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1、研发项目结题报告（上报集团版）项目名称及编号 2010_LH_40一种移动通信用后备式铁锂电池室内外一体化配套电源智能管理装置与系统。主要研究单位及负责人（联系方式）（如为联合项目，此处只填牵头单位及其负责人，联系方式需注明联系电话和Email ） 其他研究单位及负责人（联系方式）是否集团重点(是/否)是是否联合项目（是/否）是项目经费（万元）20万元项目起止时间2010 年1月2010年 12月 专业类别通信电源研究类别超前研究关键词索引（35个）锂电池配套；均衡功能；后备式该项目在研究单位内部的评审结果优秀该项目在研究单位内部的评审意见：描述评审专家组对该项目在技术先进性，创新性，取得的总
2、体效益，可推广性等方面的评价。发明专利.一种移动通信用后备式铁锂电池层叠梯田智能循环充电管理装置集团专利评审专家评审结果意见.评审通过，评审得分7.35分。铁锂电池充电管理有别于传统铅酸蓄电池，本提案提供一种移动通信用后备式铁锂电池层叠梯田智能循环充电管理装置，采用层叠梯田智能控制算法，较当前铁锂电池的控制更趋精细化控制，以层叠梯田智能循环与单组单体小电流波浪层叠梯田智能循环切换充电方式，具有一定的创新性，故通过评审。发明专利. 一种移动通信用后备式铁锂电池互交差三级均衡控制充电管理装置与系统集团专利评审专家评审结果意见.评审通过，评审得分7.05分。本提案中根据电池温度采用不同充电模式的方法
3、建立充放电数据模型，具有一定的创新性，故通过评审。发明专利. 一种移动通信用后备式铁锂电池室内外一体化配套电源智能管理装置与系统之一集团专利评审专家评审结果意见评审通过，评审得分7.35分。本提案围绕后备铁锂电池的户外应用，完成一体化机箱设计、配套电源管理装置设计、箱内负气压阀门、风道结构设计等，具有一定的创新性，以及相当的应用前景、应用价值，故通过评审。发明专利. 一种移动通信用室内外一体化后备式铁锂电池故障诊断与维护管理装置与系统集团专利评审专家评审结果意见评审通过，评审得分6.55分。该案设计建立了电池组故障诊断系统，给出系统判断所用规则库、历史档库，提出电池组运行性能评估算法，但采用规
4、则库与已方案类似，可作为一体化电源管理系统的一部分，但鉴于其方案与GS1006003有共同特征，故将其并入GS1006003进行专利申请。项目的简介：简要描述该项目的目的和意义，解决的问题，取得的社会和经济效益等。 本方案的设计核心,放弃现有传统的设计思路.重点解决锂电池配套系统如何在室外安装及正常使用.并使用一套全新的锂电池充电均衡管理技术全面解决方案.实现技术的突破与进步. 一种移动通信用后备式铁锂电池室内外一体化配套电源智能管理装置与系统硬件由50-250ah48v铁锂电池组模块(可根据不同的现场使用环境及对蓄电池后备放电时间的要求.来选用大小容量不同的蓄电池组)、对偶双自然冷却隔热风道
5、模块、互交差三级均衡控制充电管理模块、环境监测监控单元模块、铁锂电池层叠梯田智能循环充电模块、交流AC四路输出控制模块、DC/DC四路输出控制模块组成。来共同完成解决锂电池由于一次过放电，就会造成蓄电池不可恢复的报废的主要问题,互交差三级均衡控制充电管理模块、铁锂电池层叠梯田智能循环充电模块主要功能实现了锂电池充放电过程中的内部均衡控制保护.对偶双自然冷却隔热风道模块、环境监测监控单元模块 、交流AC四路输出控制模块、DC/DC四路输出控制模块主要功能实现了锂电池充放电过程中的外部均衡控制保护.以上这五大系统共同组成一个完整的移动通信用后备式铁锂电池室内外一体化配套电源智能管理装置.通过我们多
