【我是工程師】淺談電池管理應(yīng)用中的功率路徑管理
大家好，我是南航紙飛機MX, 本人讀書期間一直從事新能源能量管理方面的研究。工作后一直從事電池管理相關(guān)的項目，借此寶地和大家分享和交流電池管理相關(guān)方面的知識，第一次我想談?wù)勲姵毓芾響?yīng)用中的功率路徑管理。
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由于較高的功率密度，鋰離子電池被廣泛應(yīng)用于輕盈小巧的移動設(shè)備中。為了滿足設(shè)備中的系統(tǒng)在各種應(yīng)用情景下的功率需求，需要一個電池功率管理電路對輸入電源的功率、電池功率、以及系統(tǒng)需求的功率三者進行合理的分配，通常稱之為功率路徑管理。根據(jù)不同的系統(tǒng)架構(gòu)，功率路徑管理主要分為三大類，分別是Battery-feed功率路徑管理、Power-selector 功率路徑管理以及Narrow VDC功率路徑管理。下面為大家詳細介紹三種功率路徑管理以及它們的優(yōu)缺點。
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@xumin-nuaa
由于較高的功率密度，鋰離子電池被廣泛應(yīng)用于輕盈小巧的移動設(shè)備中。為了滿足設(shè)備中的系統(tǒng)在各種應(yīng)用情景下的功率需求，需要一個電池功率管理電路對輸入電源的功率、電池功率、以及系統(tǒng)需求的功率三者進行合理的分配，通常稱之為功率路徑管理。根據(jù)不同的系統(tǒng)架構(gòu)，功率路徑管理主要分為三大類，分別是Battery-feed功率路徑管理、Power-selector功率路徑管理以及NarrowVDC功率路徑管理。下面為大家詳細介紹三種功率路徑管理以及它們的優(yōu)缺點。
首先先介紹battery-feed架構(gòu)：
如圖1所示，在傳統(tǒng)的feature phone里，battery-feed架構(gòu)由于其簡單的結(jié)構(gòu)得到了廣泛的應(yīng)用。在這種架構(gòu)中，電池被直接連接在系統(tǒng)母線上，所以系統(tǒng)電壓永遠不會超過電池電壓(充滿時通常為4.2V)，所以系統(tǒng)母線上器件的電壓應(yīng)力只要低于電池充滿電壓即可。另外，由于電池可以等效為一個容值超級大的電容，因而系統(tǒng)母線電壓不會出現(xiàn)較大的波動，當(dāng)系統(tǒng)需求功率超過輸入電源能夠提供的功率時，電池能夠自動補充供電，從而使得適配器沒有必要按照系統(tǒng)的峰值功率設(shè)計，降低了適配器的成本。
圖1. Battery-Feed架構(gòu)
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@xumin-nuaa
首先先介紹battery-feed架構(gòu)：如圖1所示，在傳統(tǒng)的featurephone里，battery-feed架構(gòu)由于其簡單的結(jié)構(gòu)得到了廣泛的應(yīng)用。在這種架構(gòu)中，電池被直接連接在系統(tǒng)母線上，所以系統(tǒng)電壓永遠不會超過電池電壓(充滿時通常為4.2V)，所以系統(tǒng)母線上器件的電壓應(yīng)力只要低于電池充滿電壓即可。另外，由于電池可以等效為一個容值超級大的電容，因而系統(tǒng)母線電壓不會出現(xiàn)較大的波動，當(dāng)系統(tǒng)需求功率超過輸入電源能夠提供的功率時，電池能夠自動補充供電，從而使得適配器沒有必要按照系統(tǒng)的峰值功率設(shè)計，降低了適配器的成本。[圖片]圖1. Battery-Feed架構(gòu)
大家猜猜這種架構(gòu)缺點在哪里？
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@xumin-nuaa
首先先介紹battery-feed架構(gòu)：如圖1所示，在傳統(tǒng)的featurephone里，battery-feed架構(gòu)由于其簡單的結(jié)構(gòu)得到了廣泛的應(yīng)用。在這種架構(gòu)中，電池被直接連接在系統(tǒng)母線上，所以系統(tǒng)電壓永遠不會超過電池電壓(充滿時通常為4.2V)，所以系統(tǒng)母線上器件的電壓應(yīng)力只要低于電池充滿電壓即可。另外，由于電池可以等效為一個容值超級大的電容，因而系統(tǒng)母線電壓不會出現(xiàn)較大的波動，當(dāng)系統(tǒng)需求功率超過輸入電源能夠提供的功率時，電池能夠自動補充供電，從而使得適配器沒有必要按照系統(tǒng)的峰值功率設(shè)計，降低了適配器的成本。[圖片]圖1. Battery-Feed架構(gòu)
