系统监测
利用目前市场上供应的标准燃料计可以对蓄电池进行监测,例如使用bq20z75监测两组、三组或四组串联结构的锂离子电池,或者使用bq27210监测单组串联的锂电池。这些监测方案能够为电源控制器提供所需的电压、电流、温度、电荷状态等数据。
蓄电池监测系统通过I2C、SMBus或HDQ之类的数据总线实现与电源控制器连接。通过这种接口方式,电源控制器能够获得非常精确的电池电荷状态(SOC),以确保在充放电的过程中都能够安全使用电池。
对燃料电池和燃料盒的监测更具挑战性。燃料盒内可用燃料的种类和数量,以及燃料电池的当前与平均效率都是监测燃料电池有效电量需要考虑的因素。
在很多情况下,燃料盒是系统特有的装置,因此燃料的类型数据可以保存在电源控制器中。在其他一些电池监测系统的实现方案中,我们需要提供存储在燃料盒内燃料的数据,并通过类似的接口总线传给电源控制器。
具有数据存储功能的燃料盒实现方案中,最好的方法是通过电源控制器或者燃料加注系统将测量出的剩余燃料数据写回到燃料盒中。但是这种方法可能只适用于燃料盒能够取出并重新插入的电源系统。
除了燃料盒的燃料数据之外,对于燃料电池还需要监测其他一些参数,包括温度、燃料注入速率、输出电压和输出电流。这些参数用于计算燃料电池的当前效率。比如,通过温度参数可以判断出燃料电池当前是否处于最佳工作状态。
此外,我们还需要测量直流电源和系统的负载功率等数据。通过这些数据以及来自于监测子系统的数据,我们就可以计算出总有效电量和峰值有效电量的值。终端设备的有效运行时间取决于这四个因素。
在分析电源断电末期的特性时,燃料电池功率输出的响应能力和蓄电池的尺寸也会带来新的问题。这需要进一步了解有关知识。
预测HPS运行时间
蓄电池和燃料电池监测子系统能够为主系统提供总电量和峰值电量的数据,使主系统能够判断各种所需的用户数据。在这个实例结构中,我们采用了一个电源控制器,它具有多种优点。主要优点之一就是能够管理数据和子系统,使得混合电源在使用过程中就好像一个标准的蓄电池电源一样。
电源控制器负责接收监测数据并管理蓄电池的使用过程,在HPS的预期寿命期内发挥最高的性能。这对于两个方面特别有利。
通过燃料电池对蓄电池进行充电,即使在没有直流电源的情况下,也能够确保峰值有效电量处于最佳的平。管理电池的电荷状态(SOC),从而尽可能地提高这一结构的可用性。对SOC特性的管理与当前大多数便携式应用中使用电池的方式是相背离的。一般而言,蓄电池是唯一的无线电源,所以它必须为主系统提供所有的电能。因此,蓄电池应该安全地存储尽可能多的电能,最终实现最长的系统运行时间。同样,蓄电池的充电时间也是至关重要的,充电时间越短越好。我们可以在蓄电池的充电时间和寿命之间进行权衡,但是这在目前的消费产品中并不常见。对于HPS而言,这两个使用动力不起作用,因此采用电源控制器可以在蓄电池与燃料电池两者的最佳状态之间实现更好的平衡。理想情况下,HPS中的蓄电池能够在整个HPS寿命期限内持续工作,不需要更换。为了实现这一目标,电源控制器可以提供蓄电池充电管理功能,例如在较低的电压下充电,采用较慢的速率充电,以及对充电电压/速率进行温度补偿。电源控制器通过调节电池的充电电流,能够确保当连接系统负载时有足够的直流电源供电。