如何為系統(tǒng)選擇合適的電池組

隨著電池技術(shù)的發(fā)展，電池產(chǎn)品在移動(dòng)設(shè)備上的應(yīng)用越來越廣泛，移動(dòng)設(shè)備的續(xù)航能力也成為商家的一項(xiàng)競爭力。那么如何選擇一套合理的配套電池呢？今天帶大家一起分析一下電池的一些參數(shù)，也就能明白如何為系統(tǒng)設(shè)計(jì)一款合理的電池組。

通常情況下，電池的關(guān)鍵參數(shù)有幾個(gè)：標(biāo)稱電壓、滿充電壓、標(biāo)稱容量、體積以及工作溫度。

如上圖為某電芯廠的參數(shù)指標(biāo)本例中用標(biāo)準(zhǔn)的圓柱電池來演示，軟包電芯除了體積非標(biāo)準(zhǔn)之外，其他參數(shù)和圓柱的基本一致。

Capacity指的是標(biāo)稱容量，通常以mAh為單位。4200mAh的意思是電芯按照4200mA的電流放電，可以持續(xù)放電1個(gè)小時(shí)。但是針對(duì)一個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)，由于有多路電源存在，評(píng)估系統(tǒng)的電流是比較困難的。因此容量有另外一個(gè)單位：Wh即瓦時(shí)；例如圖示中的15.5Wh代表電芯按照15.5W放電，可以持續(xù)放電1個(gè)小時(shí)。

Cell Voltage的Nominal指標(biāo)稱電壓，一般情況下電池的Wh等于標(biāo)稱容量和標(biāo)稱電壓的乘積。

Cell Voltage的Charge是充電電壓，也就是滿充電壓。一般情況下，標(biāo)稱電壓3.7V對(duì)應(yīng)的滿充電壓為4.2V，3.8V的標(biāo)稱電壓對(duì)應(yīng)的是4.4V，每個(gè)廠家的設(shè)計(jì)標(biāo)稱電壓和滿充電壓以及Wh的算法會(huì)有微小區(qū)別。如本例中的P42-A為15.5Wh，即3.7的電壓乘以4200mAh，約為15.54Wh。

Cell Voltage的Discharge指的是放電截止電壓，意思是把容量放完的截止電壓，在本示例中4200mAh的容量指的是從4.2V放電到2.5V時(shí)的容量。 因此需要注意的是，從安全的考慮，電芯一般不允許進(jìn)行滿放或者系統(tǒng)需要預(yù)留一些容量做應(yīng)急，因此每個(gè)電池系統(tǒng)的放電截止電壓一般會(huì)比電芯的截止電壓高。

Temperature的Charge和Discharge分別指的是電芯本體的充電和放電溫度，注意該參數(shù)通常不會(huì)用來指環(huán)境溫度。需要注意的是，并不是所有的電芯都支持低溫放電，而且低溫放電時(shí)的容量比常溫的要低，可以詳細(xì)看電芯的規(guī)格書，來了解所需時(shí)候的低溫容量。如下圖所示。

Size指的是體積，即常聽到的18650,21700。例如本例中的21即圓柱電芯的直徑，而700指的是圓柱電芯的長度。一般情況下，在體積固定的情況下，電芯的容量基本已經(jīng)固定，每個(gè)廠家由于圓柱內(nèi)部的電解液配方不一樣，容量會(huì)有一定的區(qū)別。當(dāng)然，容量越大，成本肯定也越高。

通過以上參數(shù)的分析，我們可以開始設(shè)計(jì)系統(tǒng)的電池了。針對(duì)任何一個(gè)移動(dòng)設(shè)備，如果外殼以及機(jī)構(gòu)定好之后，電池的體積也就固定下來了。同時(shí)，移動(dòng)設(shè)備的主要功能及主要芯片平臺(tái)確認(rèn)之后，系統(tǒng)的功耗也將確立下來，即系統(tǒng)的瓦數(shù)消耗可以確認(rèn)，所以希望系統(tǒng)續(xù)航多久，也就能確認(rèn)所需要的Wh這個(gè)參數(shù)。需要注意的是，任何一個(gè)系統(tǒng)都存在效率的問題，因此在確認(rèn)Wh這個(gè)參數(shù)時(shí)，需要計(jì)算一個(gè)相對(duì)合理的效率值。

然而如上文所說，每個(gè)電芯的Wh是固定的，因此多少體積下可以堆疊出的Wh也是固定的。因此并不說體積固定好之后，Wh可以無限制的要求。也就是說體積和Wh是一個(gè)正比關(guān)系，Wh需要越大，需要的體積也要越大。剩下的就是怎樣選擇電芯及合理的堆疊，在有效的體積范圍內(nèi)做到最大的容量。所以在產(chǎn)品設(shè)計(jì)之初，需要優(yōu)先考慮可用的電池體積以及需要的Wh，做好取舍，選擇一個(gè)合理的Wh及體積。

那么什么條件下可以產(chǎn)生一個(gè)合理的堆疊呢，其中有一項(xiàng)就是在有效的體積下，盡可能的用更多的電芯，可以有效的提高Wh，然而針對(duì)一個(gè)系統(tǒng)，整體的重量也是重要指標(biāo)之一。所以Wh、體積和重量，是評(píng)估系統(tǒng)電池最主要的參數(shù)。所以在產(chǎn)品設(shè)計(jì)之初，需要優(yōu)先考慮可用的電池體積、重量以及需要的Wh，做好取舍，選擇一個(gè)合理的Wh、體積和重量。

前文有提到，在計(jì)算所需Wh時(shí)，需要計(jì)算效率。輸出電壓以及電流不同，針對(duì)不同的輸入電壓，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)會(huì)不一樣，例如升壓、降壓或者是升降壓，效率也會(huì)有所區(qū)別。對(duì)于移動(dòng)設(shè)備，大家的要求肯定是效率越高越好。因此在設(shè)計(jì)過程中，可以前期先評(píng)估一下系統(tǒng)所需的電壓及電流，從而確定是需要電池降壓還是升壓或者升降壓，定好拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)之后，就可以確認(rèn)電池組的最高電壓以及最低電壓，也因此可以確認(rèn)在同樣Wh的條件下進(jìn)行幾串幾并的組合。

至此，電池的基本組合確認(rèn)后，剩下的就是充電電壓、充電電流，放電電流還有放電截止電壓的確認(rèn)。

不過，也許有人會(huì)問，怎樣才能獲取電池的信息呢？這就涉及到如何跟系統(tǒng)通訊的問題，也就是說該電池組使用什么樣的接口與系統(tǒng)通訊。就目前的技術(shù)而言，常用的有線通訊接口有I2C、串口（UART）、RS232、RS485、CAN等，或者無線的方式有WIFI、藍(lán)牙、4G、LORA等等。可以根據(jù)系統(tǒng)的接口要求，選擇相應(yīng)的接口。當(dāng)然有了接口之后，也需要確認(rèn)相應(yīng)的通訊協(xié)議。該項(xiàng)可以選擇電池廠家已有的協(xié)議，也可以根據(jù)自己的需求定義通訊協(xié)議。