6、年来在电动车及移动通信基站小范围内试点的“探索实践再探索再实践” 技术积淀.认识到锂离子电池的这些规律，并结合移动通信基站的实际情况及需求开发一套全新移动通信用后备式锂离子动力电池组层叠梯田智能循环充电管理的装置与系统.该系统的核心功能是在任何时候如电池的运行环境不符合所需的条件下,保证每个单节电池都不发生过充电和过放电。提高锂电池的管理系统的有效性及实用性. 来解决锂电池在单节大容量和串联成高电压电池组时，不便在移动通信基站推广应用的难题。对现有企业标准规范的符合度：列举该项目使用并符合的中国移动统一发布的企业标准的名称和编号，描述该项目成果在现有的企业标准基础上所需新增的功能要求（如业务流
7、程的改变、设备新增的功能要求等）。该项目的专利情况： 。 以下项目研发产生的专利已通过集团组织专家的终审。发明专利交底书已提交国家专利局.专利申请号等相关证明正在审批中.1.一种锂聚合物蓄电池智能自适应充电管理装置和系统。专利申请号200910117282.22.一种通风装置、系统、后备电池真空控制方法及恒温控制方法3. 一种移动通信用后备式铁锂电池层叠梯田智能循环充电管理的装置与系统4. 一种移动通信用后备式铁锂电池互交差三级均衡控制充电管理装置与系统5. 一种移动通信用室内外一体化后备式铁锂电池故障诊断与维护管理装置与系统该项目研发存在的主要问题及今后的设想：电池的过充电是造成电池寿命减短
8、的主因，依据电池制造厂商提供之充电方式是最直接也较有效的方法，但常因充电时间过长，并不完全适用于移动通信基站、UPS 及电动车的使用需求。若充电器的功率太低，则将延长充电时间，但提高功率，则增加成本与体积，未必符合经济效益，且充电末期电池之转换效率亦降低，容易使电池产生高温，进一步降低电池的寿命。因此寻求一个快速且又不影响电池寿命的充电方法，成为本方案下一步重要的研究设计内容。项目研究成果的主体内容（3000字以上，可附在表格后）：一种移动通信用后备式铁锂电池室内外一体化配套电源智能管理装置与系统结题报告一.背景情况目前国外通讯运营商均提出了新型锂离子电池后备解决方案的需求，国外多个设备制造商
9、也已推出了系列新型通信用后备式锂离子电池组，进入了产品的成熟期。欧洲部分运营商已经成功试用。通信用后备式锂离子电池组产业化在国内尚处在起步阶段，少量制造商已经推出可商用产品，运营商尚未开始使用，处于关注状态。移动通信用室内外一体化后备式铁锂电池故障诊断与维护管理技术目前是技术空白点.没有相关的技术介绍.国内外发展现状.根据国际电工学会(IEC)在1995年制定的电池管理系统标准的要求，电动车用电池管理系统必须具备一定的电池诊断功能，包括不健康电池早期报警和提供电池老化信息。在这10多年里，国外各大公司均对此进行大力攻关研究，并在其运行使用的电池管理系统中加入了一定的电池诊断功能。其中代表性的公
10、司有德国Mentzer Electronic GmbH和Werner Retzlaff为首设计的BADICOaCH系统；美国Aerovironmevt公司开发的SmartGuard系统(Long-Life Battery Using Intelligent Modular Control System)。 国内对电池故障诊断也有一定的研究，如春兰研究院，清华大学，但大部分研究还处于起步阶段。另外，虽然有些电池管理系统带有均衡功能，但由于从成本、散热、可靠性等多方面考虑，电池管理系统的均衡电流一般远小于串联充电的电流，因此均衡效果不是很明显，也会出现某些单体电池充不满电的情况，这对于需要大电流充
11、电的锂离子电池组，例如电动汽车用的锂离子电池组而言则更为明显。现有技术中通信用铁锂电池系统（如SDA10-48）由于整流器、控制电路与锂电池整合一起，各设备的正常运行会产生大量的热量，使锂电池长期会处于高温运行状态，由于散热的问题无法解决，因此不能在室外安装使用。现有技术中铸铝室外一体化通信基站机箱内集成众多设备，设备运行时会行成高温环境，并且设备机箱内外部介质的温差大，因此在恶劣环境等条件下无法实现室外一体化后备电源。二.技术特点分析本方案的设计核心,放弃现有传统的设计思路.重点解决锂电池配套系统如何在室外安装及正常使用.并使用一套全新的锂电池充电均衡管理技术全面解决方案.来重点解决由于目前