占座，樓主繼續(xù)！~
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@電源網(wǎng)-天邊
我猜不到 我是過來等答案的啦
正所謂“成也蕭何，敗也蕭何”，如圖2所示，當(dāng)設(shè)備由于電池過放電而自動關(guān)機之后插入適配器重新充電時，由于較低電壓的電池(低于系統(tǒng)啟動電壓)被直接連接在系統(tǒng)母線上，間接起到了電壓箝位的作用，系統(tǒng)將無法立即開機。另外，當(dāng)系統(tǒng)死機時電池?zé)o法從系統(tǒng)母線斷開，因而不適用于內(nèi)置電池的應(yīng)用場合和運輸模式的設(shè)計。
圖2. Battery-feed架構(gòu)中系統(tǒng)母線電壓隨輸入電壓、電池電壓變化示意圖
note: VIN_TYP為輸入電壓典型值，VBATT_FULL為電池充滿電壓，VSYS_UVLO為系統(tǒng)開機電壓。
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@電源網(wǎng)-娜娜姐
占座，樓主繼續(xù)！~
下面來談?wù)劻硗庖环N架構(gòu)，Power-selector架構(gòu)。
為了解決電池低電壓時插入適配器后無法立即開機的問題，power-selector 架構(gòu)經(jīng)常被采用，尤其筆記本電腦和移動電源。如圖3所示，當(dāng)適配器插入后，SW_H導(dǎo)通，直接將系統(tǒng)母線連接至輸入端，那么系統(tǒng)母線電壓等于輸入電壓，系統(tǒng)即使在電池低電壓時也能立即開機。同時SW_L關(guān)斷，系統(tǒng)母線通過charger IC給電池充電。在電池容量充足時，當(dāng)適配器拔走后，SW_H關(guān)斷，SW_L導(dǎo)通，系統(tǒng)母線直接由電池供電。
圖3. Power-selector架構(gòu)
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@xumin-nuaa
下面來談?wù)劻硗庖环N架構(gòu)，Power-selector架構(gòu)。為了解決電池低電壓時插入適配器后無法立即開機的問題，power-selector架構(gòu)經(jīng)常被采用，尤其筆記本電腦和移動電源。如圖3所示，當(dāng)適配器插入后，SW_H導(dǎo)通，直接將系統(tǒng)母線連接至輸入端，那么系統(tǒng)母線電壓等于輸入電壓，系統(tǒng)即使在電池低電壓時也能立即開機。同時SW_L關(guān)斷，系統(tǒng)母線通過chargerIC給電池充電。在電池容量充足時，當(dāng)適配器拔走后，SW_H關(guān)斷，SW_L導(dǎo)通，系統(tǒng)母線直接由電池供電。[圖片]圖3.Power-selector架構(gòu)
誰來談?wù)勥@種結(jié)構(gòu)的缺點？
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@xumin-nuaa
下面來談?wù)劻硗庖环N架構(gòu)，Power-selector架構(gòu)。為了解決電池低電壓時插入適配器后無法立即開機的問題，power-selector架構(gòu)經(jīng)常被采用，尤其筆記本電腦和移動電源。如圖3所示，當(dāng)適配器插入后，SW_H導(dǎo)通，直接將系統(tǒng)母線連接至輸入端，那么系統(tǒng)母線電壓等于輸入電壓，系統(tǒng)即使在電池低電壓時也能立即開機。同時SW_L關(guān)斷，系統(tǒng)母線通過chargerIC給電池充電。在電池容量充足時，當(dāng)適配器拔走后，SW_H關(guān)斷，SW_L導(dǎo)通，系統(tǒng)母線直接由電池供電。[圖片]圖3.Power-selector架構(gòu)
樓主繼續(xù)。。這種應(yīng)該是充飽電時的功耗問題吧。。。
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@dxsmail
樓主繼續(xù)。。這種應(yīng)該是充飽電時的功耗問題吧。。。
