O2Micro)的分布式發(fā)電解決方案在這種情況下很有優(yōu)勢:
分布式發(fā)電方案(如下圖左所示),給每個太陽能板增加微型逆變器并單獨管理,并集成最大功率跟蹤技術(shù),這樣就避免了每個面板間發(fā)電功率不一樣而造成的影響,提高了太陽能的收集效率。隨著國家太陽能發(fā)電補貼政策的成熟,加上正在不斷推進(jìn)智能電網(wǎng)建設(shè),相信不久后便能在合理的成本控制下,實現(xiàn)大規(guī)模的應(yīng)用。
微型轉(zhuǎn)換器方案(如下圖右所示),給每個太陽能板增加微型轉(zhuǎn)換器并單獨管理,并集成最大功率跟蹤技術(shù),提高了太陽能收集效率。太陽能電池之間共用一個大功率DC-AC轉(zhuǎn)換器,這樣系統(tǒng)成本就會低很多。針對高轉(zhuǎn)換效率和系統(tǒng)低成本2種不同需求,凹凸科技(O2Micro)都有不同的解決方案,以供客戶在不同的補貼政策下選擇使用。
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