12、锂电池在实际应用普遍存在以下十类问题.1. 动力型磷酸铁锂锂电池在放电时，管理系统电路如何实现“剔除”功能？ 2. 在其中一节出现电量不足、电压过低时，电池管理系统可以自动剔除节电芯，同时保证电池组不间断输出。 3. 对于高电压、大电流的负载（比如120V/200A），动力电池管理系统如何实现，能保证其稳定性？4. 如何解决单体电池循环过程中有个别出现突然死亡现象，再次循环时又正常？ 5. 能否保证动力锂电池组充电时可以短时高效，比如对100AH/120V电池组，如何能在4-6小时充满电？ 6. 对于电池组，能否实现单体充电、串联放电，如何实现这样的管理系统？ 7. 如何解决电池一致性不好问题
13、？主要指电池内阻差异。 8. 如何提高磷酸铁锂正极材料不同批次之间稳定性差异？ 9. 电池大电流放电发热怎样降到最低？ 10. 那种电解液更适合磷酸铁锂动力电池使用，添加剂种类、如何防止电池气胀？从而实现技术的突破与进步. 一种移动通信用后备式铁锂电池室内外一体化配套电源智能管理装置与系统硬件由50-250ah48v铁锂电池组模块(可根据不同的现场使用环境及对蓄电池后备放电时间的要求.来选用大小容量不同的蓄电池组)、对偶双自然冷却隔热风道模块、互交差三级均衡控制充电管理模块、环境监测监控单元模块、铁锂电池层叠梯田智能循环充电模块、交流AC四路输出控制模块、DC/DC四路输出控制模块组成。来共同
14、完成解决锂电池由于一次过放电，就会造成蓄电池不可恢复的报废的主要问题,互交差三级均衡控制充电管理模块、铁锂电池层叠梯田智能循环充电模块主要功能实现了锂电池充放电过程中的内部均衡控制保护.移动通信用室内外一体化后备式铁锂电池故障诊断与维护管理装置与系统.是对锂电池组故障进行诊断与维护是电池管理系统的重要功能。根据移动通信用室内外一体化后备式锂离子电池组故障和外部特性之间的特点与关系，建立了电池组故障诊断维护系统的模型，并给出了系统判断所用规则、历史档案数据内容以及电池组运行性能评估的算法，来对整体以上六大系统系统的运行过程的指导和修正.并最后通过试验对结果进行了验证的一种方法 .本方案设计双体内
15、胆铸铝室外一体化通信基站机箱的设计的通风系统、通风装置、通信后备电池室内外一体系统、真空控制方法及恒温控制方法，采用了一套全新的风道设计通风系统，可以对后备锂蓄电池组以及相连的设备进行通风和温度控制。并且，采用半导体制冷热片与毛细低温换热器结合使用组成微型智能空调，可以解决单独使用时的结露现象。同时还对利用通风系统对后备蓄电池组进行真空控制，以及存放后备电池外的其他设备进行恒温控制，避免各种设备发生故障、燃烧的概率，大大降低了室外设备的故障概率。一种移动通信用后备式铁锂电池室内外一体化配套电源智能管理装置与系统设备外观图同时本方案相应开发WLAN网络交换机8口、16口、24口的在线式后备80a
16、h/120ah/160ah锂电池配套电源装置与系统以及一种移动通信用便携式锂电应急发电系统. 本方案主要各项核心专利技术简介发明专利一.一种移动通信用后备式铁锂电池层叠梯田智能循环充电管理的装置与系统本方案为了实现层叠梯田智能循环充电的技术要求。故本电路由P89LPC936 Flash单片机与TLC548数模转换器通过采样电路实时采集电池的端电压和充电电流，经内部计算决定下一阶段的充电电压和电流。然后送出控制信号给双芯片脉宽调制器模块控制充电电流和电压的大小，并协调好DC/DC高频隔离变换器、层叠梯田智能循环充电系统模块、互交差多级单体均衡控制模块和其他各外围电路模块工作来共同组成新型智能循环