如圖4，在此架構(gòu)中，由于系統(tǒng)母線電壓可能直接等于輸入電壓，那么系統(tǒng)母線上器件電壓應(yīng)力要按照輸入來設(shè)計，那么將會提高器件的規(guī)格進而提高成本。而且，在適配器插入時，SW_L關(guān)斷，當(dāng)系統(tǒng)功率需求超過適配器功率需求時，電池?zé)o法立即給系統(tǒng)補充供電。除非適配器自帶輸出電流環(huán)且允許較大的輸出電壓范圍，或者電池通過charge IC工作在反向boost模式給系統(tǒng)補充供電，這些都大大增加了系統(tǒng)的設(shè)計復(fù)雜程度。
圖4. Power-selector 架構(gòu)中系統(tǒng)母線電壓隨輸入電壓、電池電壓變化示意圖
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@xumin-nuaa
如圖4，在此架構(gòu)中，由于系統(tǒng)母線電壓可能直接等于輸入電壓，那么系統(tǒng)母線上器件電壓應(yīng)力要按照輸入來設(shè)計，那么將會提高器件的規(guī)格進而提高成本。而且，在適配器插入時，SW_L關(guān)斷，當(dāng)系統(tǒng)功率需求超過適配器功率需求時，電池?zé)o法立即給系統(tǒng)補充供電。除非適配器自帶輸出電流環(huán)且允許較大的輸出電壓范圍，或者電池通過chargeIC工作在反向boost模式給系統(tǒng)補充供電，這些都大大增加了系統(tǒng)的設(shè)計復(fù)雜程度。[圖片]圖4.Power-selector架構(gòu)中系統(tǒng)母線電壓隨輸入電壓、電池電壓變化示意圖
猜猜猜，我猜樓主還有下文
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@xumin-nuaa
由于較高的功率密度，鋰離子電池被廣泛應(yīng)用于輕盈小巧的移動設(shè)備中。為了滿足設(shè)備中的系統(tǒng)在各種應(yīng)用情景下的功率需求，需要一個電池功率管理電路對輸入電源的功率、電池功率、以及系統(tǒng)需求的功率三者進行合理的分配，通常稱之為功率路徑管理。根據(jù)不同的系統(tǒng)架構(gòu)，功率路徑管理主要分為三大類，分別是Battery-feed功率路徑管理、Power-selector功率路徑管理以及NarrowVDC功率路徑管理。下面為大家詳細介紹三種功率路徑管理以及它們的優(yōu)缺點。
2006年研究軍艦備用電池管理方案用的是筒單獨立充電方案，后來想開發(fā)一個象保護板一樣20uA級以下自耗電，電池節(jié)間電壓差異在10mv以上自動均衡且是能量高效率地轉(zhuǎn)移。開始以為不難一查這類美國專利多如牛毛。但從實用級來說沒一個實用的。看過日本豐田，松下的。德國英飛凌的美國ti的沒有看到一個能批量生產(chǎn)實用方案，比亞迪的專利也一樣。用了國內(nèi)英飛凌方案產(chǎn)品實測是技術(shù)垃圾。據(jù)說特拉斯解決了但不公布方案。其實這是一個世界級的難題:假設(shè)一百節(jié)電池串聯(lián)它們之間的電壓都是不相等的，請設(shè)計一個方案在轉(zhuǎn)移電流一定的情況，用最少的轉(zhuǎn)移管道用最短的時間(不重復(fù)轉(zhuǎn)移)使每節(jié)電池電壓相等。且誤差10mv內(nèi)自動低功耗uA級自耗電。非天才級的工程師沒有能力解決這個問題的。
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@sushumiao
2006年研究軍艦備用電池管理方案用的是筒單獨立充電方案，后來想開發(fā)一個象保護板一樣20uA級以下自耗電，電池節(jié)間電壓差異在10mv以上自動均衡且是能量高效率地轉(zhuǎn)移。開始以為不難一查這類美國專利多如牛毛。但從實用級來說沒一個實用的?？催^日本豐田，松下的。德國英飛凌的美國ti的沒有看到一個能批量生產(chǎn)實用方案，比亞迪的專利也一樣。用了國內(nèi)英飛凌方案產(chǎn)品實測是技術(shù)垃圾。據(jù)說特拉斯解決了但不公布方案。其實這是一個世界級的難題:假設(shè)一百節(jié)電池串聯(lián)它們之間的電壓都是不相等的，請設(shè)計一個方案在轉(zhuǎn)移電流一定的情況，用最少的轉(zhuǎn)移管道用最短的時間(不重復(fù)轉(zhuǎn)移)使每節(jié)電池電壓相等。且誤差10mv內(nèi)自動低功耗uA級自耗電。非天才級的工程師沒有能力解決這個問題的。
非常專業(yè)。。你認為特斯拉解決了這個電池管理問題了？
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