电池技术能否让火星旅行更容易？

最近看了电影《火星救援》。作为一名在大型工程公司任职的工程师，我对马克·沃特尼在火星这颗荒漠星球表面穿行的冒险故事产生了强烈共鸣（也许其他工程师在观看影片时也会产生同感）。在电影中，主角马克·沃特尼碰到的困难一个接着一个，这使我在观影的同时不禁在想：自己是否能给主角的冒险提供一些帮助？自己在面对这些困难时会采取哪些不同的做法？在沃特尼火星上遇到的诸多主要问题中，其中有一个是我知道肯定能帮上忙的。

贯穿去全片，沃特尼去到了火星表面的不同地方，一是寻找之前几次火星任务中散落的机器设备，利用这些设备搭建与美国国家航空航天局（NASA）更好地联络通讯，并寻找完成这场极其危险之旅可能用到的设备：沃特尼必须驾车3200公里前往阿瑞斯4号计划（Ares 4）的升空器所在地。沃特尼使用2块漫游车电池和14块太阳能电池板搭建了一辆火星探险漫游车。

看着马克自己设计的电池组，我就开始想德州仪器是不是也能帮上点忙。作为一家电池管理解决方案（BMS）机构的产品营销工程师，我知道我们为电动汽车所生产的设备携带的电池组容量一般为90KWh，配置在96组串联电池和77组并联电池之间。而根据原著小说《火星救援》中描写，沃特尼使用的电池容量只有9KWh，并且他总共就只有两块这样的电池。

使用德州仪器生产的电池管理设备，你可以精准测量大容量电池组中每个电池单元的电压、电流以及温度等数据。此类设备包括bq76PL455A-Q1（16通道电池监视器）和bq76PL536A-Q1（3S-6S通道电池监视器）。这两种设备均可测量较小的电池组，并具备一定的程度的可叠加性，因而可以按比例进行灵活调节。通过使用此类测量精准且可灵活调节的电池监视器，你可以高效地使用电池，从而使电池的单次使用时间尽量延长，并且对电池组的全容量状态始终了如指掌。

如果沃特尼的火星探险车上配置了与我们电动汽车一样的电池系统，尽管电池的重量增加了，但每次充完电火星探险车可以跑上数百公里，这个距离可是原先的四到五倍。同时，沃特尼也可以大大减少旅途中停下来给电池充电的次数。

主动电量平衡则是另一个可以帮助火星电动车更好进行电池管理的科技。温度对于电池性能的影响是最大的，因为温度的变化会造成电池电阻的改变。如果所有的电池都接入了同样的电荷，但每个电池各自的温度又不尽相同，那么电池材质就会产生额外的膨胀或收缩，这两者都会导致电池的老化程度出现极大的差异，最终的结果就是充电失衡。由于电池的老化程度不同，很快便会导致电量失衡（请看图一）。如果这一情况没有得到改善，那么整个电池组的总电量则会被限定在最低的电池电压，进而导致一次充电汽车可行驶里程减少。

充电失衡

电量失衡

图一：充电失衡vs.电量失衡

电量平衡有两种基本类型：被动平衡和主动平衡。下面是两种电量平衡类型的基本特点和各自优势：

被动平衡

?   安装简单（包括软硬件）

?   花费少

?   可以减少充电失衡

?   平衡电流小（<1安）

主动平衡（图二）：

?   高能效

?   降低充电和电量失衡的影响

?   充放电均有效

?   平衡电流大（>1安）

?   更快地平衡大容量电池

?   增加有效容量

?   电池组充电更快

?   更强的大流量可循坏充放电性能

?   更久的电池寿命

?   混合/匹配新/旧模块

?   在模块内可使用失衡电池，提高电池使用率