17、充电管理的装置与系统。主要有工作模式、蓄电池电压、容量、充电模式、时间限定、工作参数调 ，工作模式分为自动和手动，蓄电池电压有4.2 V、12 V、18 V、24 V、30 V、36 V，48 V容量项从2Ah至300Ah，共26项，充电模式为AB正常、整组初充、整组单体层叠梯田智能循环充、AB快充，时间限定功能可以设定充电开始的时间和充电结束时间等.基本充电原理首先由P89LPC936单片机根据不同的输入蓄电池的端电压及充电端电压来判断充电过程为主要依据，如低于蓄电池标称电压的13一般是因为过放电或存放时间过长，采用0.1 CA的变电压变电流充电法层叠梯田间歇充电；充电端电压在标称值13内时
18、，则采用0.35 CA的充电电流实施快速充电；当充电端电压接近或高于标称+13时，充电电流逐渐减小，当充电端电压达到进行温度修正后上限值时，通过改变PWM的占空比，使用极小的电流充电。采用分段式脉冲充电方式，这样能够改善蓄电池性能和提高蓄电池的充电接受率。上述过程完成后如互交差多级单体均衡采样控制模块上报各单体单组的均衡性达不到要求。系统将采用单体或AB单组电压小电流波浪式层叠梯田间歇充电法循环进行单体单组均衡充电。双芯片冗余脉宽调制器模块DC/DC高频隔离变换器高频整流滤波层叠梯田智能循环充电系统模块快速A/B组充电模块常规A/B组充电模块充电模块温度控制测量模块总组恒流/恒压/脉充模块隔离
19、驱动模块软启动功率因数校正整流滤波EMI滤波控制电源开关复位键盘温度开关A/V液晶显示互交差多级单体均衡采样控制模块均衡1组A均衡1组A均衡3组c均衡4组d均衡1组a均衡2组b由于锂电池串联使用，电池组的质量取决于性能最差的那节电池。电池的充放电效率随使用时间的增加到逐渐降低，其周期平均温升也逐渐增大。所以本案的核心以不同电流和使用环境对电池组进行恒流充放电，单片机cpu自动采集记录多级方式监测电池组及各节电池的温度数值，并根据单片机cpu内置正常蓄电池充放电的不同温度不同倍率及同倍率不同温度下单组/单体表温变化值温度数学模型数据库比对.对锂电池进行性能评估. 来及时修正锂电池充电过程中的输出
20、电流的大小.发明专利二.一种移动通信用后备式铁锂电池互交差三级均衡控制充电管理装置与系统本方案采用二个LTC1769或(LTC1760)电流模式脉冲宽度调制（PWM）的电池充电IC与四个S-8204B或(LS9208) 3节/4/7节电池串联用电池保护IC及三个TMP300温度控制开关IC共同组成互交差三级单体均衡采样控制模块系统。LTC1769或(LTC1760)电流模式脉冲宽度调制（PWM）的电池充电IC主要完成对两个S-8204B或(LS9208) IC所控制的A/B组各8节串联电池均衡采样控制及保护.并通过内部自带的微充放电管理系统控制各S-8204B或(LS9208) IC通过对单体
21、的充放电方式来完成整组的电池均衡的管理.主要的任务有以下几点. 内置独立3级充电器轮询电池的充电要求并监视由电池内部电量测量所确定的实际电流和电压（误差为0.2%），实现快速、安全和彻底地充电快速充电模式可以用来进一步缩短充电时间. 支持电池查验以实现气压计校准充电器状态. 3个电源通路二极管允许安全和低损耗地进行两个以上电池组同时放电. 两个二极管实现两个电池组同时安全、低损耗地放电. 硬件可编程电流和电压安全限制以及很多其他安全功能用以补充电池的内部保护电路.TMP300温度控制开关IC的主要任务是当蓄电池在充放中温度超限时, TMP300能实时检测到并及时通知CPU改变电流输出; 在充电
22、过程中一旦出现单体高温故障超过预定的值,TMP300可以将最大允许充电电流设为0,迫使充电设备停机,避免发生事故,保障充电的安全。TMP300自动记录当前的充电电流及当大于最大允许充电电流时的单体温度变化情况,CPU充电设备则根据TMP300提供的温度数据 来跟随调整控制最大允许充电电流,这样就有效地防止了电池过充电,又达到快速充电并延长电池寿命目的。1.第一级均衡控制电路硬件设计与工作原理说明第一级均衡控制是由四个S-8204B或(LS9208)3/4/7节电池串联用电池保护IC及三个TMP300温度控制开关IC共同组成备有过电流保护功能的电路.其主要的任务是首先进行对每单体的锂电池充放电及
23、运行过程的各项数据的检测与保护并实现四个锂电池为一组的均衡控制.2第二级均衡控制电路硬件设计与工作原理说明第二级均衡控制电路是由两个LTC1769或(LTC1760)组成. LTC1769内置三个两线系统管理总线接口使LTC1769能实现诸如跟踪两组或两个电池的内部电压和电流之类的伺服功能，并允许一个两线系统管理总线cpu主机监视任一电池组的状态.这种伺服技术能使充电的准确度同电池内部电压和电流测量值只有0.2的误差.3.第三级温度监控早期预警锂电池故障均衡控制电路硬件设计与工作原理说明由于锂电池串联使用，电池组的质量取决于性能最差的那节电池。电池的充放电效率随使用时间的增加到逐渐降低，其周期
24、平均温升也逐渐增大。所以本案的核心以不同电流和使用环境对电池组进行恒流充放电，单片机cpu自动采集记录多级方式监测电池组及各节电池的温度数值，并根据单片机cpu内置正常蓄电池充放电的不同温度不同倍率及同倍率不同温度下单组/单体表温变化值温度数学模型数据库比对.对锂电池进行性能评估. 来及时修正锂电池充电过程中的输出电流的大小. 单片机cpu内置正常蓄电池充放电的同温不同倍率及同倍率不同温度下单组/单体表温变化值温度数学模型数据库建立工作原理与方法的说明.本方案主要采用以下步骤完成温度数学模型数据库的建立.TMP300 LCT1769(LCT1760)设定测温过程和参数CPU选通TMP300 单
25、节电池温度CPU选通LCT1769单组电池温度读取单节电池温度读取单组电池温度校正和储存温度数据绘制各过程温度曲线电池单体单组性能评估电池单体单组故障告警电池单体单组启动循环充放电管理系统方案实验主要验证预充后的电池在不同测试温度（5、10、15、20、25、30）环境下以不同的倍率（0.1C、0.2C、0.3C、0.4C、0.5C、0.6C、0.7C、0.8 C、0.9C、1.0C）单组/单体表温变化值情况。本方案放电过程故障判断应用系统程序流程图如图。实际测试对象对16节锂电池（容量10安时）。放电温度25度.1c放电到3V. 数据处理过程如下：（1） 对单体/单组个过程全部电池温度曲线取
26、平均，获得一条平均曲线。与CPU内置的标准温度数学模型数据库进行比对.（2） 计算各电池曲线和平均曲线的均方差，但到本过程各电池温度一致性系数。与数学模型数据库比对.得出不同点.并对应相应的温度不同单体/单组电池.（3） 对各过程的温度一致性系数进行加权平均，得到全过程各单组电池温度一致性系数。（4） 对全过程各电池温度一致性系数进行电池性能评估排序，排查出相应的性能下降电池. 表电池温度一致性分析单体编号12345678温度值24.69524.82824.55324.73424.94224.8924.96324.87单组编号910111213141516温度值24.93124.82224.8
27、3124.91724.96124.92524.91824.752单组编号A1A1A2A2B1B1B2B2温度值24.83124.91724.96124.92524.54624.89924.96824.748表电池性能评估排序最佳电池28101116故障电池1137 最佳单组电池A1-1B1-2 故障单组电池 A2-2B2-1发明专利三. 一种移动通信用后备式铁锂电池室内外一体化配套电源智能管理装置与系统之一双体内胆铸铝室外一体化通信基站机箱设备置换对偶冷热风道自然冷却诱导式微型加热制冷智能空调通风系统硬件设计与原理说明。 为了充分利用设备外部在不同季节的热（冷）能力， 本设计力图尽可能地利用可
28、再生的洁净自然能源。由于设备运行时夏季制冷能耗远远大于冬季供热能耗，故为设计了设备内部置换对偶双自然冷却诱导式微型加热制冷智能空调通风系统，以满足设备运行通风换气和降温。置换对偶双冷热风道自然冷却诱导式通风装置就是利用两组两个双向有源风扇与两组两个半导体制冷片/毛细低温热管/独立冷热风道/导流板组成一种微型加热制冷智能空调装置.该系统产生射流的诱导特性，在送风口处导入新鲜空气，经过制冷或加热后空气采用超薄型空气流导流板以高速喷出的空气主流，诱导及搅拌周围大量的热冷空气，一方面稀释设备舱内空间的高温气体并降温，另一方面带动空气沿着预设的流程至设定方向，从而达到在进风口处引入新风，在排风口处顺利排
29、出热气的目的，保证了设备舱空间良好的恒温换气效果。本方案利用两组两个向有源风扇对偶式冷热风道的设计产生射流形成“气流推拉作用”，使整个空间产生流动的速度场。因为风管减少了很多，系统变得简单。气流方向可以通过空气流导流板随意调节，适应不同的季节温度气候来达到最佳配置，气流畅通无死角，整体设备舱内新鲜空气分布均匀，混合效果好，高温气体被充分稀释。空气流导流板1号双向有源风扇2号双向有源风扇1号出风口2号进出风口3号双向有源风扇4号双向有源风扇1、2号正向排风的气流走向1、2号正向排风的气流走向1、2号反向排风的气流走向3、4号排风的气流走向微型加热制冷智能空调微型加热制冷智能空调本方案根据锂电池的
30、特性要求。本方案在热风道内增功一个负大气压重力式阀门。从而实现了蓄电池舱全密封负大气压真空状态，这样可以使锂电池发生的燃烧事故概率降到最低的程度。发明专利四. 一种移动通信用室内外一体化后备式铁锂电池故障诊断与维护管理装置与系统本方案是对锂电池组故障进行诊断与维护是电池管理系统的重要功能。根据移动通信用室内外一体化后备式锂离子电池组故障和外部特性之间的特点与关系，建立了电池组故障诊断维护系统的模型，并给出了系统判断所用规则、历史档案数据内容以及电池组运行性能评估的算法，来对整体以上六大系统系统的运行过程的指导和修正.并最后通过试验对结果进行了验证的一种方法 .综合分析判断故障预警输出充放电维护
31、输出后备式单体充放电超级电容维护保护模块后备式单体充放电超级电容维护保护模块全系统数据库电池充放电历史档案数据库互交差三级均衡控制充放电电压/电流/容量规则库系统推理调度程序模块人机交互程序模块电池充放电温度历史档案数据库层叠梯田智能循环充电充放电电压/电流/容量规则库充放电温度/容量规则库USP接口数据采集卡交流AC四路输出控制负载切离模块规则库DC/DC四路输出控制模块负载切离模块规则库三级温度监控早期预警锂电池故障均衡控制模块层叠梯田智能循环充电模块互交差三级均衡控制充电管理模块环境监测监控单元模块交流AC四路输出控制模块模块DC/DC四路输出控制模块后备式单体充放电超级电容维护保护模块
32、规则库1. 后备式单体充放电超级电容维护保护模块的硬件设计及工作原理说明:1.1. 后备式单体充放电超级电容电路的总体构图如图所示 后备式单体充放电超级电容维护保护模块层叠梯田智能循环充放电模块220V市电互交差三级均衡控制充电管理模块-48V锂电池组三级温度监控早期预警锂电池故障均衡控制模块 本方案利用二个LTC1769或(LTC1760)电流模式脉冲宽度调制（PWM）的电池充电IC与四个S-8204B或(LS9208) 3节/4/7节电池串联用电池保护IC及三个TMP300温度控制开关IC共同组成互交差三级单体均衡采样控制模块电路中充电用FET.放电用FET端子外接各支路超级电容维护保护输
33、出整流电路.来完成对单体锂电池维护和保护. 各支路超级电容维护保护输出整流电路根据锂电池端电压的变化情况控制超级电容电流的输出和关断.从而达到并实现均衡采样控制管理系统电路“剔除”功能. 如在其中一节锂出现电量不足、电压过低时，温度过高等.三级均衡采样控制管理系统在自动剔除节电芯外，各支路超级电容维护保护输出整流电路自动开启替代剔除节电芯的输出.从而保证电池组不间断输出。如单组/单体超级电容电流输出不能满足电池组的输出要求. 两组各支路超级电容维护保护输出整流电路自动将没有放电的剩余单组/单体超级电容的电流加载到正在工作的超级电容上面.后备式单体充放电超级电容维护保护模块的充电由层叠梯田智能循
34、环充放电模块内置的总组恒流/恒压/脉充模块中恒流充电方式来完成. 1.2. 层叠梯田智能循环充放电电压/电流/容量与规则标准库自动建立方法工作说明蓄电池容量之侦测方法近年来得到广泛的研究，根据量测的方式主要可分为：比重计法、开路电压法、内阻量测法、放电曲线查表法、库仑计量测法等等。要能够长期准确的侦测出电池的容量，相当困难。克服此一困难，先决条件之一是必须建立一个周详的电池管理控制流程，将电池之充电、放电、维护、容量侦测法则、老化、温度效应等因素纳入考虑。本方案综合各项因素。 配合厂商所提供的电池放电曲线，结合多种方法，发展出一种多级式蓄电池容量及故障侦测方法。为了解锂电池之充放电特性以及电压
35、/电流/容量规则标准库自动建立,将针对电池规划一系列的实验来验证规则标准库。本方案之实验方法是以软、硬设备来实现之。软件以Visual C+ MFC配合硬件发展出一套电池量测平台,在程序修改其相关参数并配合窗口读取接口，便可以量测到准确的 图即为电池量测平台的操作窗口。一般来说,充电的过程比较单纯。因此, 规则标准库规划的实验都是比较着重于放电的过程。针对放电的过程,基本上归纳成两个变量: 温度(T)、电流(I)。放电温度分为75、65、55、45、35、25、15、 5、5等九项,而每项温度里再采取十四种定电流放电,电流大小分别为1.5C、 1.4C、1.3C、1.2C、1.1C、1.0C、
36、0.9C、0.8C、0.7C、0.6C、0.5C、0.4C、0.3C、 0.2C。 在流程的规划上，本方案是采用,先充满电后放电的流程,规划如图。 X和Y根据不同的温度而改变,公式如下：(T为放电时的温度) 蓄电池放入恒温箱设定恒温箱稳定在2530分钟采用电流(0.2C)进行放电截止条件为电压小于3V30分钟 采用电流、电压（2.15A，4.2V）模式充电截止条件为电流小于100mA.30分钟 设定恒温箱到指定的温度并稳定一段时间X 分钟 采用当前指定的值进行直流模式放电截止条件为电压小于3V.Y 分钟 =-+实验流程 图已经很清楚的解释整个实验的流程,大致上分成两大部分。前半部是充电的部分,
37、后半部是放电的部分。开始充电之前,要使恒温箱稳定在25,然后进 行0.2C放电的动作,此步骤只是让电池先有一个完整放空的情况,让充电的初始条件相同,截止的条件为电压小于3伏,接着等待30分钟的化学平衡后，开始充电(2.15A,4.2V),截止条件为电流小于100mA。 到这里都属于前半部,目的只是为了让放电之前,电池有相同的初始状态(满充),接着设定恒温箱到指定的温度，等待一段时间后，设定指定的电流后,开始进行放电,截止条件是电压小于3V,经过这样的步骤就算完成一个循环然后再重复进行着,直到所有温度和电流都进行过后实验才结束。 相同温度下,不同电流的规则标准库建立(表1)电池在25时，各种放电
38、电流所放出的容量 (表2) 电池在45时，各种放电电流所放出的容量 (表3)电池在65时，各种放电电流所放出的容量 (表4)电池在-5时，各种放电电流所放出的容量 (表1)放电电流 总放电量(mAh) (表2)放电电流 总放电量(mAh) (表3)放电电流 总放电量(mAh) (表4)放电电流 总放电量(mAh) 1.5C 2003.645828 1.5C 2080.180733 1.5C2090.342563 1.5C 1061.531325 1.4C 2018.533822 1.4C 2088.279548 1.4C2094.046236 1.4C 1112.832557 1.3C 203
39、1.780803 1.3C 2095.354937 1.3C2097.920587 1.3C 1160.980108 1.2C 2048.970225 1.2C 2102.924436 1.2C2105.488626 1.2C 1207.853866 1.1C 2066.533977 1.1C 2106.466549 1.1C2109.610285 1.1C 1255.500858 1.0C 2069.116276 1.0C 2111.283958 1.0C2114.200503 1.0C 1302.503425 0.9C 2076.123323 0.9C 2116.255684 0.9C21
40、18.005468 0.9C 1363.204646 0.8C 2085.022886 0.8C 2116.470585 0.8C2122.423709 0.8C 1411.610678 0.7C 2091.611737 0.7C 2128.749868 0.7C2126.005984 0.7C 1464.009357 0.6C 2097.391117 0.6C 2155.486917 0.6C2129.907054 0.6C 1520.053309 0.5C 2102.64903 0.5C 2132.279643 0.5C2135.162769 0.5C 1566.80311 0.4C 21
41、08.024766 0.4C 2135.071727 0.4C2137.948396 0.4C 1618.322909 0.3C 2113.945065 0.3C 2138.048345 0.3C2141.600182 0.3C 1673.308423 0.2C 2116.862271 0.2C 2141.582818 0.2C2145.672755 0.2C 1737.677182 由这四个温度就可以很明显的看出,在相同温度下,电流越大,放出的电量越少。 相同电流下,不同温度的规则标准库建立(表1)放电电流为0.2C时，各种环境温度下,电池所放出的容量 (表2)放电电流为0.8C时，各种环境
42、温度下,电池所放出的容量 (表3)放电电流为1.5C时，各种环境温度下,电池所放出的容量 (表1)放电温度 总放电量(mAh) (表2)放电温度 总放电量(mAh) (表3)放电温度 总放电量(mAh) -5 1737.677182 -5 1411.610678 -5 1061.531325 5 1969.324267 5 1797.695223 5 1507.550309 15 1932.753728 15 1782.292002 15 1541.709618 25 2116.862271 25 2085.022886 25 2003.645828 35 2013.321418 35 194
43、7.844793 35 1843.510538 45 2141.582818 45 2116.470585 45 2080.180733 55 2083.699776 55 2061.17212 55 2017.132975 65 2145.672755 65 2122.423709 65 2090.345328 75 2096.454522 75 2065.418336 75 2020.700875 由这三组电流就可以很明显的看出,在相同电流下,温度越大,放出的电量越多。 放电量没有很连续递增的原因,是因为实验并没有由低温做到高温,若考虑老化效 应就可以解释这个现象了。(实验顺序为:2545565-555153575) 开路电压(V) 剩余容量(mAh) 剩余容量(%) 3.16 0 0 3.49796 64.59 3 3.59629 107.6 5 3.65222 150.59 7 3.68579 214.77 10 3.73665 429.92 20 3.77137 644.84 30 3.78637 859.67 40 3.81443 1074.9 50 3.86209 1289.536 60 3.93642 1504.677 70 4.00057 1719.838 80 4.08047 1934.603
